礦井承壓裂隙水對瓦斯涌出影響分析

曾洪偉 羅代書 張凱

（四川煤炭產(chǎn)業(yè)集團廣旺公司唐家河煤礦，四川廣元 628221）

礦井承壓裂隙水對瓦斯涌出影響分析

曾洪偉 羅代書 張凱

（四川煤炭產(chǎn)業(yè)集團廣旺公司唐家河煤礦，四川廣元 628221）

針對廣旺集團公司唐家河煤礦2010年2月5日+150m水平東大巷在掘進過程中遇大量承壓裂隙水卸壓釋放后導致+350m水平東集運輸大巷大量裂隙瓦斯異常涌出，嚴重威脅礦井安全生產(chǎn)。該礦系統(tǒng)分析了承壓裂隙水對裂隙瓦斯涌出的影響，得出承壓裂隙水卸壓釋放后給圍巖裂隙瓦斯提供了向上涌出的通道，瓦斯沿裂隙通道向上涌出并造成瓦斯超限的結論。并采取綜合治理裂隙瓦斯方法，保證了礦井安全生產(chǎn)。分析承壓裂隙水對裂隙瓦斯涌出的影響并進行有效治理，能為礦井日后的安全生產(chǎn)提供參考和借鑒。

裂隙水 瓦斯 分析

1　引言

裂隙瓦斯是一種賦存在煤層和煤層附近的圍巖的裂隙中，一般以游離狀態(tài)或吸附狀態(tài)存在，具有一定壓力的瓦斯。當裂隙瓦斯周圍的煤體或圍巖受地應力影響發(fā)生變化時，裂隙瓦斯存在狀態(tài)和壓力也會發(fā)生變化，當煤體或圍巖應力增大或受到其地質(zhì)原因變化時，就會打破裂隙瓦斯原始平衡，使裂隙瓦斯涌出量增加。

2　礦井水文地質(zhì)概況

唐家河煤礦位于廣旺煤田東部，區(qū)內(nèi)構造簡單，主體構造為單斜，礦區(qū)內(nèi)地層沿走向無大的起伏或褶曲，沿傾向由北向南呈一陡一緩的變化。井田東翼瓦斯涌出量大，涌水量小，井田西翼瓦斯涌出量小，涌水量大，區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件對瓦斯的賦存影響較大。該礦水文地質(zhì)類型砂巖裂隙含水層為主的水文地質(zhì)條件中等類型，地下水主要有松散巖類孔隙潛水、基巖裂隙水。區(qū)內(nèi)的砂巖、礫巖地層，孔隙、裂隙較發(fā)育，地下水主要以承壓孔隙水、裂隙水賦存其中；大氣降水是區(qū)內(nèi)地下水的主要補給水源，地表水體對地下水也有一定程度的補給，礦井投產(chǎn)后，地下水主要以開采疏干形式排泄。

3　承壓裂隙水與瓦斯賦存關系及影響分析

3.1水文地質(zhì)條件對瓦斯賦存的影響

水文地質(zhì)條件作為煤層氣地質(zhì)控制因素之一，對煤層氣的富集成藏有著重要的影響，尤其在影響低煤階煤層氣富集成藏的因素中，起著非常重要的因素。根據(jù)水動力對煤層氣的封堵作用和水力封閉作用等理論，承壓裂隙水封閉裂隙通道，吸附在圍巖煤體中的瓦斯處于吸附狀態(tài)，不能通過承壓水的封堵范圍。反之，承壓裂隙水釋放卸壓后裂隙處于開放狀態(tài)，形成瓦斯排放的直接通道，而且地下水的溶蝕作用還會帶走部分溶解瓦斯。由于地下水的溶蝕作用還會帶走部分礦物質(zhì)，導致煤系地層的天然卸壓，地應力的降低，引起煤層及圍巖透氣性增大，從而加強了煤層瓦斯的逸散程度。施工探水鉆孔為圍巖承壓裂隙水開辟了疏排通道，從而使上部水位下降，解除了對圍巖裂隙瓦斯的相對封堵作用，瓦斯通過裂隙通道涌入上部空間，這說明礦井承壓裂隙水水文地質(zhì)條件與瓦斯賦存規(guī)律存在著的互補關系。

圖1　

表1　承壓水釋放量與瓦斯涌出量的變化

3.2承壓裂隙水對瓦斯涌出規(guī)律的影響

2010年2月5日上午9時許唐家河煤礦在+150m水平東探巷以東820米處施工探水鉆水鉆進28.5米時，大量承壓裂隙水隨鉆孔涌出，經(jīng)實測，該探水鉆孔涌水量達92m3/h（鉆孔涌水前150大巷涌水量為65.4792m3/h，涌水后為158.16 m3/h）。隨著大量承壓裂隙水隨鉆孔涌出，承壓裂隙水水位下降，解除了承壓裂隙水對圍巖裂隙瓦斯的相對封堵，形成了瓦斯排放的直接通道，使對應的上水平+350m水平東翼進風運輸大巷風流中的瓦斯?jié)舛扔?.08%逐漸上升至0.16%，2月5日下午17時，+350m水平東翼進風運輸大巷瓦斯涌出量逐漸增大，并導致東翼四、六采區(qū)進風瓦斯超限，主要瓦斯涌出地點為384采區(qū)石門東西側約150-180米范圍，沿礦井走向長度約350米。瓦斯涌出量由0.4m3/min增加到7.9m3/min。384采區(qū)進風、386采區(qū)進風流瓦斯?jié)舛染^0.5%，386采區(qū)進風最高達1%。經(jīng)反復分析和論正，我們認為+350m東進風大量瓦斯來源是因為+150m承壓裂隙水通過探水鉆孔數(shù)小時卸壓釋放后，承壓裂隙水的釋放首先打破了裂隙瓦斯的壓力平衡，使圍巖裂隙瓦斯所承受的壓力發(fā)生改變，另外由于承壓水釋放后，為圍巖裂隙承壓水開辟了疏排通道，從而使上部水位下降，解除了對圍巖裂隙瓦斯的相對封堵作用，原本起著隔水層作用的承壓水卸壓釋放后反而給裂隙瓦斯涌出提供了涌出通道，使+150mm水平圍巖裂隙瓦斯通過這些通道大量涌入+350m水平，從而導致+350m水平東翼瓦斯涌出量增加而超限。隨著承壓水卸壓釋放水壓趨于穩(wěn)定后瓦斯涌出壓力逐步下降趨于平衡穩(wěn)定，瓦斯涌出量也逐步趨于穩(wěn)定，下表1為水量與瓦斯量的統(tǒng)計表。

4　承壓裂隙水及圍巖裂隙瓦斯的治理

4.1承壓裂隙水的治理

承壓裂隙水是井下防治水工作的重要治理部分，井下鉆探放水是開展礦井防治水工作的關鍵手段，承壓水的卸壓與引排主要通過鉆探進行治理。該礦通過在+150東翼鉆場打鉆穿過巖層，進入承壓水隔水層之間，使承壓水通過鉆孔卸壓疏排到巷道中，消除了掘進工作中的水患威脅，為后期的采掘活動進行提供了安全保障，確保安全生產(chǎn)。

4.2圍巖裂隙瓦斯治理

（1）在+350m水平東大巷瓦斯涌出段布置穿層瓦斯抽采鉆孔截流下水平裂隙瓦斯。具體做法是從384配電所以西150米開始，東至六石門，每隔30m設置一個鉆場，每個鉆場向巷道的兩幫各布設三個扇形鉆孔，鉆孔布置的角度相對巷道走向角度為60°、90°、120°，鉆孔的仰角均為8°—15°鉆孔深度為15米—35米（圖1所示）。

在瓦斯鉆孔施工過程中，采用邊施工，邊連管，邊抽放的方法，每個鉆孔與抽放支管的連接處必須設置一個鉆孔瓦斯?jié)舛群蛪毫z測裝置，以便檢查每個鉆孔的瓦斯抽放濃度和負壓，抽放支管在384采區(qū)石門處與瓦斯抽采主管連接，對裂隙瓦斯進行抽放。

（2）利用+350東翼原廢棄巷道作為瓦斯抽放巷并管抽放瓦斯。在抽放巷道鋪設￠50mm瓦斯抽采管道與瓦斯抽采主管連接，在巷道口構筑一道嚴實的密閉，對涌到該巷道內(nèi)的裂隙瓦斯進行抽放。

4.3治理效果

鉆孔穿過巖層進入承壓水隔水層，使承壓水通過鉆孔卸壓引入巷道水溝中，減少了巷道的淋水，創(chuàng)造了較好的生產(chǎn)環(huán)境。+350m水平裂隙瓦斯鉆孔完工進行抽放后，鉆孔抽放濃度為40%～80%，礦井瓦斯抽放流量由5m3/min增長到16m3/min～18m3/min，+350m水平東大巷進風瓦斯?jié)舛扔?.7%左右下降為0.20%以下。有效控制住了384采區(qū)進風、386采區(qū)進風瓦斯?jié)舛瘸?，保證了386采區(qū)、384采區(qū)及時恢復生產(chǎn)，為安全生產(chǎn)創(chuàng)造了條件，同時增大了礦井瓦斯抽放量，2010年唐家河礦瓦斯抽采量達到了948萬立方米，其中+150裂隙瓦斯抽采約700多萬立方米，年瓦斯利用780萬立方米，保證了供礦工業(yè)用氣和礦居民用氣，2010年為礦直接創(chuàng)收257.8多萬元。

5　結語

（1）通過對承壓裂隙水與瓦斯涌出影響分析，承壓裂隙水卸壓釋放后，解除了承壓水對圍巖裂隙瓦斯的相對封堵作用，給圍巖裂隙瓦斯提供了向上涌出的通道，瓦斯沿裂隙通道向上涌出。該區(qū)承壓裂隙水釋放后，為后期184采區(qū)開采提供良好的生產(chǎn)條件。（2）采用合理抽采瓦斯技術抽采大量裂隙瓦斯，減少風排瓦斯量，增加瓦斯抽采量，提高瓦斯利用率，可節(jié)約煤碳資源，減少碳排放量，保護自然生態(tài)環(huán)境。（3）定期收集水文與瓦斯綜合鉆孔資料，為后期184采區(qū)開采水文地質(zhì)及瓦斯地質(zhì)預報提供可靠依據(jù)，指導礦井的安全生產(chǎn)。（4）建議煤礦生產(chǎn)中防治瓦斯異常涌出工作應和防治裂隙水涌出密切相結合，保障礦井的安全生產(chǎn)。

曾洪偉（1969—），男，四川旺蒼人，通風工程師，從事通風技術管理20余年，現(xiàn)任四川廣旺能源發(fā)展（集團）有限責任公司唐家河煤礦總工程師。