鹿臺山礦低滲煤層瓦斯抽采問題分析

摘 要：鹿臺山煤礦是典型的低滲透抽采困難煤層。文章從介紹礦井的基本地質(zhì)構(gòu)造和特點(diǎn)出發(fā)，分析指出了該礦瓦斯抽采工作中存在的煤層均質(zhì)性差且滲透率低、煤層組成復(fù)雜且臨近層瓦斯源強(qiáng)、煤層脆性強(qiáng)且瓦斯鉆孔塌孔易發(fā)、鉆孔影響半徑小且瓦斯抽采效率低四大問題；根據(jù)進(jìn)行的分析指出了該礦煤層瓦斯抽采的應(yīng)對措施。

關(guān)鍵詞：低滲透；瓦斯；抽采；影響因素

1 鹿臺山煤礦的地質(zhì)特點(diǎn)

山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)鹿臺山煤業(yè)有限公司位于沁水縣西南14km處張村鄉(xiāng)馮村村附近，主采2號煤層。在其井田范圍內(nèi)，二疊系下統(tǒng)山西組為其主要含煤地層之一，厚47.0～56.0m；底部以K7砂巖底與太原組地層分界，巖性主要為巖屑石英砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖和煤層，含豐富的植物化石，有二疊枝脈蕨、華北蕉羽葉、星輪葉等；上部以灰白色中粒砂巖、灰黑色粉砂巖為主，中夾黑色泥巖和極不穩(wěn)定的1號薄煤層，煤層厚約0.13m。中部以灰黑色粉砂巖、泥巖、深灰色細(xì)粒砂巖及2號煤層組成。2號煤層為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層，煤層厚度1.35～3.20m，平均厚度1.97m。

井田位于沁水塊坳的南端，東腰～尚莊區(qū)域性正斷層的北側(cè)（下盤）約300m。井田構(gòu)造線方向與區(qū)域構(gòu)造線方向一致，南部邊緣有2號煤層露頭出現(xiàn)，地層產(chǎn)狀走向近于東西向，傾向北，傾角4～8°，為一向北緩傾的單斜構(gòu)造。據(jù)采掘工程控制井田內(nèi)發(fā)育三個小斷層，其中較大的F1斷層位于井田中西部，傾向北西，傾角65°、斷距4m，延伸長度在950m左右；F2為分布于井田中東部走向近于北的小斷層，長度在600m左右，傾向北西，傾角68°，斷距3m；F3斷層位于F2東側(cè)，走向北西傾向南西，斷距3m，延伸長度約250m。

2 鹿臺山煤礦煤層瓦斯抽采實(shí)踐中存在的問題

鹿臺山煤礦煤層為典型的低滲透難抽采煤層，瓦斯抽采工作中困難重重，導(dǎo)致瓦斯抽采工作效果不佳。在瓦斯抽采工作中出現(xiàn)的主要問題包括：

2.1 煤層均質(zhì)性差，滲透率低

鹿臺山煤礦主采2號煤層，該煤層層理結(jié)構(gòu)明顯，且層理轉(zhuǎn)折變化多，導(dǎo)致煤層內(nèi)瓦斯流動通道變化多且已形成局部瓦斯集聚而影響游離瓦斯的運(yùn)移，從而導(dǎo)致滲透率低；再者，該礦主采煤層內(nèi)局部含有加矸層且沿煤層走向分布，且為泥質(zhì)巖性透氣性差，泥質(zhì)加矸層的存在將該礦主采2號煤層分割為互相獨(dú)立的幾部分而形成局部封閉結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致煤層內(nèi)瓦斯的解吸和運(yùn)移受到明顯影響而使?jié)B透率降低。

2.2 煤層組成復(fù)雜、臨近層瓦斯源強(qiáng)

鹿臺山煤礦主采2號煤層，但在2號煤層頂板和底板各存在以不可采的極薄煤層且煤層瓦斯含量大，兩個極薄煤層均處于2號煤層采動顯著影響范圍內(nèi)，近似構(gòu)成煤層群開采，并形成了典型的“主采煤層開采擾動影響富含瓦斯煤層群”。隨著2號煤層的開采推進(jìn)，由受采動卸壓作用導(dǎo)致的上、下極薄煤層放散出的瓦斯均涌入2號主采煤層的采掘空間，從而導(dǎo)致2號主采煤層采空區(qū)瓦斯?jié)舛却蟛⒃黾恿似洳删蚩臻g的瓦斯?jié)舛龋瑢?dǎo)致2號煤層開采過程中采掘空間瓦斯超限頻繁，特別表現(xiàn)在上隅角范圍內(nèi)。

2.3 煤層脆性強(qiáng)、瓦斯鉆孔塌孔易發(fā)

鹿臺山煤礦主采2號煤層為中灰-高灰、低磷、特低硫、中熱-高熱值、高熔灰份的合成氨固定-氣化和動力用煤，煤的內(nèi)部微結(jié)構(gòu)豐富且分布復(fù)雜，單軸抗壓強(qiáng)度較大但脆性強(qiáng)，其內(nèi)含有的泥質(zhì)成分遇水后易膨脹而導(dǎo)致煤體受擠壓而散碎。故，瓦斯抽采鉆孔成果效果好但不宜保持，抽采鉆孔服務(wù)期內(nèi)布局塌孔嚴(yán)重而易于堵孔，導(dǎo)致瓦斯抽采鉆孔失敗。

2.4 鉆孔影響半徑小、瓦斯抽采效率低

鹿臺山煤礦主采2號煤層的瓦斯壓力為0.41-0.52MPa，百米鉆孔初始瓦斯流量為0.0793m3/min，透氣性系數(shù)為3.2238m2/MPa2·d，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.0261d-1，百米鉆孔瓦斯流量0.0793m3/min，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)α=0.0261d-1；煤層透氣性系數(shù)λ=3.2238m2/MPa2·d，為典型的低滲透煤層，故瓦斯鉆孔的有效影響范圍小、有效影響半徑?。挥忠?yàn)橥咚广@孔難以維護(hù)且易于塌孔，故瓦斯抽采工作受到嚴(yán)重影響而效率較低下。

3 鹿臺山煤礦煤層瓦斯抽采的應(yīng)對措施

鹿臺山礦是受瓦斯問題困擾非常嚴(yán)重的礦井之一，解決瓦斯治理問題對于維護(hù)該礦正常的生產(chǎn)秩序、挖掘該礦的生產(chǎn)潛力意義重大。因此，必須在掌握清楚該礦瓦斯賦存與涌出特性的前提下，有針對性的采取綜合治理措施與技術(shù)方法體系，才能從根本上解決該礦的瓦斯問題?？蓮囊韵聨讉€方面著手：

（1）思想上高度重視，以防控瓦斯為核心做安全生產(chǎn)的文章。從全煤炭行業(yè)來講，瓦斯災(zāi)害是一次造成死亡人數(shù)最多的災(zāi)害，瓦斯不但對煤炭一線工人生命造成嚴(yán)重危害，也對煤炭生產(chǎn)企業(yè)造成沉重的負(fù)擔(dān)，造成的負(fù)面影響巨大。而鹿臺山礦煤層瓦斯含量大、煤層透氣性差、瓦斯難抽采，就決定了瓦斯治理工作的艱巨性。因此，全礦上下必須從思想上高度重視瓦斯問題，樹立“安全生產(chǎn)、瓦斯為天”的思想，牢牢扭住瓦斯治理這一牛鼻子，以瓦斯治理工作為核心開展全礦的安全生產(chǎn)工作。

（2）理清安全投入與保障生產(chǎn)的關(guān)系，增加安全投入。煤礦企業(yè)的根本任務(wù)就是生產(chǎn)煤炭，生產(chǎn)煤炭也是廣大煤礦企業(yè)創(chuàng)造價值、產(chǎn)生利潤的源泉，但其前提是安全生產(chǎn)。一旦發(fā)生各類災(zāi)害，造成直接經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡不可避免，耽誤的正常生產(chǎn)時間更是無可挽回。因此，只有安全生產(chǎn)才能保障煤礦企業(yè)的產(chǎn)量、利潤，但安全生產(chǎn)需要增加投入來保障其實(shí)現(xiàn)，包括思想上的投入、人力的投入和經(jīng)濟(jì)上的投入，短時間可能會表現(xiàn)為增加煤礦企業(yè)的生產(chǎn)成本。所以，必須理清保障安全生產(chǎn)與安全投入的關(guān)系，從大局角度著眼長遠(yuǎn)算綜合賬，提供切實(shí)的安全投入保障來保證安全生產(chǎn)的環(huán)境。

（3）尊重科學(xué)規(guī)律，從根源上認(rèn)識瓦斯災(zāi)害、掌握瓦斯規(guī)律、制定瓦斯防治措施。包括礦井的五大災(zāi)害在內(nèi)的全部礦井災(zāi)害的孕育、發(fā)生、發(fā)展都是有科學(xué)規(guī)律的，特別是瓦斯災(zāi)害，其孕育、發(fā)生、發(fā)展過程必然遵循瓦斯源、吸附瓦斯到游離瓦斯的轉(zhuǎn)換過程、游離瓦斯的運(yùn)移和放散出煤體過程、外界火源和氧氣。對于具體礦上來講，瓦斯源是相對固定的（即煤層的瓦斯賦存情況），外界火源是可以人為避免的，與氧氣接觸是無法斷絕的，吸附瓦斯到游離瓦斯的轉(zhuǎn)換過程與游離瓦斯的運(yùn)移和放散出煤體過程是可以通過科學(xué)研究掌握的規(guī)律，并能根據(jù)其表現(xiàn)出的規(guī)律采取措施控制其速度的。因此，只要尊重科學(xué)規(guī)律，從根源上掌握上述過程表現(xiàn)出的規(guī)律并制定正確的應(yīng)對措施，就可以防控瓦斯災(zāi)害的發(fā)生。

4 結(jié)束語

瓦斯問題位列礦井五大災(zāi)害，其導(dǎo)致災(zāi)害的預(yù)防工作任重道遠(yuǎn)。對鹿臺山礦而言，只要結(jié)合該礦的實(shí)際情況并認(rèn)識到該礦條件的獨(dú)特之處，相信在充分認(rèn)識重要意義、尊重科學(xué)規(guī)律和構(gòu)建有效預(yù)防技術(shù)體系的基礎(chǔ)上，一定能夠逐步解決該礦的瓦斯問題。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：孫百鎖（1962-），男，山西臨汾人，本科，工程師，現(xiàn)為鹿臺山煤業(yè)有限公司董事長，主要從事煤礦安全生產(chǎn)方面的管理與研究工作。