一號煤礦煤層瓦斯賦存規(guī)律的研究與探索

路文文 權(quán)文斌

摘? ?要：本文主要研究分析地質(zhì)條件變化時對煤層瓦斯的運移、賦存等所產(chǎn)生的影響，通過分析煤層瓦斯的運移、賦存條件來制定相應(yīng)的瓦斯突出治理方案。本文主要以黃陵礦業(yè)一號煤礦地質(zhì)構(gòu)造為基礎(chǔ)，一號煤礦2號煤層瓦斯實驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過地質(zhì)構(gòu)造與實驗數(shù)據(jù)來分析地質(zhì)條件變化對煤層瓦斯含量的影響程度、煤層瓦斯賦存規(guī)律等。通過大量的數(shù)據(jù)收集、分析等，總結(jié)出地質(zhì)條件變化與煤層瓦斯賦存的規(guī)律，為礦井后期開采過程中的瓦斯治理方面提供了可靠的數(shù)據(jù)參考依據(jù)和借鑒。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)條件? 瓦斯賦存規(guī)律? 實驗數(shù)據(jù)? 瓦斯治理

中圖分類號：TD712.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）11（c）-0025-02

瓦斯是在成煤過程中產(chǎn)生的一種伴生氣體，只要開采煤層就會有瓦斯涌出，長期的煤礦開采實際證明，地質(zhì)條件對煤層瓦斯的賦存有很大的影響，因此分析礦區(qū)的地質(zhì)條件對井下開采煤層過程中的瓦斯治理至關(guān)重要。為了進一步提高礦區(qū)瓦斯的抽采率，準(zhǔn)確掌握瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)及其在煤層中的變化規(guī)律，提前預(yù)測礦井瓦斯涌出量;預(yù)測巷道、工作面及鉆孔瓦斯涌出量;預(yù)測瓦斯抽放和利用的可能性。通過地質(zhì)構(gòu)造與實驗數(shù)據(jù)來分析地質(zhì)條件變化對煤層瓦斯含量的影響程度、煤層瓦斯賦存規(guī)律等，為礦井后期的開采設(shè)計和煤層瓦斯綜合治理提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1? 工程概況

黃陵礦業(yè)一號煤礦位于黃陵縣店頭鎮(zhèn)，距店頭鎮(zhèn)建成區(qū)約1.5km，距黃陵縣城約22km，距延安市約210km，距銅川市約104km，距西安市約204km。礦區(qū)形狀不規(guī)則，東西寬約10～19km、南北長約5～21km，井田面積為197km2，地理坐標(biāo)為東經(jīng)108°55～109°15，北緯35°37′～35°54′。黃陵一號煤礦位于陜西省黃陵縣店頭鎮(zhèn)西北方向，東鄰蒼村煤礦，西鄰黃陵二號煤礦，南部為小煤礦開采區(qū)，北部為黨家河煤礦及蘆村煤礦整合區(qū)。行政劃屬黃陵縣店頭鎮(zhèn)管轄，煤礦與黃陵縣相距約50km，距延安220km，距西安230km。

2? 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

2.1 地質(zhì)構(gòu)造分布

地質(zhì)構(gòu)造是影響煤層瓦斯賦存及含量的重要條件之一。一號煤礦位于鄂爾多斯盆地東南緣，地層傾角平緩，走向NE～NNE，傾向NW，傾角3～5°，區(qū)內(nèi)存在發(fā)育起伏不大的寬緩的背、向斜，褶曲幅度一般在50～90m左右，寬帶約2～4km。規(guī)模較大的褶曲有礦區(qū)西北部的雙龍向斜，兩翼寬緩，沿走向穿過整個井田;向東南依次有圪勞寺背斜、花家莊向斜、軸向NE～NEE的南峪口背斜、寺灣向斜等。礦區(qū)內(nèi)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)4條落差在10m左右的正斷層（F1～F4），其中F3、F4斷層走向近東西，平行相鄰，斷層呈張剪性，斷距在6～10m之間，在以開采的二盤區(qū)、三盤區(qū)均有揭露，F(xiàn)1、F2斷層較F3、F4斷層規(guī)模小，位于一盤區(qū)。

2.2 構(gòu)造分析

根據(jù)井田2號煤層底板標(biāo)高值為變量的趨勢分析的剩余值來反應(yīng)煤層的次級構(gòu)造分布性質(zhì)、部位和強度。從剩余值研究礦井的次級構(gòu)造分布情況，分別代表構(gòu)造凸（>0）、凹低（<0）區(qū)塊，全井田可分為五個凹區(qū)塊（A-1、A-2、A-3、A-4、A-5）和三個凸區(qū)塊（T-1、T-2、T-3）。而這種凹凸區(qū)塊是由構(gòu)造綜合作用造成的，一號煤礦井田主要由褶皺造成，凸、凹分布與背、向斜分布基本一致，但是通過凸凹區(qū)塊能顯示出構(gòu)造強烈幅度和部位。如A-1號凹區(qū)受花家莊向斜控制、在二盤區(qū)、三盤區(qū)凹幅最大;A-2號凹區(qū)受雙龍向斜控制，延伸最長，且東北端為A-4號凹區(qū)，凹幅最大在七盤區(qū)、六盤區(qū)東塊和十一盤區(qū);A-3號凹區(qū)受寺灣向斜控制，最大凹幅位于魯寺小窯區(qū)一帶。T-1凸區(qū)受南峪口背斜控制，凸幅最大在四盤區(qū)和三盤區(qū)東南塊;T-2號凸區(qū)受圪勞寺背斜控制，凸幅最大出現(xiàn)在五盤區(qū);T-3凸區(qū)位于井田西部邊緣。

3? 煤層參數(shù)測定及分析

3.1 參數(shù)測定

煤層瓦斯含量是指單位重量的煤體中所含有的換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時的瓦斯體積量，常用m3/t或mL/g作為計量單位。測定的瓦斯含量包括未受采動影響的原始煤體，即原始瓦斯含量，該方法測定煤層瓦斯含量的原理是：根據(jù)煤樣瓦斯解吸量、解吸規(guī)律推算煤樣從采集開始至裝罐密封前的損失瓦斯量、實驗室測定煤樣殘存瓦斯量，再計算煤層瓦斯含量。

解吸瓦斯量V0的測定，測定步驟如下：（1）在鉆孔打至原始煤體深度時，采取新鮮煤樣裝入煤樣罐中，并記錄采樣開始時間t1。（2）將煤樣罐與瓦斯解吸速度測定儀連接。記錄煤樣裝罐后開始解吸測定的時間t2，測定不同時間t下的煤樣累積瓦斯解吸總量Vi。（3）現(xiàn)場解吸完成后，將煤樣罐擰緊不漏氣，然后，送到實驗室進行再次解吸和脫氣。

3.2 瓦斯含量分析

六盤區(qū)東翼位于A-2號凹區(qū)，A-2受雙龍向斜控制，延伸最長，且東北端為A-4號凹區(qū)，凹幅最大在七盤區(qū)、六盤區(qū)東翼和十一盤區(qū)。構(gòu)造控氣的基本規(guī)律表明，煤層凹凸構(gòu)造對瓦斯分布控制特點是：構(gòu)造凹區(qū)，各種封閉條件好、構(gòu)造應(yīng)力集中，因此煤層本身瓦斯不易逸散，即煤巖層中瓦斯含量較高、瓦斯壓力也相對較大;構(gòu)造凸區(qū)正好相反，構(gòu)造應(yīng)力相對低，煤巖層中構(gòu)造裂隙相對發(fā)育，煤層中瓦斯易向圍巖中運移或逸散。從一號煤礦井田開采過程中2號煤層中瓦斯含量測定結(jié)果分析正好印證了該理論推理。

4? 瓦斯地質(zhì)異常區(qū)治理方案及措施

針對地質(zhì)構(gòu)造所導(dǎo)致的瓦斯異常區(qū)，一號煤礦制定了一系列的治理方案及措施，分別為區(qū)域預(yù)抽法、掘前預(yù)抽法、高位裂隙抽采法、本煤層預(yù)抽法、上隅角埋管抽采法。

（1）區(qū)域預(yù)抽，利用千米定向鉆機在大巷向未開采區(qū)域施工定向鉆孔進行抽采，一般設(shè)計鉆孔深度600m，間距15m，平行布置;

（2）掘進預(yù)抽，在掘進順槽內(nèi)施工超前探孔，提前探測掘進面前方瓦斯情況，并進行抽采，超前探查鉆孔一般為4個，主幫副幫各2個，與巷道中線呈對稱布置，孔深設(shè)計120m，探查范圍超過順槽輪廓線15m;

（3）本煤層預(yù)抽，在順槽掘進期間，布置本煤層預(yù)抽鉆場，鉆場間距60m，每個鉆場布置4～5個本煤層預(yù)抽鉆孔，所有鉆孔沿煤層布置，使用Ф113鉆頭施工鉆孔，封孔長度不得小于8m，根據(jù)煤層底板變化情況調(diào)整鉆孔的仰角或俯角，巷道瓦斯涌出量發(fā)現(xiàn)異常時，適當(dāng)添加抽放鉆孔;

（4）高位裂隙抽采：在采煤工作面臨近順槽施工高位裂隙鉆孔抽采，每45m布置一組抽放鉆場，每組呈扇形布置7～9個鉆孔，終孔位置位于采空區(qū)距離巷道頂板26～36m的位置，進入裂隙帶內(nèi)，利用高位鉆孔抽放裂隙帶內(nèi)高濃度瓦斯，效果明顯;

（5）上隅角埋管抽采：沿工作面回風(fēng)順槽的上幫敷設(shè)一條瓦斯抽放管路，管路末端采用鋼圈風(fēng)筒，抽采采空區(qū)上隅角瓦斯。

對于地質(zhì)構(gòu)造形成的凹區(qū)域，我們加大區(qū)域預(yù)抽的力度，在本煤層預(yù)抽方面通過增加鉆孔數(shù)量及鉆孔深度進行預(yù)抽。

5? 結(jié)語

經(jīng)過大量的實踐和研究表明，地質(zhì)構(gòu)造變化對煤層中瓦斯含量影響較大，通過研究與分析地質(zhì)構(gòu)造變化對煤層瓦斯含量的影響，可以有效的對煤礦瓦斯治理提出合理有效的治理方案，從而減少煤礦瓦斯事故的發(fā)生。一號煤礦現(xiàn)階段針對瓦斯異常區(qū)的治理方案在礦區(qū)取得了良好的治理效果，這不僅對一號煤礦瓦斯治理指明了方向，還對一號煤礦今后超前治理北二六盤區(qū)東翼、北一十一盤區(qū)瓦斯異常區(qū)提供了借鑒。

參考文獻

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