淺談煤層頂板灰?guī)r內(nèi)瓦斯治理方法

宋益平

(山西義棠煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 介休 032000)

淺談煤層頂板灰?guī)r內(nèi)瓦斯治理方法

宋益平

(山西義棠煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 介休 032000)

針對煤層頂板石灰?guī)r瓦斯這種特殊的瓦斯賦存方式，義煤在實踐中經(jīng)過摸索，通過對工作面前方200m范圍內(nèi)頂板進(jìn)行瓦斯抽放，使工作面頂板裂隙內(nèi)瓦斯壓力保持在安全值內(nèi)，不涌出巖層，很好地保障了回采工作面安全生產(chǎn)。

煤層頂板；石灰?guī)r；瓦斯抽放；瓦斯壓力

Gas Control Method inner of Limestone in Coal Seam Roof

我國大部分煤礦瓦斯都是賦存在煤層中，瓦斯以附著態(tài)為主，游離態(tài)少量。在長久的瓦斯治理過程中，積累了豐富的經(jīng)驗，尤其是建立了以本煤層或鄰近層預(yù)抽為主的瓦斯抽采方法和抽采系統(tǒng)，取得了不錯的成果。但在山西義棠煤業(yè)有限責(zé)任公司(以下簡稱義煤)井田內(nèi)，瓦斯賦存狀態(tài)存在特殊性，在回采工作面生產(chǎn)期間存在采空區(qū)瓦斯異常涌出和上隅角瓦斯超限等現(xiàn)象，經(jīng)河南理工大學(xué)對各煤層瓦斯參數(shù)進(jìn)行測定的結(jié)果看，各開采煤層均位于瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)，煤層瓦斯含量較少，煤層瓦斯含量均小于2.5m3/t，證明造成回采工作面采空區(qū)及上隅角瓦斯異常的原因并非本煤層瓦斯，屬鄰近層圍巖瓦斯范疇，結(jié)合采掘?qū)嶋H經(jīng)驗分析，瓦斯主要賦存在煤層頂板石灰?guī)r裂隙內(nèi)，以游離態(tài)為主。這種瓦斯賦存的特殊條件不適宜采用常規(guī)的瓦斯治理經(jīng)驗及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，因此對瓦斯防治方法進(jìn)行研究，有著重要的實際意義和價值。

1 地質(zhì)條件概況

山西義棠煤業(yè)有限責(zé)任公司批準(zhǔn)開采1號，2號，9號，10號煤層，設(shè)計生產(chǎn)能力1.80Mt/a，其中9號煤層位于太原組下部，與10號煤層相距平均0.84m，全區(qū)穩(wěn)定可采，上覆巖層依次為K2石灰?guī)r、泥巖、砂巖、K3石灰?guī)r、泥巖、K4石灰?guī)r、泥巖，其中K2石灰?guī)r為9號煤層直接頂，現(xiàn)聯(lián)合開采9+10號煤層，采用放頂煤開采工藝，工作面布置在10號煤下部分， 10號煤層上部分和9號煤層通過放頂方式回采。K2裂隙發(fā)育較好，且孔隙發(fā)育較好，充填有大量方解石結(jié)晶，部分區(qū)域有黃鐵礦結(jié)核。據(jù)實踐生產(chǎn)，在K2，K3， K4中發(fā)現(xiàn)大量的裂隙和溶洞，部分裂隙寬度達(dá)200mm以上，且裂隙發(fā)育區(qū)域瓦斯涌出量明顯增大。根據(jù)煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司編制的《山西義棠煤業(yè)有限責(zé)任公司礦井瓦斯涌出量預(yù)測》，公司下組煤9+10號煤層最大瓦斯含量約為2.43m3/t。

2 瓦斯治理歷程及成效

2.1 瓦斯賦存特征

義煤在100403工作面及回采過程中發(fā)現(xiàn)瓦斯涌出量逐步增大，同時在下組煤西翼掘進(jìn)過程中也發(fā)現(xiàn)斷層帶附近頂板中涌出大量高濃度瓦斯，部分地點裂隙中瓦斯?jié)舛饶苓_(dá)到90%以上，給安全生產(chǎn)帶來了較大的隱患。經(jīng)相關(guān)專家討論評審后一致認(rèn)定，義煤的瓦斯主要賦存在煤層頂板石灰?guī)r裂隙內(nèi)，以游離態(tài)為主，煤層內(nèi)瓦斯含量很少，異于一般的煤層瓦斯賦存形式，為下一步的治理工作提供了理論支持。

2.2 工作面瓦斯治理體系

為有效地解決瓦斯問題，保障礦井的安全生產(chǎn)，義煤經(jīng)過2a多的時間，通過不斷地摸索和完善，總結(jié)出了一套適合本礦的回采工作面瓦斯治理方法，即：“分源抽采、邊抽邊采和加強上隅角抽采與通風(fēng)”的綜合治理模式。

瓦斯抽放系統(tǒng)采取高、低負(fù)壓分源抽放。設(shè)計對進(jìn)風(fēng)巷施工瓦斯鉆孔，每隔50m施工1個鉆場，向工作面施工穿層鉆孔，對頂板石灰?guī)r進(jìn)行穿層抽放，鉆孔呈扇形分布；回風(fēng)巷每隔50m布置1個鉆場，對工作面回采時的采空區(qū)裂縫帶抽放，同時通過上隅角埋管對工作面上隅角進(jìn)行抽放。其中，高負(fù)壓系統(tǒng)抽放進(jìn)風(fēng)巷穿層鉆孔；低負(fù)壓抽放上隅角支管和回風(fēng)巷裂縫帶鉆孔。

工作面通風(fēng)采用U型通風(fēng)系統(tǒng)，如有必要可在上隅角附近懸掛風(fēng)障來保障上隅角瓦斯不超限。

2.3 抽放系統(tǒng)原理

由于石灰?guī)r內(nèi)的瓦斯以游離態(tài)為主儲存于灰?guī)r裂隙、孔隙、孔洞等空間中，流動性強、瓦斯抽采半徑大、抽采鉆孔瓦斯參數(shù)無明顯的衰減性等特性，故不能采取一般傳統(tǒng)意義的煤層瓦斯預(yù)抽方法，義煤采取如圖1所示的鉆孔布置方式，抽采斷面見圖2。

圖1 工作面抽采平面示意

圖2 工作面斷面示意

工作面正常生產(chǎn)情況下，只開啟兩巷工作面前方200m范圍內(nèi)的鉆場，通過對該范圍頂板石灰?guī)r內(nèi)的瓦斯進(jìn)行抽放，使該范圍內(nèi)的瓦斯壓力下降到一定的安全范圍內(nèi)，即其不大于巷道內(nèi)大氣壓力值，使儲存在灰?guī)r中的瓦斯不涌出到工作面或采空區(qū)中，從而保障工作面安全生產(chǎn)。其中工作面前方50m范圍內(nèi)和后方20m范圍內(nèi)采空區(qū)，由于頂板及煤體受采動影響破壞后形成貫穿裂隙和瓦斯運移通道，但經(jīng)鉆孔抽放后，一方面灰?guī)r中瓦斯絕對含量下降，涌出量相對減少；另一方面是較原始灰?guī)r內(nèi)的瓦斯形成相對壓力降低區(qū)，瓦斯處于相對平衡狀態(tài)而不涌出；工作面采空區(qū)范圍內(nèi)相較原始瓦斯儲存的石灰?guī)r裂隙空間變大，經(jīng)過稀釋后瓦斯?jié)舛冉档?，處于安全范圍?nèi)。針對上隅角瓦斯積聚的問題，通過在上隅角堆積沙袋或施工隔墻形成封閉空間后采用埋管抽放的方法進(jìn)行治理。

2.4 治理成效

瓦斯抽放系統(tǒng)參數(shù)如下：進(jìn)風(fēng)巷穿層支管瓦斯工況流量80～100m3/min，瓦斯?jié)舛?0%左右；回風(fēng)巷裂縫帶鉆孔支管工況流量100～120m3/min，瓦斯?jié)舛?5%左右；上隅角支管工況流量100m3/min左右，瓦斯?jié)舛?.2%～1.0%；回采工作面配風(fēng)一般在1200m3/min左右，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.2%以下。

通過該方法的治理，回采工作面的瓦斯防治取得了較好的成效，上隅角瓦斯得到了很好地控制，基本控制在0.5%以下，回采工作面瓦斯總涌出量達(dá)到52.4m3/min，其中抽采瓦斯量為50m3/min，風(fēng)排瓦斯量為2.4m3/min，工作面瓦斯抽采率達(dá)到95%。各地點瓦斯?jié)舛染舷嚓P(guān)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)要求，很好地保障了安全生產(chǎn)。

3 主要結(jié)論

通過在實際生產(chǎn)中驗證，采用“分源抽采、邊抽邊采和加強上隅角抽采與通風(fēng)”的瓦斯綜合治理模式對瓦斯賦存于鄰近層或頂板石灰?guī)r裂隙中的回采工作面瓦斯治理是非常有效和可行的，在實際生產(chǎn)過程中取得了很好的效果，能夠很好地解決回采工作面瓦斯超限造成的安全隱患，對今后其他類似地質(zhì)條件的礦井具有一定的指導(dǎo)和借鑒作用。

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[責(zé)任編輯：王興庫]

2016-11-24

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2017.04.024

宋益平(1964-)，男，山西介休人，工程師，現(xiàn)任山西義棠煤業(yè)有限責(zé)任公司董事長，主要從事煤礦技術(shù)管理及生產(chǎn)工作。

宋益平.淺談煤層頂板灰?guī)r內(nèi)瓦斯治理方法[J].煤礦開采，2017，22(4)：94-95.

TD712.6

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1006-6225(2017)04-0094-02