關于召開第六屆山西省煤炭總工程師論壇暨山西省煤炭安全綠色智能開采論壇的通知

梨樹煤礦礦井瓦斯涌出規(guī)律及防治技術

龐貴智  李存清   龐沖   劉佳  武建山

（雞西礦業(yè)集團梨樹煤礦  黑龍江  雞西  158100）

摘要： 研究了礦井地質特征，由于地質條件的變化，致使礦井瓦斯涌出不均衡。根據(jù)礦井瓦斯涌出規(guī)律，采用了如下防治措施：合理的分配風量；瓦斯高抽巷、仰角鉆孔、現(xiàn)采煤層打鉆孔、邊掘邊抽放煤層瓦斯；煤層注水。經(jīng)過對礦井瓦斯進行綜合治理，取得了良好的效果，同時，也為今后礦井開采的瓦斯防治積累了經(jīng)驗。

關鍵詞： 瓦斯涌出   邊掘邊抽   高抽巷  綜合防治

1.  概況

梨樹煤礦開采有88年的歷史。 位于雞西市以南４８ｋｍ，梨樹區(qū)鳳山村境內(nèi)，2002年開始改擴建，2006年正式投產(chǎn)。 礦井分別在標高+110m和—280m兩個水平開采。一水平的可采煤層為3^#層，二水平的可采煤層為14^#層。礦井設計生產(chǎn)能力900kt/a 。礦井總入風量9847m³/min,總回風量10200m³/min，絕對瓦斯涌出量為63.74m³/min,相對瓦斯涌出量為37.9m³/t二水平,14^#煤層瓦斯賦存量較高，絕對瓦斯涌出量為59.79m³/min,占全礦井絕對瓦斯涌出量的90%以上，屬于高瓦斯礦井。全礦井建有3處瓦斯抽放站。其中, 地面一處集中抽放瓦斯泵站，井下一水平和二水平各建1處移動抽放瓦斯泵站?？傃b機功率 1050kw,其中地面集中泵站 500kw，一水平 150kw，二水平 400kw。梨樹煤礦開采的煤層有3^#和14^#煤層，3^#煤層屬穆棱含煤組，為氣煤，厚度為1.6~1.8m,  14^#煤層屬城子河含煤組，為主焦煤，厚度為2.8~3.0m，兩個煤層傾角10~14度。地質構造復雜，開采期間大小斷層、褶曲、向背斜多見。全礦有2個綜采隊，2個綜掘隊，8個炮掘隊。

2. 礦井瓦斯涌出防治措施

2.1.  地質構造對3^#煤層瓦斯涌出的影響

一水平北翼采區(qū)和南翼采區(qū)開采3^#層煤層，但由于地質構條件的不同，兩個采區(qū)采煤工作面的瓦斯涌出量差距較大。 北翼首采工作面開采期間，采用了井下移動泵站和上巷仰角鉆孔抽放的方法治理瓦斯涌出，工作面分配風量1100m³/min,回風瓦斯?jié)舛?/span>0.4%，工作面瓦斯?jié)舛?/span>0.3%，上隅角瓦斯?jié)舛?/span>1.3%，風排絕對瓦斯涌出量4.4m³/min，局部抽放絕對瓦斯量達2.3m³/min,工作面總絕對瓦斯涌出量6.7m³/min。南翼首采工作面回采期間，沒有采取煤層瓦斯抽放措施，分配風量1100m³/min,回風瓦斯?jié)舛?/span>0.1%，上隅角瓦斯?jié)舛?/span>0.3%，工作面總絕對瓦斯涌出量1.1m³/min。在同一個水平，同一個煤層的兩個采區(qū)中，回采工作面瓦斯涌出量相差6倍多。其原因是：一、頂板巖性差異，北翼煤層頂板是比較完整的細砂巖，南翼煤層頂板是砂巖和頁巖。北翼開采20m時頂板來初壓，而且來初壓期間瓦斯涌出量明顯增大。而南翼開采時初壓不明顯，隨著開采頂板不斷冒落，瓦斯涌出也沒有明顯的變化。二、斷層的影響，南翼大多是張裂性斷層，而且與地表聯(lián)通，大部分瓦斯已經(jīng)運移到地面釋放。北翼是封閉性斷層，瓦斯不易運移，開采煤層和其下4^#、5^#、6^#不可煤層瓦斯都得不到釋放。三、煤層結構受地質構造破壞程度不同，北翼采區(qū)3#煤層層理結構清晰，比較致密而堅硬，其結構顯然未受到破壞。南翼采區(qū)3^#煤層層理紊亂，質地松軟，其結構顯然受到了嚴重破壞。結構未受到破壞的煤層其所含瓦斯就不易被釋放，而結構受到嚴重破壞的煤層其所含瓦斯就很容易被釋放。

2. 2.  地質構造對14#煤層瓦斯涌出的影響

14^#煤層為主焦煤，其中間夾有0.3~0.5m頁巖和糜棱煤，直接頂板為15m的中、細砂巖，其上15m的間接頂中、細砂巖夾有2層0.2m煤層和5層0.15~0.2m的炭質泥巖，底板為泥巖和粉、細砂巖。在開采14號煤層的過程中遇到落差0.3-10m的斷層21條，其中3條逆斷層，其余是正斷層。在斷層附近瓦斯涌出量明顯增大，逆斷層更為明顯。煤層的透氣性極差，經(jīng)過測定為0.002~0.01mdc,孔隙度為1.40~2.24%。根據(jù)采掘工作面瓦斯涌出的實際情況，進行了綜合治理。

2. 3. 掘進巷道的瓦斯治理措施及效果

在施工14^#煤層左二采煤工作面下巷時，由于受DF6斷層和巷道中部5條小斷層（落差0.4~2.5m）的影響，巷道絕對瓦斯涌出量最高達３.51m³/min。工作面設計風量190m³/min,實際風量320m³/min。對此，采取對14號煤層瓦斯預抽放方法降低瓦斯的涌出量。具體施工方法是：巷道兩幫邁步式的施工鉆場35個，每隔15米一個，鉆場規(guī)格2.5mＸ1.5mＸ3.0m。每個鉆場打6個鉆孔，與施工巷道的夾角7~13度，縱向布置，鉆孔開孔位置自頂板向下1.2米，鉆孔間距0.5米，孔深30米?？讖?/span>76mm。該巷道經(jīng)抽放后，工作面和回風瓦斯控制在0.5~0.8%，使該巷道順利、安全的完成了施工。

     在施工14^#煤層左四順槽期間，瓦斯涌出量上升較快。巷道施工長度達到80m時，絕對瓦斯涌出量達到3.24m³/min，大巷回風瓦斯經(jīng)常處在0.8~1%之間。通過更換上18.5kw×2換成30kw×2對旋風機，工作面風量由330m³/min增加到510m³/min，但是回風流中瓦斯超限問題仍未能解決。尤其綜掘機割煤期間瓦斯監(jiān)測儀經(jīng)常出現(xiàn)報警。為解決瓦斯超限，消除安全隱患，采取了邊掘邊抽的措施：

（1）利用小班換班時的間隙，打14號煤層瓦斯釋放孔?？咨?/span>15m，直徑760mm，鉆孔分為三層，每層三個，每次共打9個，呈扇形排列，孔內(nèi)瓦斯?jié)舛葹?/span>30—98%，巷道回風中瓦斯?jié)舛仍诖蜚@孔時可增長0.1%。

（2）巷道兩幫施工鉆場規(guī)格2m×2m,兩幫鉆場采用邁步式，邁步間距15m。鉆場內(nèi)沿14號煤層呈扇形布置鉆孔8個，鉆孔的位置布置在煤層的中部，垂直煤壁進行打鉆孔，鉆孔深度25—30m,孔徑760mm，終孔點距施工巷道直線距離2~8m，最初抽放時孔內(nèi)瓦斯?jié)舛瓤蛇_到30~83%,隨著巷道的延伸和抽放時間的延長，孔內(nèi)的瓦斯?jié)舛戎饾u的衰減，當孔內(nèi)瓦斯?jié)舛刃∮?/span>3%時，將該鉆孔關閉。

(3)經(jīng)采取上述抽放措施后，工作面割煤時，回風瓦斯?jié)舛热韵陆挡幻黠@，接近超限狀態(tài)。為此，采取進一步加大抽放力度的措施，縮短鉆場間距，由原邁步間距15m，縮短到每15m巷道兩幫各施工一個鉆場，鉆孔數(shù)不變（見圖1）。

（4）降低機械割煤深度，由0.6m降到0.5m。

(5)加大割煤時噴霧灑水水量，進行降塵和降溫。

實施上述措施后，工作面風流和回風風流瓦斯?jié)舛认陆抵?/span>0.5~ 0.9%。

圖1   14號煤層巷道瓦斯抽放鉆孔布置示意圖

2. 4. 采煤工作面瓦斯治理措施及效果

14^#煤層左一回采工作面走向長度530m，工作面長度150m。14^#煤層為主焦煤，厚度為2.8~3.0m。工作面的絕對瓦斯涌出量最高達27.88m³/min。                                          面   工作面采取的治理瓦斯的措施：

（1）工作面配備足夠的風量，最高風量達1040m³/min。

（2）采用頂板瓦斯高抽巷。在工作面頂板以上２７ｍ的位置沿煤層走向施工一條抽放瓦斯專用巷道，在工作面開采頂板來壓后，頂板裂隙帶與抽放瓦斯巷道相連通時，工作面、采空區(qū)以及鄰近層的部分瓦斯涌入抽放瓦斯巷道內(nèi)，通過地面集中抽放泵站將瓦斯抽出。高抽巷位置的選擇采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)，即：煤層厚度的8~10倍。14^#煤層的厚度為3m，從煤層頂板以上高度選擇9倍即27m。

（3）仰角鉆孔抽采。工作面上巷每35m一個鉆場，每個鉆場10個鉆孔，鉆孔直徑91mm，鉆孔深度70m。

(4) 上隅角采用尾排巷處理瓦斯，解決了上隅角瓦斯超限的問題。

（5）頂板瓦斯高抽巷抽采和仰角鉆孔抽采的抽采量達21.47 m³/min，占工作面總絕對涌出量的77%。

（6）工作面上下巷采用煤層鉆孔高壓注水。

經(jīng)以上瓦斯治理措施，風排瓦斯量 5.16~7.48m³/min, 占工作面總量的23%。工作面和回風瓦斯?jié)舛瓤刂圃?/span>0.4~0.8%。

.回采14號煤層左二采面期間（該工作面走向長度400米，工作面長度120米，采高2.8米），工作面配風量1024m³/min，絕對瓦斯涌出量最高達到35.8m³/min。根據(jù)14^#煤層左一工作面的經(jīng)驗，采取了上述同樣的綜合治理瓦斯的措施，也收到了良好的效果。瓦斯抽采量達到27.24 m³/min ，占工作面瓦斯總量的76.1%。風排瓦斯量 8.56m³/min，占工作面瓦斯總量的24%。工作面割煤時回風瓦斯?jié)舛瓤刂圃?/span>0.9%以下。

3.  結論

（1）14^#煤層埋藏較深，是導致瓦斯在煤體中難以釋放的主要因素。煤層的透氣性差也是煤層瓦斯難以釋放另一因素，即使煤層被揭露出來，大部分瓦斯仍然處于吸附狀態(tài)，只有在煤層被爆破、割煤、打鉆孔等使煤體松動和落煤時，煤層瓦斯才被釋放出來，使施工巷道和采煤工作面瓦斯涌出量迅速增大并超限的原因。

（ 2）根據(jù)14^#煤層瓦斯涌出規(guī)律，采取打鉆孔提前對煤瓦斯進行抽放、降低割煤速度和割煤深度、加大風量等措施控制瓦斯超限。

（ 3）掘進巷道接近煤田邊界、斷層、褶曲、向背斜軸部時，瓦斯涌出量有顯著增大的現(xiàn)象，因此，在上述情況下，更要采取加強對煤層瓦斯預抽放和高壓注水等防治措施。其中，頂板高抽巷是防治采煤工作面瓦斯最主要、最有效的措施。

參考文獻：

張子敏《瓦斯地質規(guī)律與瓦斯預測》煤炭工業(yè)出版社 2005.12

張子戌、張子敏、王兆豐《瓦斯地質與瓦斯防治進展》煤炭工業(yè)出版社 2007.8.

作者簡介：

龐貴智：  1952年12月出生、男、籍貫：山東臨沂市、職務：雞西礦業(yè)集團梨樹煤礦通風安全副總工程師、高級工程師、1981年畢業(yè)于黑龍江礦業(yè)學院、研究方向：煤礦礦井通風與瓦斯煤塵防治技術。  

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