预防煤矿瓦斯灾害新技术的研究动向

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1、预防煤矿瓦斯灾害新技术的研究动向胡千庭    预防煤矿瓦斯灾害是世界各采煤国家关注的焦点，尤其在我国，瓦斯灾害已成为煤矿群死群伤的头号杀手，2005年，一次死亡10人以上的特大煤矿事故中，瓦斯事故占70.7%，建国以来发生22起一次死亡100人以上的煤矿事故中，瓦斯煤尘爆炸事故为20起。   预防煤矿瓦斯灾害技术的研究已经从局部性短兵相接的单项技术向区域性的以建立本质安全矿井为目的的综合技术发展，包括瓦斯灾害易发区域的预测技术、高效瓦斯抽采及抽采效果评价技术、瓦斯灾害监测预警技术等。本文对这些技术的研究动向作一简要介绍。   一、瓦斯灾害易发区域预测技术   瓦斯灾害与

2、地质构造有密切关系，地质构造复杂的区域通常属于瓦斯灾害易发区域。此外，瓦斯灾害易发区通常赋存着较高的瓦斯含量，因此，预测高瓦斯含量区域也是预测瓦斯灾害易发区的有效手段。   1.地质雷达超前探测地质构造技术。地质雷达是利用无线电反射原理超前探测地质构造的一种有效手段，在岩土工程和建筑工程等领域得到广泛应用。煤炭科学研究总院重庆分院通过多年努力，最新研制出适合煤矿环境使用的本质安全型地质雷达，能够超前探测采掘工作面20～30m深处煤岩内的隐伏小型构造等地质异常体，通过在西山、淮南、松藻等矿区的试验，取得了好的效果。2004年12月12日，在西山杜儿坪矿68214尾巷进行了

3、煤层陷落柱探测试验，发现在煤层中由浅到深雷达波逐渐衰减，而在有陷落柱的地方雷达回波出现强反射，同相轴基本形成一段弧形曲线，明显反映了陷落柱和煤层的分界面和陷落柱的大小范围。   在西曲矿22502工作面付巷探测2#-4#煤层位置和厚度：探测结果表明，2#煤层的底板和4#煤层的顶、底板位置反映均较清楚，4#煤层在所测范围内基本稳定，受断层影响局部有起伏，所测4#煤层平均厚度为3.35m。   在西曲矿28210工作面付巷碛头超前探测采空区边界：沿碛头表面向前方作水平扫描，参见图3，可见约在前方30m处有一强反射界面，推测为含水异常区。   2.P-S波长距离构造探测技术。

4、P-S波长距离超前构造探测主要检测地震波中反射回来的P波和S波进行分析预报地质构造的，能方便快捷预报采掘工作面100－150m深处煤岩内的地质异常情况。   试验分别于2005年7月9～10日和9月21日在潞安常村矿S3-5皮顺巷、王庄矿740回风巷和王庄矿630皮带巷进行了三次探测试验。   常村矿S3-5皮顺巷探测结果为：大约55.8~87.5m(掘进面前方0~31.7m)处反射面较多，岩体破碎，可能为陷落柱影响区。该巷掘至距S3回风下山南帮388m位置揭露一陷落柱，王庄矿740回风巷探测结果为：在掘进正前方约71m(掘进面前方13.5m)和约114m(掘进面前方5

5、6.5m)处都存在反射界面，在70~120米范围内还存在一些次生的反射界面。实际揭露发现掘进头前55m处发育F237断层，断层性质为正断层、走向1320、倾向2220、倾角800，断层落差4.6m。   3.煤层瓦斯含量直接测定技术。瓦斯含量(Q)是指单位质量的煤在20℃和一个大气压条件下所含有的瓦斯量，它由可解吸瓦斯含量和残存瓦斯含量组成，单位为m3/t，其表达基准为原煤基。可解吸瓦斯含量(Qm)的值等于瓦斯损失量(Q1)、煤样瓦斯解吸量Q2、煤样粉碎后的瓦斯解吸量(Q3)三者之和。   通过向煤层施工取芯钻孔，将煤芯从煤层深部取出，及时放入煤样筒中密封；然后测量煤样

6、筒中煤芯的瓦斯解吸速度及解吸量,并以此来计算瓦斯损失量Q1；把煤样筒带到实验室然后测量从煤样筒中释放出的瓦斯量,与井下测量的瓦斯解吸量一起计算煤芯瓦斯解吸量Q2；将煤样筒中的部分煤样装入密封的粉碎系统加以粉碎,测量在粉碎过程及粉碎后一段时间所解吸出的瓦斯量(常压下),并以此计算粉碎瓦斯解吸量Q3；瓦斯损失量、煤芯瓦斯解吸量和粉碎瓦斯解吸量之和就是可解吸瓦斯含量，即Qm＝Q1＋Q2＋Q3。再根据试验可测定煤层残余瓦斯含量，最终求出煤层瓦斯含量。系统和钻孔取样系统等组成。利用这种方法在淮南矿业集团进行试验，试验结果见表1，同时与巷道掘进过程中瓦斯涌出量进行对比，显然趋势基本

7、一致。利用这种方法能够实现大面积大量测定煤层瓦斯含量资料，了解各区域的煤层瓦斯含量分布状态，以此为基础便可有效预测瓦斯灾害易发区。目前试验取样钻孔深度达到50m，随着进一步改进和扩大试验，预计能够满足煤矿生产的实际需要。   二、高效瓦斯抽采技术   1.地面钻孔抽采采动卸压区煤层或采空区瓦斯。瓦斯抽采是预防瓦斯灾害最根本的手段，借鉴国内外一些成功的经验，结合淮南矿区的实际情况，我们对煤矿区地面钻井抽采采动卸压区煤层或采空区瓦斯技术进行了试验研究。   在淮南矿业集团谢桥和张北矿采空区瓦斯抽采的试验结果表明，钻孔应布置在距离回风巷30m以