楊柳煤礦瓦斯防治分析

董 旭，昂正嬌

（安徽理工大學地球與環(huán)境學院， 安徽 淮南232001）

煤炭是我國主體能源，工業(yè)形式很好，在過去、現在、將來一段時間內還是占很大的分量，約占一次性能源的75%。煤炭工業(yè)的健康、穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展是關系到能源安全的重大問題。隨著煤礦開采深度的增加，瓦斯事故也更加突出。瓦斯燃燒、瓦斯噴出、瓦斯爆炸以及煤與瓦斯突出都是瓦斯事故的主要表現形式。近年來隨著社會的發(fā)展，科技的進步以及各種安全措施的實施，煤礦事故得道明顯的下降，但是瓦斯事故仍然沒有得到很好的解決。當前瓦斯事故仍然是煤礦安全生產中威脅最大的一個問題。從每年的事故統(tǒng)計數據中，可以看到，在煤礦發(fā)生一次10人以上的特大事故中，由于瓦斯災害而引起的約占70%。因此對瓦斯的防治研究具有很大的意義。

1 楊柳煤礦地質概況

楊柳煤礦位于安徽省淮北市濉溪縣境內，在濉溪縣南部，楊柳集附近是其中心位置，向北東距宿州市約21km。礦井南部以楊柳斷層為界，與孫疃井田接壤；北部以小陳家、大辛家斷層為界，與臨渙煤礦毗鄰；西部以4勘探線和太原組一灰頂界露頭線為界；東部至31煤層－1 000m水平投影線和39482200經線。井田南北長約9km，東西寬約3～9km，勘探面積約60.4km2。

楊柳煤礦及其鄰近煤礦均未見基巖裸露。經鉆探揭露，新生界松散層下伏地層自上而下分別為二疊系的上石盒子組、下石盒子組和山西組；石炭系的太原組、本溪組；奧陶系的老虎山組～馬家溝組。石炭系、二疊系皆為含煤地層，本井田僅以二疊系煤系地層為勘探對象。

楊柳煤礦位于童亭背斜東翼北端。地層走向在淺部為近于南北向，向東傾斜的單斜構造，地層傾角15°～20°；深部次一級褶曲較發(fā)育，主體上呈向東延深，地層傾角5°～10°，較平緩。礦內褶皺較發(fā)育，從整個礦井來看，褶皺主要有牛小集背斜、馬家背斜、小周家向斜等。牛小集背斜，分布在7－4、9－6孔一線，軸向北西，軸長約4km，背斜寬窄不等，南、北兩段東翼陡，西翼緩；中段東翼緩，西翼陡，波幅數10m，被戴廟斷層、大侯家斷層切割，保留形態(tài)不完整。馬家背斜，在3煤層底板等高線圖上，分布在9－10－1孔、10－11－1孔附近，軸向北東，軸長約3km，背斜寬約2.5km，北翼陡，南翼緩，波幅大于250m，其南翼被大牛家斷層切割，保留形態(tài)不完整。

礦內斷層較發(fā)育，查出落差大于或等于20m的斷層20條，正斷層19條，逆斷層1條。按落差分，大于或等于20m，小于30m的斷層2條；大于或等于30m，小于50m的斷層3條；大于或等于50m，小于100m的斷層6條；大于100m的斷層9條。

礦井原初步設計為高瓦斯礦井，設計生產能力為180萬t／a，服務年限為55.8a。在礦井建設過程中，由于瓦斯地質變化，2009年礦井升級為煤與瓦斯突出礦井。

2 瓦斯測定成果分析

本礦井在詳查期間用集氣法采集利用瓦斯樣12個，其中31煤、32煤、71煤、72煤、81煤各1個，82煤2個，10煤5個。10煤層9－10－2孔在634.70m測得瓦斯含量（可燃基）為13.01cm3／g。

本次報告用解吸法采集27個樣本，其中31煤2個，32煤2個，72煤3個，82煤11個，10煤9個。前后共利用瓦斯資料39個，測試成果匯總情況見表1。由表1可以看出，本礦井平均瓦斯成分分帶為氮氣～沼氣帶。

表1 瓦斯測試成果匯總表

剔除不利用樣品，最高瓦斯含量（可燃基）測定結果第一水平31煤層為0；32煤層為0.41m3／t；72煤層為5.74m3／t（6－7－3孔－415.28m）；82煤層為7.15m3／t（5－6－4孔－450.55m）；10煤層為1.50m3／t。第二水平瓦斯含量較高的有：82煤層04－27孔－539.21m為11.67m3／t；04－28孔－705.81 m為12.96m3／t；10煤層04－27孔－590.66m 為 12.66m3／t。9－10－2 孔－607.00m為13.01m3／t。

3 影響本礦井瓦斯含量大小的主要地質因素

3.1 地質構造

由于多期構造運動疊加的結果，區(qū)內東西向大斷裂和北北東向大斷裂縱橫交錯，形成了許多近網格狀的斷塊構造，而低次序的北西向和北東向構造分布于各斷塊內，且以北東向構造為主。在煤系的后期改造中形成了一系列短軸褶曲構造，其軸向多為北北東向或近南北向，個別為北西向。多數向、背斜平行相間協調分布，幾乎所有的褶曲都表現為向斜寬度大于背斜寬度，背斜西翼陡，東翼緩。成煤后有厚層新地層和煤層上部巖層覆蓋，使瓦斯不易逸散。不同的地質構造類型瓦斯賦存是不同的，對于同一種地質構造而言，構造部位不同瓦斯含量也不同。地質構造的類型，力學性質以及組合形式，是礦區(qū)內影響瓦斯賦存及突出的主要因素。

3.2 煤層厚度

煤中的瓦斯主要是在煤化過程中產生的。所以煤層厚度對瓦斯的賦存有一定的影響，空間兩點之間的濃度差是瓦斯運移的主要動力，煤層厚度越大，煤層中的氣體向上部擴散的路徑就越長，擴散的阻力就越大。本礦井煤層厚度及其變化較多，夾矸層數較多，瓦斯越易于富集在厚煤層及夾矸多的地段。

3.3 煤的變質程度

在煤化過程中，不斷的產生瓦斯，隨著煤的變質程度的增高，產生的瓦斯越多，變質程度越高越易于產生較多的吸附瓦斯。本礦井高瓦斯含量（＞10cm3／g）的9－10－2孔（10煤）、04－28孔（82煤）、04－27孔（82煤），Vdaf在10%～20%間，應為貧煤～貧瘦煤的較高變質階段，而Vdaf＞20%，瓦斯含量均＜10cm3／g。

3.4 煤的埋藏深度

煤層的埋藏深度與瓦斯含量成正比。煤層埋藏深度的增加，其受到的壓力就越大，瓦斯擴散的途徑就越長，時間久越長。本礦井瓦斯含量＞10cm3／g者均在－525m水平以下；－525m以上的第一水平，最大瓦斯含量為7.15cm3／g，見表1。

3.5 圍巖的性質

煤層頂板若為砂巖，易使瓦斯逸出，而泥巖、粉砂巖相對難以逸散。本礦井82、10煤層高瓦斯含量處，頂板以粉砂巖和泥巖為主。

3.6 巖漿的侵入

巖漿的侵入有利于瓦斯的富集。本礦井72、81、82和10煤層都較大范圍受到巖漿侵入，使其成為頂板，阻隔了瓦斯的逸出。本礦井雖然構造較為復雜，張性斷裂發(fā)育，但以上諸多因素，仍為瓦斯富集創(chuàng)造了條件。

4 瓦斯防治措施

4.1 本煤層瓦斯防治措施

4.1.1 工作面順層鉆孔抽放

工作面順層鉆孔時指從機巷和風巷分別向工作面煤層按傾斜的方向施工鉆孔。鉆孔間距設計為5m，鉆孔直徑為120mm，鉆孔長度設計100m，上向孔和下向孔的壓茬為10m。抽采時間不得少于6個月，將該區(qū)域內煤層瓦斯含量降到8m3／t以下或瓦斯壓力降為0.74MPa（表壓）以下方可進行回采。后打的鉆孔抽放的時間相對較短，根據實際情況適當增加鉆孔密度，以提高抽采效果。工作面實施順層鉆孔能夠有效的降低工作面煤層中的瓦斯，使瓦斯含量降到安全值以下，進而減少瓦斯事故的發(fā)生。如圖1所示。

圖1 順層鉆孔布置示意圖

4.1.2 斜交鉆孔

根據采煤工作面頂板垮落帶的分布理論，本礦在回采前，從風巷中采用大功率液壓鉆機向煤層頂板施工斜交鉆孔，每隔20m布置一組斜交鉆孔，終孔直徑94mm，鉆孔終孔落點距煤層頂板10～30m，封孔長度8m以上，控制范圍：風巷向里30m左右。斜交鉆孔布置示意圖如圖2所示。其目的是抽取上隅角內積聚的瓦斯，降低瓦斯含量，消除危險隱患。

圖2 斜交鉆孔布置示意圖

4.1.3 高位走向鉆孔

在工作面風巷每間隔80～120m施工一個高位鉆場，在鉆場內施工頂板高位走向鉆孔，利用工作面回采動壓形成的頂板裂隙通道來抽采鄰近層及本煤層回采后采空區(qū)上方形成的冒落拱頂部的高濃度瓦斯。每個鉆場布置9－15個鉆孔，控制傾向上距風巷0～30 m區(qū)域，鉆孔孔徑113mm，和前方高位鉆場壓茬40m。頂板走向鉆孔布置如圖3所示。高位走向鉆孔的實施，能夠有效的抽采鄰近層及本煤層回采厚采空區(qū)上方形成的冒落拱頂部的高濃度瓦斯，降低瓦斯含量，消除瓦斯事故隱患。

圖3 頂板走向鉆孔布置示意圖

4.1.4 老塘埋管

在采煤工作面風巷預埋管路至采空區(qū)，通過移動抽采系統(tǒng)抽采采空區(qū)和上隅角積聚的瓦斯。在工作面風巷采用交替邁步（步距15m）的方式向采空區(qū)預埋抽采管路。采空區(qū)埋管鉆孔布置如圖4所示。

圖4 采空區(qū)埋管鉆孔布置示意圖

4.2 中組煤瓦斯治理措施

10煤距82煤平均74m，對于中煤組煤層，10煤層屬于遠距離保護層。在10煤層開采過程中，必須利用10煤層開采在82煤層中形成的巖層卸壓和透氣性成千倍增大的作用，在被保護層煤層瓦斯流動的活躍期內將卸壓瓦斯有效地抽采出來，從根本上區(qū)域性地降低中組煤瓦斯含量，實現被保護層的安全高效開采。中組煤的瓦斯治理可采用遠距離上向穿層鉆孔法以及遠距離穿層鉆孔方法。

4.2.1 上向攔截孔瓦斯抽放措施

利用10煤10414工作面現有高位鉆場，向上穿透8煤打攔截鉆孔，鉆孔走向上每30 m布置3個鉆孔；鉆孔傾向上共布置3排，鉆孔終孔位置距風巷側分別為30m、50m、70 m，鉆孔孔徑113mm。鉆孔在施工過程中要避開冒落帯，封孔時要封到裂隙帶邊緣以上。鉆孔布置示意圖如圖5所示。

圖5 10煤頂板攔截鉆孔抽放被保護層卸壓瓦斯剖面圖

本礦地質構造復雜，瓦斯的賦存受區(qū)域構造的影響很大，尤其是巖漿的侵入較為明顯。煤層的瓦斯含量，突出危險性是隨著煤層的埋藏深度的增加而增大，受煤的變質程度的影響較大 ，瓦斯治理工作將更加艱巨。為了消除瓦斯給礦井安全生產帶來的威脅，楊柳煤礦采取了一系列的措施，順層鉆孔，斜交鉆孔，高位走向鉆孔，向上攔截瓦斯鉆孔和老塘埋管抽放技術等。結合井下瓦斯的具體情況，使用一種或幾種防治措施相結合，有效的降低煤層瓦斯含量，消除了瓦斯突出危險性，有效的控制了瓦斯突出事故的發(fā)生，為煤礦安全生氣提供一個良好的環(huán)境，為煤礦的安全生產提供了保障，實現礦井安全生產。

［1］淮北礦業(yè)（集團）有限責任公司.淮北礦業(yè)集團公司楊柳煤礦地質報告［R］.淮北：楊柳煤礦，2003.

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