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第2期 刘 林低瓦斯矿井瓦斯异常涌出区瓦斯灾害治理 7 低瓦斯矿井瓦斯异常涌出区瓦斯灾害治理 刘 林 煤炭科学研究总院重庆分院， 重庆4 0 0 0 3 7 摘要 分析了新疆焦煤集团2 1 3 0平峒瓦斯异常涌出区的特点， 全面、 规范地开展了低瓦斯矿井煤 层瓦斯基本参数测定， 对矿 井深部 瓦斯 涌出量进行 了客观 的预测 ， 提 出矿 井瓦斯 治理 总体技术方 案， 有针对性的对瓦斯异常涌出区进行 了局部 瓦斯抽放设计， 为全 国其他低 瓦斯矿井进行瓦斯灾害 治理 具有 借鉴 意 义 。 关键词 瓦斯异常涌出； 瓦斯基本参数 ； 瓦斯治理 ； 瓦斯抽放 中图分类号 T D 7 1 2 ． 5 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 7 4 9 X 2 0 0 6 0 2 0 0 7 0 3 0 前言 新疆焦煤集团公 司2 1 3 0平峒为低瓦斯矿井 ， 随 着矿井向深部的逐步延深 ， 矿井 的瓦斯涌 出量不断 增加 ， 而且在延深水平 1 9 5 0 m 的局 部区域 出现了 瓦斯涌出异常的现象， 1 9 5 0 m水平 1 4 2 2 2掘进工 作面最大绝 对瓦斯涌 出量 达到 2 7 ． 3 6 m ／ mi n ；1 9 5 0 m水平 6 大巷掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量 达到 2 2 ． 1 8 m’ ／ mi n ， 给矿井的安全生产和管理带来 了严重 的影 响。为了摸清煤层瓦斯赋存 的规律 ， 加 强矿井的瓦斯治理工作 ， 我们开展了研究考察工作 ， 完成了该矿各主要煤层瓦斯基本参数 的测定 ， 基本 掌握了矿井煤层瓦斯赋存情况 ， 在此基础上 ， 对该矿 的瓦斯抽放可行性进行 了研究和论证 ， 并提 出了今 后瓦斯治理 的主要技术措施和要求 。 1 矿井基本情况 新疆焦煤集团 2 1 3 0平峒位于艾维尔沟矿 区西 部， 艾维尔沟河南岸 海拔 2 1 3 0 m处 。井 田东 以 1 3 勘探线为界 ， 西至 2 1 勘探线 ， 北部以 6号煤层露 头为界， 南部以 2 1 3 0 m标高为界 。矿井东西走向 长 5 ． 0 k m， 南北宽 0 ． 5 k m， 面积 2 ． 5 k m 。艾维尔沟 矿区有两个含煤组即西山窑组和八道湾组 。本矿主 要开采八道湾组 ， 该组共 含煤 1 2层 ， 其 中 1号 ～6 号煤层为矿井的主要开采煤层。2 、 5 、 6号煤层厚度 收稿 日期 2 0 0 51 2 2 7 作者简介 刘林 1 9 6 9一 ， 重庆潼南人 ， 博士 ， 高级工程师 ， 主要从 事矿井瓦斯灾害 防治科研工作 。 不稳定 ， 5号煤层结构复杂 ， 1 、 3 、 4号煤层厚度变化 不大 ， 较为稳定。矿井各可采煤层特征见表 1 。 矿井开拓方式为斜井开拓。井 田共分为三个水 平 ， 第一水平标高 为 1 9 5 0 m， 第二水平标 高 1 8 7 0 m， 第三水平标高为 1 8 1 0 m。矿井现在 的生 产水平在 1 9 5 0 m水平 ， 生产采区是第一采区东 翼， 准备采区是第一采区西翼， 全矿井有 2 个综合机 械化采煤工作面 ， 全部 陷落法管理顶板。矿井为 中 央并列抽出式通风。工业广场 内主、 副斜井进风 ， 回 风斜 井 回 风。采 用 并 列 式 布置 。 目前 矿 共 配 备 B D K 5 4 6一N o ． 1 9型对旋轴 流式风机两台， 配套 电 动机功率为 21 8 5 k w。矿井 的总进风量为 3 7 8 0 m ／ m i n ， 总回风量为 3 9 6 6 m ／ m i n 。 该矿从建矿以来， 瓦斯涌出量一直不大， 2 O 0 4年全 矿井最大相对瓦斯涌出量为 4 ． 3 6 m ／ t ， 最大绝对瓦斯 涌出量为 3 ． 3 6 m ／ m i n ， 历年瓦斯等级鉴定都是低瓦斯 矿井。但矿井在 1 9 5 0 m水平掘进过程中出现过局 部瓦斯涌出增大的瓦斯涌出异常现象。如 1 9 5 0 m 水平 1 4 2 2 2掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量达到 2 7 ． 3 6 m ／ m i n ； 1 9 5 0 m水平 6 大巷掘进工作面最大绝 对瓦斯涌出量达到 2 2 ． 1 8 m ／ m i n 。 2 瓦斯基本参数测定及抽放可行性分析 2 ． 1 煤层瓦斯基本参数测定 煤层瓦斯基本参数测定的主要过程是 ， 首先在 现有巷道 中施工测压钻孔现场实测煤层的原始瓦斯 压力 、 钻孔瓦斯 自然涌出量及钻孔 瓦斯涌出衰减系 维普资讯 8 陕西煤炭 2 0 0 6益 表 1 矿井可采煤层特征 一览表 数 ； 在实验室对 煤样 的工业 分析指 标 、 瓦斯吸 附常 数 、 煤的孔隙率等参数进行测定； 在现场及实验测定 的基础上 ， 通过分析、 计算 ， 确定出煤层 的瓦斯含量 、 煤层透气性系数及钻孔 瓦斯涌 出衰减系数等基本参 数 。在 2 1 3 0平峒对 4 、 5 、 6号煤层 的瓦斯基本参 数进行 了测 定。通 过对 2 1 3 0平 峒 2 1 3 0 m、2 0 5 0 m、 1 9 5 0 m水平 的煤层瓦斯基本参数进行了 测定 ， 基本摸清了该区域 的煤层瓦斯赋存情况 。 2 0 5 0 m水平煤层 目前仍处于瓦斯风化带 ， 1 9 5 0 m 水平煤层处于瓦斯带 。 在 1 9 5 0 m水平 ， 各煤层 的煤层瓦斯压力、 瓦 斯含 量 、 煤 层 透气 性 系 数依 次 为 4号煤 层 0 ． 8 5 MP a 、 8 ． 3 2 m ／ t 、 0 ． 1 9 4 3 m ／ MP a d 。 5号煤层 0 ． 7 5 MP a 、 9 ． 9 7 m ／ t 、 0 ． 1 2 4 7 m ／ MP a d ， 6号 煤层 0 ． 6 MPa, 8 ． 5 m ／t 、 0． 41 8 7 m ／MP a d [ 。 2 ． 2 矿井瓦斯抽放可行性分析 本煤层瓦斯抽放的可行性主要取决于煤层 自然 透气性 ， 其评价指标有两个 煤层的透气性 系数 A 和钻孔瓦斯流量衰减系数 O t 。原煤炭工业部 1 9 9 7 年颁布的 矿井 瓦斯 抽放管理规范 规定 的开采煤 层可行性评价标准见表 2 。 表 2 开 采层预 抽瓦斯难易程度分 类表 我们在 1 9 5 0 m水平对各煤层透气性系数进 行 了测定和计算。结果 4 、 5 、 6号煤层透气性 系数分 别为 0 ． 1 9 4 3 m ／ MP a d 、 0 ． 1 2 7 7 m ／ MP a d和 0 ． 4 1 8 7 m ／ MP a d 。从煤层 的透气性系数来看 ， 4 、 5 、 6号煤层均属于可以抽放煤层 。 3 工作面瓦斯涌出量预测及瓦斯治理方案 根据 2 1 3 0平峒瓦斯涌出异常区的煤 层瓦斯基 本参数测定结果 ， 对矿井 瓦斯 涌出异常 区的煤层工 作面瓦斯涌出量进行较为准确的预测， 并结合煤层 的赋存情况分析结果确定矿井瓦斯异常涌出区瓦斯 治理的总体方案。 3 ． 1 工作面瓦斯涌出量预测 根据 目前对 2 1 3 0平峒煤层基本参数了解 的程 度、 矿井瓦斯异常涌 出区域的水 平以及矿井实际的 采掘接替计划 ， 对 1 9 5 0 m水平 4号煤层 的 1 4 1 2 1 综采工作面和 1 9 5 0 m水平 5号煤层 的 1 5 1 2 1 综 采工作面瓦斯涌出量进行预测无疑具有重要的现实 意义。根据计算 1 4 1 2 1 采面 回采期 间瓦斯涌出量 q q I q 2 1 6 ． 6 6 m ／ mi n ， 即 1 4 1 2 1 开采时4号煤层 瓦斯涌出占工作面 瓦斯 涌出的 2 6 ． 7 6 ％ ， 下邻近层 瓦斯涌出约 占 3 6 ． 4 2 ％ ， 上邻 近层 瓦斯涌 出 占 3 6 ． 8 2 ％ 表 3 。1 5 1 2 1采 面回采期 间瓦斯 涌出量 q q 1 q 2 3 ． 8 2 6 m ／ m i n ， 即 1 5 1 2 1 开采时 5号煤层 瓦 斯涌出占工作面 瓦斯 涌出的 5 5 ． 1 2 ％ ， 下邻近层瓦 斯涌出约 占2 2 ． 7 7 ％ ， 上邻近层 瓦斯涌 出占2 2 ． 1 1 ％ 表 4 。 表 3 1 4 1 2 1 工作面 回采 瓦斯涌 出量预 计 维普资讯 第2期 刘 林低瓦斯矿井瓦斯异常涌出区瓦斯灾害治理 9 表 4 1 5 1 2 1 工作面 回采瓦斯涌 出量预计 从上述预测结果可以看 出， 2 1 3 0平峒进入深部 的延深水平后综采工作面瓦斯 涌出量将显著增加 ， 有必要采取瓦斯抽放技术 等措施 ， 以便从 根本上 解 决矿井深部水平的瓦斯灾害问题。 3 ． 2 矿井瓦斯治理总体方案 根据对该矿煤层瓦斯基本参数的测定结果 ， 在 2 0 0 4年 1 0月 以前 的辅助生产水平 2 0 5 0 m水 平 的煤层仍处于瓦斯 风化带 中， 煤层 的瓦斯压力和瓦 斯含量都 不高 。统 计 资料 表 明，2 0 0 1年 1 1月 至 2 0 0 4年 1 0月 ， 2 0 5 0 m水平 的煤巷中的瓦斯涌出 量较小 ， 煤层绝对瓦斯 涌出量最大为 0 ． 5 6 m ／ mi n ， 回采工作面绝对 瓦斯涌 出量最大为 1 ． 7 6 6 m ／ mi n ， 因此， 2 0 5 0 m 以上水平各煤层工作面的采掘作业 中瓦斯涌出量采用通风方法可以解决 。 随着矿井向 1 9 5 0 m水平延深 ， 瓦斯灾害给矿 井采掘活动带来 的不利影响 日趋严重。通过对 1 9 5 0 m水平各煤层 的瓦斯压力测 定 ， 深 部水平 4、 5 号煤层的原始 瓦斯压力 和瓦斯含量分别达到 了 0 ． 8 5 MP a 、 8 ． 3 2 m ／ t 和 0 ． 7 5 MP a 、 9 ． 9 7 m ／ t 。根据上 一 节预测结果 ， 延深水平 4号煤层工作 面瓦斯涌 出 量将升至 2 5 ． 2 6 m ／ m i n ， 甚 至有可能更高。现场 1 9 5 0 m水平 1 4 2 2 2掘进工作面最 大绝对 瓦斯涌 出 量达到 2 7 ． 3 6 m ／ m i n ； 1 9 5 0 m水平 6 大巷掘进 工作 面最大绝 对 瓦斯 涌 出量 达到 2 2 ． 1 8 m ／ m i n 。 该区域煤层工作面瓦斯涌出量较上部水平已成倍增 加 ， 单纯依靠通风的方法已不能完全解决 瓦斯危害 ， 故必须采取更有力的通风技术 ， 并配套采取 瓦斯抽 放 以及管理等瓦斯治理的措施 。 此外 ， 在 2 0 0 4年 1 0月以前 开采完毕的 2 0 5 0 m辅助生产水平的各煤层 ， 对延深的 1 9 5 0 m第一 水平 ， 1 8 7 0 m第二水平 和 1 8 1 0 m第三水平各 为同一煤层 ， 因此上部水平受到采动影响后其瓦斯 会大量涌入到下部水平煤层 工作 面， 极易造成下部 水平煤层 工作面 回采过程 中的瓦斯浓 度超 限。同 时 ， 现生产水平 已进入瓦斯带 ， 煤层瓦斯含量将急剧 增加， 为更完全地消除 1 9 5 0 m水平瓦斯异常区的 瓦斯 隐患 ， 同时为 1 9 5 0 m 以下高瓦斯区煤层 的瓦 斯治理试验和探索有效 的技术手段 ， 必须研究和试 验对 4 、 5号煤层瓦斯进行抽放的技术方法 。 根据煤层瓦斯基本参数测定和瓦斯涌出预测的 结果 ， 进行 2 1 3 0平峒井下局部瓦斯抽放设计 ， 抽放 试验在 1 9 5 0 m水平 4、 5号煤层的 1 4 1 2 1 、 1 5 1 2 1 采掘工作面进行。从前面矿井瓦斯抽放可行性论证 研究的结果可知 ， 对 4、 5号煤层工作 面瓦斯抽放主 要采用本煤层顺层钻孔预抽和在 1 9 5 0 m水平 6 大巷沿 6 煤层顶板 穿层 4 、 5号煤层钻孔预抽 的方 法解决 ， 以减少其对 回采工作面的影 响， 因此 ， 这两 个煤层工作 面瓦斯抽放 的基本方法 ， 是在工作面运 输巷 向回风巷方向打顺层钻孔进行采前预抽、 边采 边抽以及在工作面运输巷和回风巷掘进过程 中采用 边掘边抽的方法及 1 9 5 0 m水平 6 大巷沿 6 煤层 顶板穿层 4 、 5号煤层钻孔预抽的方法。 4结论 1 通过对 2 1 3 0平峒 2 0 5 0 m、 2 0 1 0 m、 1 9 5 0 m水平的煤层瓦斯基本参数的测定 ， 摸清了煤 层瓦斯赋存情况及 1 9 5 0 m水平 ， 各煤层的煤层瓦 斯压力 、 瓦斯含量 、 煤层透气性系数。 2 0 5 0 m水 平煤层 目前处于瓦斯风化带 。 1 9 5 0 m水平煤层 处于瓦斯带。各煤层均属于可 以抽放的煤层。 2 根据对 2 1 3 0平 峒煤层基本参数 的测定结 果 、 矿井瓦斯异常涌 出区域 的情况以及 矿井实 际的 采掘接替计划 ， 对 1 9 5 0 m水平 4号煤层的 1 4 1 2 1 工作面和 5号煤层的 1 5 1 2 1工作 面瓦斯涌出量进行 预测 ， 预计 1 4 1 2 1综采工作面回采期 间瓦斯 涌出量 将达到 2 5 ． 2 6 i n ／ m i n ， 较上部水 平有 明显 的增加 ， 并结合煤层的赋存情况分析结果提出了矿井瓦斯异 常涌 出区瓦斯 治理的总体方案。 3 通过矿井瓦斯抽放可行性分 析， 为确保该 矿安全生产 ， 矿井在 1 9 5 0 i n水平及 以下开采 ， 必 须建立瓦斯抽放系统， 进行瓦斯抽放。 参考文献 [ 1 ] 于不凡， 王佑安．煤矿瓦斯灾害防治及利用技术 手册[ M] ．北京 煤炭工业出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 2 ] 刘林， 等．新疆焦煤集团公司 2 1 3 0平峒瓦斯防 治技术研究报告， 2 0 0 3 ． 维普资讯