店坪礦局部區(qū)域瓦斯異常涌出原因分析及治理

郭臨明

(1.河南理工大學(xué) 能源學(xué)院，河南 焦作 454000;2.霍州煤電集團(tuán) 呂梁山煤電有限公司，山西 呂梁 033000)

店坪煤礦位于山西省呂梁市方山縣大武鎮(zhèn)王家莊村一帶，井田東西長4.17 km，南北寬4.10 km，井田面積13.530 2 km2，批準(zhǔn)開采2#、3#、5#、8#、9#、10#煤層，井田內(nèi)僅有店坪煤礦開采，無其他礦井。井田外北部與山西方山金暉凱川煤業(yè)有限公司相鄰(瓦斯礦井)，南部為霍州煤電集團(tuán)木瓜煤礦(瓦斯礦井)。

1 瓦斯異常區(qū)域基本情況

1.1 問題的提出

店坪礦于2014 年2 月開始開采下組煤，在掘進(jìn)10#煤層2031、2032、2071、2072 巷道期間出現(xiàn)過局部區(qū)域瓦斯涌出量異常增高的情況;在回采10 -203 工作面期間，推進(jìn)到407 m 時(shí)上隅角、工作面、回風(fēng)流瓦斯含量開始顯著增高。

1.2 瓦斯異常區(qū)域采掘布置方法

瓦斯異常情況出現(xiàn)時(shí)，井下生產(chǎn)采區(qū)為830 水平二采區(qū)，采區(qū)布置為10 -205、10 -203 兩個(gè)回采面，備用面10 -200 工作面，其中10 -203 工作面已推進(jìn)858 m，距停采線還有75 m，10 -205 工作面停止生產(chǎn);掘進(jìn)工作面共布置有7 個(gè)，分別為10 - 2081、10 -2082、10 -2071、10 -207 切巷(現(xiàn)已經(jīng)掘進(jìn)到位)、10 -207 繞巷(巖巷)、10 -2091、830 南翼回風(fēng)巷(半煤巖巷)。開拓系統(tǒng)巷道沿煤層走向布置，工作面運(yùn)輸巷沿傾向布置，采區(qū)整體形狀呈不規(guī)整的長條帶不等邊形，雙翼布置回采工作面。店坪礦采掘布置示意圖見圖1.

圖1 店坪礦采掘布置示意圖

1.3 瓦斯異常區(qū)域通防系統(tǒng)

店坪礦830 水平二采區(qū)回采工作面采用U 型通風(fēng)，掘進(jìn)工作面均采用壓入式通風(fēng)，各個(gè)工作面配風(fēng)均按照AQ 規(guī)定配風(fēng)。瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)型號(hào)為KJ70N，實(shí)現(xiàn)井下各類數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。采區(qū)采用靜壓灑水，在巷道內(nèi)各皮帶機(jī)頭、溜頭轉(zhuǎn)載點(diǎn)分別設(shè)有轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧設(shè)施;采煤工作面正、副巷距離工作面50 m 范圍內(nèi)各安設(shè)2 道凈化水幕，回采前均進(jìn)行煤體注水。定期對(duì)回采工作面采空區(qū)灌入黃泥和噴灑阻化劑防止遺煤自燃。

1.4 瓦斯異常區(qū)域地質(zhì)情況

該井田地處晉西黃土高原，屬呂梁山中段西側(cè)的山區(qū)，地形復(fù)雜，地貌類型以侵蝕的黃土梁、峁為主，其次為黃土溝谷地貌中的沖溝，井田內(nèi)總的地勢(shì)為西高東低。10#煤層位于太原組下部，平均埋深405 m，上 距9#煤 層7. 30 ～13. 26 m，平 均12.52 m.煤層厚度1.65 ～4.50 m，平均2.98 m，結(jié)構(gòu)簡單-復(fù)雜，含夾矸0 ～4 層，屬穩(wěn)定全區(qū)可采煤層。10#煤層上部有1 層平均厚度為1.6 m 的深灰色細(xì)砂巖，堅(jiān)硬致密，底板有1 層平均厚度為5.81 m的褐色砂質(zhì)泥巖，泥巖夾細(xì)砂巖，致密、質(zhì)純，10#煤層上下部都存在1 層巖性致密的巖層，不利于10#煤層瓦斯的釋放。

店坪礦井田內(nèi)總體為不對(duì)稱向斜(中陽-離石向斜)，并伴生次級(jí)短軸背斜及向斜，傾角一般3° ～14°，在井田西南部局部地段傾角達(dá)到20°，西北部局部地段傾角達(dá)到18°.井田內(nèi)發(fā)育有5 m 以上的斷層5 條，層間小斷層數(shù)條，還發(fā)育有6 個(gè)陷落柱。

2 瓦斯異常涌出原因分析

2.1 9#煤層瓦斯涌出量分析

9#煤層已采5 個(gè)工作面，分別為:9 -200、203、205、207、209，在掘進(jìn)和回采期間工作面未出現(xiàn)構(gòu)造，掘進(jìn)工作面瓦斯?jié)舛茸畲鬄?.04%，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛茸畲鬄?.06%;回采工作面瓦斯?jié)舛茸畲鬄?.04%，上隅角瓦斯?jié)舛茸畲鬄?.10%，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛茸畲鬄?.06%，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

2.2 10#煤層瓦斯涌出量分析

店坪礦于2007 年開始掘進(jìn)下組煤皮帶大巷和回風(fēng)大巷，沿10#煤層布置，位于中陽-離石向斜軸部，掘進(jìn)期間工作面瓦斯?jié)舛茸畲鬄?.12%，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛茸畲鬄?.24%，明顯高于9#煤層。

10-203 工作面為10#煤層的首采面，切巷長度為240 m，順槽長度為1 020 m，上部為9 -203、9 -205 工作面采空區(qū)。目前，203 工作面推進(jìn)858 m. 10 -203工作面回采、掘進(jìn)期間瓦斯?jié)舛茸兓姳?.

通過表1 分析得出:10 -203 工作面采掘期間在距830 運(yùn)輸巷600 m 的地方瓦斯?jié)舛冗_(dá)到最大。

同樣，用上述方法可對(duì)10 - 205、10 - 2071、10 -2072、10 -200 工作面掘進(jìn)期間瓦斯?jié)舛惹闆r進(jìn)行分析(表格省略)，得到10 -2051 巷掘進(jìn)期間在距830 運(yùn)輸巷600 m 的地方瓦斯?jié)舛冗_(dá)到最大，10 -2052巷掘進(jìn)期間在距830 運(yùn)輸巷580 m 的地方瓦斯?jié)舛冗_(dá)到最大。10 -2001 巷掘進(jìn)期間在距830運(yùn)輸巷380 m 的地方瓦斯?jié)舛冗_(dá)到最大，10 -2002巷掘進(jìn)期間在距830 運(yùn)輸巷400 m 的地方瓦斯?jié)舛冗_(dá)到最大。10 -2071 工作面距830 運(yùn)輸巷600 m 的地方瓦斯?jié)舛冗_(dá)到最大;10 -207 切巷工作面距830運(yùn)輸巷580 m的地方瓦斯?jié)舛冗_(dá)到最大。

表1 10 -203 工作面回采、掘進(jìn)期間瓦斯?jié)舛茸兓闆r表

在掘進(jìn)施工10 - 2081、10 - 2082、10 - 2091、10 -207繞巷、830 南翼回風(fēng)巷工作面期間，未發(fā)生瓦斯異常情況。

10#煤層在掘進(jìn)和回采期間，工作面揭露的斷層在0.6 ～3.5 m，并且揭露斷層期間瓦斯?jié)舛日?，說明斷層對(duì)瓦斯沒有明顯影響。

將相關(guān)數(shù)據(jù)繪圖后得到瓦斯地質(zhì)圖見圖2.

從圖2 可知:瓦斯異常區(qū)域分布在運(yùn)輸巷往西600 m、運(yùn)輸巷往東400 m 的1 000 m 左右范圍內(nèi)，呈現(xiàn)條帶狀分布，恰好與中陽-離石向斜區(qū)段相重合，并且在向斜軸部顯現(xiàn)出瓦斯?jié)舛冗_(dá)到最大。

在向斜區(qū)段瓦斯含量增大的主要原因是向斜處煤巖層受力擠壓，巖層密度增大，致密性增強(qiáng)，不利于瓦斯釋放。

綜上分析得知:向斜地質(zhì)構(gòu)造是造成10#煤層局部瓦斯異常的主要原因。

圖2 瓦斯地質(zhì)示意圖

3 瓦斯異常涌出區(qū)域綜合治理手段

3.1 采掘工作面合理配風(fēng)

合理配備采掘工作面風(fēng)量，通過增大風(fēng)量稀釋瓦斯。采掘工作面配風(fēng)時(shí)瓦斯涌出不均勻系數(shù)取1.7 計(jì)算，采煤工作面需風(fēng)量為860 m3/min，掘進(jìn)工作面需風(fēng)量為200 m3/min.目前，店坪礦下組煤10#煤層采煤工作面實(shí)際配風(fēng)量為1 400 m3/min，綜掘工作面局部通風(fēng)機(jī)全部為FBD - NO.6.3，功率為2 ×30 kW，局扇雙節(jié)運(yùn)行時(shí)出口風(fēng)量為360 ～400 m3/min，大于掘進(jìn)工作面需要風(fēng)量，有效稀釋瓦斯作用明顯。

3.2 均衡生產(chǎn)

利用降低割煤速度的方法控制瓦斯涌出。降低回采和掘進(jìn)割煤速度，確保瓦斯及時(shí)被風(fēng)流稀釋。同時(shí)，在準(zhǔn)備割煤時(shí)，經(jīng)實(shí)時(shí)觀察，工作面瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.40%時(shí)，立即停止割煤，將瓦斯?jié)舛葒?yán)格控制在0.5%以下。

3.3 其他手段

利用瓦斯稀釋器稀釋回采面上隅角瓦斯?jié)舛?。在回采面緊鄰上隅角第二個(gè)支架上安設(shè)1 臺(tái)瓦斯稀釋器，稀釋器與支架成45°夾角，出氣口朝向工作面上隅角，將稀釋器吸取的空氣壓縮至上隅角易于集聚瓦斯的范圍內(nèi)，從而增加上隅角區(qū)域的通風(fēng)量，有效降低上隅角瓦斯?jié)舛?。在投入使用瓦斯稀釋器以前，工作面上隅角瓦斯?jié)舛纫话闱闆r下維持在0.4% ～0.5%，在投入使用瓦斯稀釋器以后，工作面上隅角瓦斯?jié)舛然究刂圃?.3%以下。

4 結(jié) 論

店坪礦10#煤層在以830 運(yùn)輸巷為軸，往西600 m、往東400 m 的范圍內(nèi)，存在1 個(gè)條帶狀分布、與中陽-離石向斜區(qū)段相重合的異常區(qū)域，該區(qū)段瓦斯涌出量與該礦井其他區(qū)域相比較都明顯增高。因此，當(dāng)?shù)昶旱V在該范圍內(nèi)進(jìn)行回采、掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)瓦斯管理，確保安全生產(chǎn)。

［1］ 何啟林，王德明.孔莊煤礦瓦斯異常原因及其防治措施［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003(4):482.

［2］ 吳財(cái)芳，曾 勇，張子戌.低瓦斯礦井煤層瓦斯異常涌出的研究［J］.中國煤田地質(zhì)，2003(2):22.

［3］ 陳功華，翟 成，林柏泉.低瓦斯礦井局部瓦斯異常涌出的分析研究［J］.煤礦現(xiàn)代化，2004(2):26.