浅谈煤层顶板灰岩内瓦斯治理方法_宋益平.pdf

浅谈煤层顶板灰岩内瓦斯治理方法 宋益平 山西义棠煤业有限责任公司，山西 介休 032000 ［ 摘 要］针对煤层顶板石灰岩瓦斯这种特殊的瓦斯赋存方式，义煤在实践中经过摸索，通过 对工作面前方 200m 范围内顶板进行瓦斯抽放，使工作面顶板裂隙内瓦斯压力保持在安全值内，不涌 出岩层，很好地保障了回采工作面安全生产。 ［ 关键词］煤层顶板; 石灰岩; 瓦斯抽放; 瓦斯压力 ［ 中图分类号］ TD712. 6［ 文献标识码］ B［ 文章编号］ 1006- 6225 201704- 0094- 02 Gas Control inner of Limestone in Coal Seam Roof ［ 收稿日期］ 2016－11－24［ DOI］ 10. 13532/j. cnki. cn11－3677/td. 2017. 04. 024 ［ 作者简介］ 宋益平 1964－ ，男，山西介休人，工程师，现任山西义棠煤业有限责任公司董事长，主要从事煤矿技术管理及生产工作。 ［ 引用格式］ 宋益平 . 浅谈煤层顶板灰岩内瓦斯治理方法 ［J］． 煤矿开采，2017，22 4 94－95. 我国大部分煤矿瓦斯都是赋存在煤层中，瓦斯 以附着态为主，游离态少量。在长久的瓦斯治理过 程中，积累了丰富的经验，尤其是建立了以本煤层 或邻近层预抽为主的瓦斯抽采方法和抽采系统，取 得了不错的成果。但在山西义棠煤业有限责任公司 以下简称义煤井田内，瓦斯赋存状态存在特殊 性，在回采工作面生产期间存在采空区瓦斯异常涌 出和上隅角瓦斯超限等现象，经河南理工大学对各 煤层瓦斯参数进行测定的结果看，各开采煤层均位 于瓦斯风化带内，煤层瓦斯含量较少，煤层瓦斯含 量均小于 2. 5m3/t，证明造成回采工作面采空区及 上隅角瓦斯异常的原因并非本煤层瓦斯，属邻近层 围岩瓦斯范畴，结合采掘实际经验分析，瓦斯主要 赋存在煤层顶板石灰岩裂隙内，以游离态为主。这 种瓦斯赋存的特殊条件不适宜采用常规的瓦斯治理 经验及相关标准规范，因此对瓦斯防治方法进行研 究，有着重要的实际意义和价值。 1地质条件概况 山西义棠煤业有限责任公司批准开采 1 号，2 号，9 号，10 号煤层，设计生产能力 1. 80Mt/a， 其中 9 号煤层位于太原组下部，与 10 号煤层相距 平均 0. 84m，全区稳定可采，上覆岩层依次为 K2 石灰岩、泥岩、砂岩、K3石灰岩、泥岩、K4石灰 岩、泥岩，其中 K2石灰岩为 9 号煤层直接顶，现 联合开采 910 号煤层，采用放顶煤开采工艺，工 作面布置在 10 号煤下部分，10 号煤层上部分和 9 号煤层通过放顶方式回采。K2裂隙发育较好，且 孔隙发育较好，充填有大量方解石结晶，部分区域 有黄铁矿结核。据实践生产，在 K2，K3，K4中发 现大量的裂隙和溶洞，部分裂隙宽度达 200mm 以 上，且裂隙发育区域瓦斯涌出量明显增大。根据煤 科集团沈阳研究院有限公司编制的 山西义棠煤 业有限责任公司矿井瓦斯涌出量预测 ，公司下组 煤 910 号煤层最大瓦斯含量约为 2. 43m3/t。 2瓦斯治理历程及成效 2. 1瓦斯赋存特征 义煤在 100403 工作面及回采过程中发现瓦斯 涌出量逐步增大，同时在下组煤西翼掘进过程中也 发现断层带附近顶板中涌出大量高浓度瓦斯，部分 地点裂隙中瓦斯浓度能达到 90以上，给安全生 产带来了较大的隐患。经相关专家讨论评审后一致 认定，义煤的瓦斯主要赋存在煤层顶板石灰岩裂隙 内，以游离态为主，煤层内瓦斯含量很少，异于一 般的煤层瓦斯赋存形式，为下一步的治理工作提供 了理论支持。 2. 2工作面瓦斯治理体系 为有效地解决瓦斯问题，保障矿井的安全生 产，义煤经过 2a 多的时间，通过不断地摸索和完 善，总结出了一套适合本矿的回采工作面瓦斯治理 方法，即 “分源抽采、边抽边采和加强上隅角抽 采与通风”的综合治理模式。 瓦斯抽放系统采取高、低负压分源抽放。设计 对进风巷施工瓦斯钻孔，每隔 50m 施工 1 个钻场， 向工作面施工穿层钻孔，对顶板石灰岩进行穿层抽 放，钻孔呈扇形分布;回风巷每隔 50m 布置 1 个 钻场，对工作面回采时的采空区裂缝带抽放，同时 通过上隅角埋管对工作面上隅角进行抽放。其中， 高负压系统抽放进风巷穿层钻孔; 低负压抽放上隅 49 第 22 卷 第 4 期 总第 137 期 2017 年 8 月 煤矿开采 COAL MINING TECHNOLOGY Vol. 22No. 4 Series No. 137 August2017 ChaoXing 角支管和回风巷裂缝带钻孔。 工作面通风采用 U 型通风系统，如有必要可 在上隅角附近悬挂风障来保障上隅角瓦斯不超限。 2. 3抽放系统原理 由于石灰岩内的瓦斯以游离态为主储存于灰岩 裂隙、孔隙、孔洞等空间中，流动性强、瓦斯抽采 半径大、抽采钻孔瓦斯参数无明显的衰减性等特 性，故不能采取一般传统意义的煤层瓦斯预抽方 法，义煤采取如图 1 所示的钻孔布置方式，抽采断 面见图 2。 图 1工作面抽采平面示意 图 2工作面断面示意 工作面正常生产情况下，只开启两巷工作面前 方 200m 范围内的钻场，通过对该范围顶板石灰岩 内的瓦斯进行抽放，使该范围内的瓦斯压力下降到 一定的安全范围内，即其不大于巷道内大气压力 值，使储存在灰岩中的瓦斯不涌出到工作面或采空 区中，从而保障工作面安全生产。其中工作面前方 50m 范围内和后方 20m 范围内采空区，由于顶板 及煤体受采动影响破坏后形成贯穿裂隙和瓦斯运移 通道，但经钻孔抽放后，一方面灰岩中瓦斯绝对含 量下降，涌出量相对减少; 另一方面是较原始灰岩 内的瓦斯形成相对压力降低区，瓦斯处于相对平衡 状态而不涌出; 工作面采空区范围内相较原始瓦斯 储存的石灰岩裂隙空间变大，经过稀释后瓦斯浓度 降低，处于安全范围内。针对上隅角瓦斯积聚的问 题，通过在上隅角堆积沙袋或施工隔墙形成封闭空 间后采用埋管抽放的方法进行治理。 2. 4治理成效 瓦斯抽放系统参数如下 进风巷穿层支管瓦斯 工况流量 80～100m3/min，瓦斯浓度 30左右; 回 风巷裂缝带钻孔支管工况流量 100 ～ 120m3/min， 瓦斯浓度 25左右;上隅角支管工况流量 100m3/ min 左右，瓦斯浓度 0. 2 ～1. 0;回采工作面配 风一般在 1200m3/min 左右，回风流瓦斯浓度控制 在 0. 2以下。 通过该方法的治理，回采工作面的瓦斯防治取 得了较好的成效，上隅角瓦斯得到了很好地控制， 基本控制在 0. 5以下，回采工作面瓦斯总涌出量 达到 52. 4m3/min，其中抽采瓦斯量为 50m3/min， 风排瓦斯量为 2. 4m3/min，工作面瓦斯抽采率达到 95。各地点瓦斯浓度均符合相关规程标准要求， 很好地保障了安全生产。 3主要结论 通过在实际生产中验证，采用 “分源抽采、 边抽边采和加强上隅角抽采与通风”的瓦斯综合 治理模式对瓦斯赋存于邻近层或顶板石灰岩裂隙中 的回采工作面瓦斯治理是非常有效和可行的，在实 际生产过程中取得了很好的效果，能够很好地解决 回采工作面瓦斯超限造成的安全隐患，对今后其他 类似地质条件的矿井具有一定的指导和借鉴作用。 ［ 参考文献］ ［ 1］ 袁军伟 . 义棠煤业瓦斯赋存特征及影响因素分析 ［J］． 煤炭 工程，2013，45 4 61－63. ［ 2］ 张劲松 . 间接确定石灰岩体的瓦斯含量及其在工作面瓦斯涌 出量预测中的应用 ［J］． 煤矿安全，2012， 43 12 72－74， 78. ［ 3］ 贾进亚 . 地质因素对井田瓦斯涌出影响浅析 ［J］． 煤炭技术， 2010，24 1 25－26. ［ 4］ 秦汝祥，张国枢，等 . 瓦斯涌出异常预报与瓦斯突出 ［J］． 煤炭学报，2006，31 5 599－602. ［ 5］ 焦作矿业学院瓦斯地质研究室 . 瓦斯地质概论 ［M］ ． 北京 煤炭工业出版社，1990. ［ 6］ 孔建伟 . 坚硬顶板矿压显现与瓦斯涌出关系研究 ［J］． 中国 煤炭，2009，35 9 56－60. ［ 7］ 何启林，王德明 . 孔庄煤矿瓦斯异常原因及其防治措施 ［J］． 辽宁工程技术大学学报，2003，22 4 480－482. ［责任编辑 王兴库］ 59 宋益平 浅谈煤层顶板灰岩内瓦斯治理方法2017 年第 4 期 ChaoXing