孟村礦井瓦斯賦存規(guī)律研究與治理

侯彪

摘 要：孟村煤礦位于陜西彬長礦區(qū)，地質(zhì)類型復(fù)雜，煤層厚度及埋深大，具有強(qiáng)沖擊傾向性， 井田內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，為高瓦斯礦井。目前礦井處于基建階段，隨著下一步開拓及開采，瓦斯問題將越來越嚴(yán)重。 根據(jù)鉆孔瓦斯測定參數(shù)，詳細(xì)分析了礦井瓦斯分布規(guī)律及瓦斯地質(zhì)因素，并根據(jù)礦井瓦斯與沖擊地壓并存的現(xiàn)狀，提出了針對(duì)性的綜合防治措施。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)條件；瓦斯賦存；抽采；防治；管理

1礦井概況

1.1自然地理?xiàng)l件

孟村礦井及選煤廠位于陜西省咸陽市西北部，彬長礦區(qū)中北部，地處咸陽市彬縣與長武縣交界地帶，行政區(qū)劃隸屬于陜西省咸陽市長武縣管轄。井田東西長10.5km，南北寬6.5km，總體規(guī)劃井田面積61.2km2。可采面積約58.77km2。礦井工業(yè)資源/儲(chǔ)量為938.22Mt。設(shè)計(jì)資源/儲(chǔ)量為912.54Mt。設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為644.92Mt。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力：6.00Mt。服務(wù)年限為76.8a。

1.2井田構(gòu)造

孟村井田地表大面積為黃土層所覆蓋，溝谷中出露的白堊系產(chǎn)狀較為平緩?？傮w趨勢為南高北低，西高東低。井田構(gòu)造特征與礦區(qū)完全一致，即以寬緩的褶曲為主。各褶曲軸向?yàn)镹E～NEE，兩翼傾角一般3～5o，最大7～8o；兩翼起伏幅度80～180m，一般100m左右。褶曲對(duì)煤系、煤層的沉積分布及其厚度變化關(guān)系密切。一般向斜軸部煤系、煤層較厚，背斜軸部煤系、煤層較薄，沉積無煤區(qū)僅發(fā)育在七里鋪～西坡背斜和董家莊背斜的軸部。

1.3礦井瓦斯情況

全井田4煤層瓦斯采樣點(diǎn)17個(gè)，采集了23個(gè)樣。4煤層自然瓦斯成分主要為氮?dú)饧凹淄?。甲烷成分最高值?2.38%（M6-5孔），最高含量1.16ml/g.daf（M6-5孔）。瓦斯成分及分帶的平面特征：井田西部7號(hào)勘探線以西，由于煤層遭受風(fēng)化，瓦斯含量較低，形成了二氧化碳～氮?dú)鈳В?線以東以氮?dú)?、甲烷為主，甲烷濃度增高，含量增大，形成氮?dú)狻淄閹?。瓦斯含量的基本?guī)律：煤層埋深每增加100m，瓦斯含量增加0.27～0.52ml/g.daf，甲烷含量隨甲烷濃度的增高而增加。

2瓦斯治理技術(shù)

2.1地面鉆井抽采瓦斯

從地面打鉆井預(yù)抽被保護(hù)層采動(dòng)區(qū)卸壓或被壓裂煤層的瓦斯，以消除煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性、降低煤層開采過程中瓦斯涌出量。

在地面水平鉆孔技術(shù)方面，大多數(shù)情況下，鉆井液柱的靜水荷載要大于儲(chǔ)氣層的內(nèi)部壓力，這樣會(huì)減少瓦斯抽放量。同時(shí)壓力作用于鉆井液并使其割斷媒體的節(jié)理，堵塞瓦斯涌出通道。為解決孟村礦井瓦斯問題，應(yīng)采用雙鉆井系統(tǒng)。首先鉆一口直徑222.25m的穿過煤層的豎直井，然后將三個(gè)同心套管套入鉆孔，在同心套管間的兩個(gè)圓環(huán)中灌入泥漿以增強(qiáng)鉆孔壁強(qiáng)度。套管延伸至煤層上方15m處，在煤層上下一定范圍內(nèi)留設(shè)一段無套管鉆孔。然后通過底部擴(kuò)孔機(jī)具將煤層周圍鉆孔的直徑擴(kuò)大至1.8m左右。第二口井眼距第一口90m，當(dāng)豎直鉆進(jìn)距煤層60m以內(nèi)的某點(diǎn)時(shí)，在此點(diǎn)應(yīng)用定向鉆孔技術(shù)使第二鉆孔的水平部分位于煤層內(nèi)，該鉆孔的水平部分應(yīng)嚴(yán)格按照第一個(gè)井孔監(jiān)測的坐標(biāo)方向鉆進(jìn)，當(dāng)截?cái)嗟降谝粋€(gè)鉆井時(shí)，就形成了欠平衡水平鉆井系統(tǒng)。在第一口井的壓縮空氣作用下，鉆孔處的氣液體混合物將返回至交叉點(diǎn)鉆液處，從而降低了垂直鉆液柱的密度，形成了欠平衡鉆井的條件。

隨著長度達(dá)1200-1500m的水平鉆孔的應(yīng)用，水平瓦斯抽采網(wǎng)絡(luò)也逐漸發(fā)展起來，它的輪廓像羽毛的對(duì)稱結(jié)構(gòu)和樹葉的生長結(jié)構(gòu)，由分布均勻的橫向鉆孔組成，這些鉆孔的平均直徑為11cm，位于中心井孔的左右兩側(cè)，主要用來抽放礦井內(nèi)的瓦斯。四個(gè)中心井孔分別分布在四個(gè)象限上，從而能在360°范圍上覆蓋整個(gè)瓦斯抽放區(qū)域。在這種體系下，每個(gè)垂直鉆孔范圍上可以鉆總長度達(dá)18000m的橫向孔，這些橫向孔的比表面積達(dá)1200英畝。水平橫向鉆孔的使用能減小地表擾動(dòng)和相應(yīng)成本，使瓦斯抽采均勻，并使礦井在瓦斯抽放期間能繼續(xù)生產(chǎn)。

這種體系能實(shí)現(xiàn)井下氣水分離，較容易地將水泵出。通過布置在垂直鉆孔中心處水管將水排出，通過鉆孔中心周圍的套管圓環(huán)區(qū)將瓦斯抽出。

2.2抽采開采煤層瓦斯

地面鉆井抽采瓦斯的預(yù)抽時(shí)間不夠充足，開采層瓦斯可采用邊抽邊采技術(shù)。邊抽邊采的方法主要有采面淺孔和上下巷順層長鉆孔抽采。根據(jù)礦井實(shí)際情況可知選用順層長鉆孔抽采。在工作面機(jī)、風(fēng)兩巷向工作面前方煤層施工長鉆孔，降低回采期間煤層瓦斯壓力和含量，從而減少回采瓦斯涌出和降低突出危險(xiǎn)性。

①鉆孔布置有平行、交叉、迎向多種形式；

②鉆孔間距根據(jù)預(yù)抽時(shí)間和鉆孔的排放半徑確定；

③鉆孔深度在50m以上；

④在工作面、風(fēng)巷掘進(jìn)期間施工，鉆孔滯后掘進(jìn)工作面不大于100m，采用貫通鉆孔全部打完；

⑤在巷道內(nèi)敷設(shè)一趟抽采管路與礦井抽采系統(tǒng)相連接。

2.3采空區(qū)瓦斯抽采

回采工作面結(jié)束后，采空區(qū)仍會(huì)積聚大量瓦斯。瓦斯積聚在煤層上部的煤夾層和巖層處，并在支架后方采空區(qū)直接頂冒落后才大量涌出。處理采空區(qū)的瓦斯采用垂直鉆孔法是一種非常有效的方法。

①鉆孔地點(diǎn)

在工作面回采開始之前，根據(jù)工作面長度和瓦斯含量的不同，沿工作面中心線（走向）在地表鉆三到三十個(gè)鉆孔，第一個(gè)鉆孔通常距開切眼相距46～153m，或布置在地表沉降盆地傾斜邊緣附近。應(yīng)在距離回采工作面較遠(yuǎn)距離時(shí)就提前鉆好鉆孔。

②設(shè)計(jì)

瓦斯鉆孔直徑為0.2～0.3m，內(nèi)部套管直徑為0.18～0.24m，該套管分兩部分，第一部分由61m長的鋼質(zhì)割縫篩管組成，起于鉆孔底部4.57m處（要注意的是允許瓦斯進(jìn)入割縫篩管的長度與瓦斯涌出空間有關(guān)），第二部分是延伸至地表的固體套管，在固體套管內(nèi)灌漿并在鉆孔底部進(jìn)行密封以防止水的侵入。

③性能

采空區(qū)鉆孔會(huì)用到功率為10～75HP，通風(fēng)能力為1500～1750ft^3/miin的通風(fēng)機(jī)。當(dāng)長壁工作面推進(jìn)到距離鉆孔幾米時(shí)，瓦斯開始涌出此時(shí)通風(fēng)機(jī)通電工作，鉆孔開始進(jìn)入活躍期。瓦斯起始流量較大，然后開始平穩(wěn)下降，通常情況下通風(fēng)機(jī)會(huì)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)三到五個(gè)月來抽瓦斯。

3增強(qiáng)瓦斯安全意識(shí)，落實(shí)瓦斯管理?xiàng)l例。

3.1提高安全意識(shí)

對(duì)安全問題更需科學(xué)認(rèn)知。煤礦安全管理工作是一個(gè)更復(fù)雜的系統(tǒng)工程，這是因?yàn)椋阂皇敲旱V的生產(chǎn)條件在不斷改變；二是煤礦在進(jìn)行新裝備、新技術(shù)、新工藝、新材料的革新和引進(jìn)時(shí)有個(gè)適應(yīng)過程；三是煤礦難以完全杜絕三違；四是小隱患可能導(dǎo)致大事故。

3.2強(qiáng)化技術(shù)，推進(jìn)煤礦科技進(jìn)步

加大資源整合力度，提高礦井規(guī)模 登封礦區(qū)最多時(shí)達(dá)到 200 百多對(duì)礦井，經(jīng)過資源整合已降到 66 家， 二次整合中劃歸鄭煤的有 34 家，劃歸永煤 4 家，登封地方管理剩下的 32 家，但二次整合中，沒有礦井總數(shù)的減少， 也就是說沒有擴(kuò)大礦井規(guī)模，單個(gè)煤礦企業(yè)的管理模式變化不大，對(duì)安全生產(chǎn)管理是否更上新臺(tái)階影響不大。

4結(jié)論

通過對(duì)孟村煤礦高瓦礦井斯綜合治理的研究與分析，筆者認(rèn)為：煤礦企業(yè)唯有及早轉(zhuǎn)變安全觀念，建立超前防范意識(shí)，根據(jù)瓦斯治理的相關(guān)條例要求自覺增加安全投入，完善瓦斯綜合治理系統(tǒng)和裝備， 多方尋求安全力量，攜手合作，共同謀求安全生產(chǎn)，才能真正提高煤礦安全管理水平，為企業(yè)安全形勢的好轉(zhuǎn)保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)：

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