鑽孔瓦斯噴出事故分析及其預防

某礦在施工回采巷道軌道順槽的過程中，發生一起比較嚴重的鑽孔間歇性瓦斯噴出 02manbetx.com （以下簡稱噴孔），並伴有大量的水、煤泥的噴出，噴出點附近瓦斯達到6%以上。這次噴孔 02manbetx.com ，累計噴出瓦斯約1 000 m3，水及煤泥約200 m3，嚴重影響了 安全生產。 　　1 地質條件 　　該工作麵 設計為綜采工作麵，所開采煤層為煤與瓦斯突出煤層，埋深640~670 m，煤層厚度3.7~4.0 m，為穩定厚煤層，f=0.8~1.2，產狀200°∠12°~32°，瓦斯含量8 m3/t。煤層直接頂板為泥岩、含炭泥及0.8 m薄煤層組成的複合頂板，厚度4.4 m；老頂為灰白色厚層細砂岩，厚度5.4 m，富水性及導水性弱，水文地質條件簡單；煤層底板為泥岩。 　　根據高分辨率三維地震勘探成果，該工作麵地質構造比較簡單， 設計工作麵避開了2個逆斷層Fs1（落差H=0~10 m）和Fs2（落差H=0~5 m），Fs1走向257°，傾角45°，與軌道順槽斜交，2斷層均未曾揭露過，根據井田構造應力狀態、斷層發育規律以及采掘揭露斷層情況，2斷層屬封閉性逆斷層，導水性和富水性較差。 　　2 巷道施工概況 　　軌道順槽 設計長度950 m，沿煤層頂板施工，綜合機械化掘進，巷道支護主要采用錨索網支護，巷道寬度4.0 m，巷中高度≥2.6 m（由於煤層傾角變化大，上下幫高度相差大），構造複雜地點（斷層、頂板破碎帶等處）采用鋼性U型棚支護，U型棚跨度高為3.3 m，寬度為4.7 m。 　　由於開采煤層為雙突煤層，巷道采用邊抽邊掘的方式掘進，每個小循環工作麵迎頭施工卸壓鑽孔8個，孔深40 m，允許進尺30 m；每進尺60 m（2個小循環）後，巷道兩幫施工順煤層鑽場，鑽場內各施工順層鑽孔3個，孔深≥60 m（迎頭卸壓鑽孔仍為8個，孔深40 m不變）。 　　隨著巷道的施工，巷道距離Fs1斷層越來越近，礦壓顯現愈加明顯，煤層頂板比較破碎，強底低，穩定性差，在距離 設計切眼位置還有100 m時，巷道支護由原來的錨索網改為U型鋼棚支護。 　　3 噴孔過程 　　為了最大限度地回收煤炭資源，合理布置工作麵，盡可能延長順槽長度，順槽施工到設計位置後，采用鑽探對Fs1斷層進行控製和驗證，施工卸壓鑽孔8個，孔深40 m，左鑽場（下幫鑽場）鑽孔參數不變，右鑽場（上幫鑽場）鑽孔與巷道夾角作適當調整，鑽場最裏麵鑽孔與巷道夾角15°，孔深65 m，所有鑽孔施工均反映正常，巷道繼續向前施工了60 m（其間施工了1茬卸壓鑽孔，全部正常）後，專門施工2個探壓（斷層）孔，2孔與巷道夾角均為30°，抑角分別為6°（A孔）和10°（B孔），A孔16.4 m見岩，終孔21 m；B孔20.8 m見岩，終孔22.9 m。兩孔施工中鑽孔內排出的煤渣比較潮濕（鑽進中使用壓風排渣，該順槽施工鑽孔時排出的煤渣始終比較潮濕），孔內無明顯異常現象。隨後巷道仍繼續向前施工，當進尺14 m，即2004年10月29日夜班20:00，B孔先開始湧水，水呈稀泥漿狀，緊接著出現噴孔，大量瓦斯氣體攜帶著煤屑（塊）、水泥漿以及少量岩石碎塊從孔內噴射而出，最遠達10多米，並且發出巨大的響聲，導致工作麵迎頭及整個千米巷道回風流CH4濃度超限。由於間歇性噴孔，巷道內瓦斯濃度不穩定，且時常超限，夜班人員全部撤出停止生產。30日早班人員到達現場後，發現迎頭20 m全部被煤泥水淤積，最大水深達1.2 m，B孔仍有少量清水往外流出（水量<0.5 m3/h），現場清理完後，繼續恢複生產。31日下午17:00，該孔再次出現大規模噴孔，至20:00，共發生7次，噴出物超過第一階段。11月1日早班在清理現場過程中發生最後1次輕微噴孔。噴孔結束後，孔內水流（<0.5 m3/h）清澈，水溫29℃，經檢測水質為HCO3-CL-K+Na型，為煤係砂岩水。為保證 安全生產，後期在停頭位置又施工若幹探放水（瓦斯）鑽孔，均未發生噴孔現象，隻放出極少量的水。 　　4 噴孔原因 03manbetx 　　根據三維地震勘探成果，Fs1為逆斷層，從井下打鑽資料 03manbetx ，該斷層實際平麵位置略向南移。隨著巷道的施工，巷道距離Fs1越來越近，巷道圍岩壓力也越來越大，現場表現為頂板嚴重下沉，底板鼓起，U型鋼棚變形內收，巷道斷麵越來越小，並時常發出頂板斷裂的巨大響聲。這表明巷道開掘後，圍岩應力的重新分布，由於巷道距離斷層較近，且位於斷層麵的下方，頂板的下沉及底鼓，導致斷層下盤岩層沿斷層麵發生滑移，斷層活化，原始封閉性斷層逐步演變為張性斷層。斷層麵2側岩石裂隙和含水層中封存的離壓水、瓦斯以及煤層中的瓦斯（上盤煤層以及13-2、14、15煤瓦斯等），開始沿斷層麵（帶）運移聚集，穿過斷層麵的鑽孔為其提供了良好卸壓通道，當鑽孔周圍的岩體強度承受不了水和瓦斯的壓力時，便沿鑽孔噴出。在噴孔的過程中，水和瓦斯攜帶的固體（煤岩塊）以及跨孔，容易造成鑽孔暫時性堵塞，從而出現間歇性噴孔。 　　因此，巷道的變形、應力的重新分布、岩層的位置移導致斷層的活化是噴孔發生的主要原因。因為斷層的活化是一個漸變的過程，巷道開掘後，隨著頂板下沉逐漸出現滴淋水現象，表明了頂板的位移以及地下水的運動，所以出現滯後噴孔。 　　5 預防 措施　　在斷層情況比較清楚可靠的情況下，最好的預防 措施是按有關 01manbetx 規定留設足夠斷層煤柱，不要去桶“馬蜂窩”。如果必須要對斷層進行鑽探驗證和控製，應首先進行引排或抽放，鑽孔施工完畢後應及時進行封孔（是否全孔封閉可根據斷層煤柱的多少而定）；打鑽施工 措施中，尤其是 安全防護 措施必須認真編製和落實，當在鑽進過程中出現噴孔時，千萬不得取出鑽杆，並嚴禁轉動鑽杆。 　　當巷道要穿過此類斷層時，應實施打鑽引排或抽放措施，在確認無噴孔危險或噴孔危險消除後，方可施工巷道，並製定巷道過斷層 安全措施。