大同矿区侏罗系瓦斯治理研究.doc

大同矿区侏罗系瓦斯治理研究 摘要针对大同矿区现采侏罗系煤层的瓦斯赋存和涌出规律,通过研究和实践,提出治理回采工作面瓦斯超限的方法。 关键词大同矿区 侏罗系 瓦斯 治理 0 引言 大同矿区位于山西省北部大同市西南,地理位置适中。大同煤田为双系煤田,侏罗系和石炭二叠系重叠赋存,总面积1827km2,储量375.8亿t。其中,侏罗系大同组煤系面积为772km2,储量67.5亿t,煤层总厚度约24m,分为11个煤组,可采煤层及局部可采煤层有21层。 侏罗系的所有可采煤层中,目前还剩最下部的11、12、14和15层正在大规模开采,其余均已采完或开采已接近尾声。本文以12煤层为例,说明现采侏罗系煤层的瓦斯治理方法和手段。 1 瓦斯赋存特征 首先,大同矿区瓦斯赋存呈现区域不均衡性,其瓦斯含量从1.10～2.69m3/t不等,属于局部高瓦斯矿区。从矿井瓦斯鉴定结果来看,多年来,侏罗系煤层只有煤峪口、忻州窑、晋华宫、四台、云冈五个高瓦斯矿井,且全部集中在云冈沟内,而且这5个矿井的瓦斯相对涌出量均未达到10m3/t,同一矿井内也是个别盘区瓦斯涌出较大,瓦斯显现很不均衡。从工作面涌出量来看,各工作面的瓦斯涌出差别很大,从4.07～16.28m3/min不等。 其次,大同矿区煤层透气性较好。以12层为例,测定及计算结果表明,该煤层透气性系数λ为0.8418～ 10.3485m2/Mpa2d,大于0.1m2/Mpa2d,属于透气性较好的煤层。 2 瓦斯涌出规律 大同矿区综采、综放工作面瓦斯涌出以本煤层为主,邻近层为辅,突出表现为以下6个方面 2.1 回采工作面瓦斯来源主要是本煤层瓦斯和邻近层瓦斯,本煤层瓦斯涌出量占60～85,邻近层瓦斯占15～40,在正常开采情况下,工作面瓦斯涌出量一般在3～10m3/min左右,最高达到18m3/min。 2.2 生产实际和试验研究发现,回采工作面开采初期瓦斯涌出量并不是很大,但随着工作面的向前推进逐渐增大,然后达到一个峰值并恒定下来。 2.3 回采工作面高瓦斯点主要出现在上隅角,瓦斯浓度从0.2～3.8,有时甚至更高。 2.4 正常回采期间,工作面瓦斯涌出量较小,周期性来压时或大顶来压时瓦斯涌出量大幅度增加,有时可能出现工作面风流短时逆转,甚至工作面头端部出现瓦斯。 2.5 在正常开采期间,随着采空区面积的扩大,采空区冒落的矸石块度较大,采空区虽然被压实但透气性很好,上邻近层的瓦斯容易通过透气性较好的采空区涌入下部煤层工作面。 3 瓦斯抽采基本参数分析 3.1 煤层瓦斯基本参数的概念 一般而言,煤层瓦斯基本参数主要包括煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量、煤层透气性系数、煤层钻孔瓦斯流量衰减系数等。 煤层瓦斯压力是指煤孔隙中所含游离瓦斯的气体压力,即气体作用于孔隙壁的压力。 煤层原始瓦斯含量是指煤层在天然条件下含有的瓦斯数量的多少。 煤层透气性系数表征煤层对瓦斯流动的阻力,是反映瓦斯沿煤层流动难易程度的系数,透气性系数越大,瓦斯在煤层中流动越容易,反之,瓦斯在煤层中越是不易逸出,煤层的可抽性就差。 煤层钻孔瓦斯流量衰减系数表示钻孔瓦斯流量随时间延长呈衰减变化的系数,它是评价煤层瓦斯预抽难易程度的重要指标。 3.2 煤层的可抽放性评价 瓦斯抽放的可行性应以是否能抽出瓦斯或能获得较好的抽放效果来评价。 3.2.1 开采层瓦斯抽放 开采层瓦斯抽放的可行性是指在原始透气性条件进行预抽的可能性。一般来说,其衡量指标有两个一为煤层的透气性系数λ;二为钻孔瓦斯流量衰减系数α。煤矿瓦斯抽放规范AQ1027-2006规定的开采层瓦斯抽放可行性标准和实测12煤层瓦斯参数见表1和表2。 从表1、表2可以看出,虽然煤层透气性适合瓦斯抽放,但从煤层钻孔瓦斯流量衰减系数α看,瓦斯衰减过快,难以抽放,所以该煤层属于瓦斯难以抽放煤层,也就是说,采取本煤层预抽瓦斯是不可行的。 3.2.2 邻近层、采空区瓦斯抽放 在12煤层开采期间,其上部邻近层10、11-1煤层、下部邻近层14-2、14-3煤层由于受采动影响,绝大部分的卸压瓦斯和采空区瓦斯会涌入12煤层的采空区和工作面。针对邻近层和采空区瓦斯,有3种抽放方法可以选择 ①沿12煤层顶板或在岩层中掘一条高位尾巷密闭抽放采空区瓦斯,既可以直接抽放邻近层涌出的卸压瓦斯,也可以通过裂隙抽放工作面采空区高冒拱内的瓦斯,即所谓的顶板高位巷道高抽巷抽放瓦斯。②在12煤层回风巷打上向钻孔直接抽放上层的邻近层卸压瓦斯和开采层切眼前方煤体的卸压瓦斯,后期抽放采空区高冒拱内的瓦斯,即所谓的顶板高位钻孔抽放瓦斯。③直接在上覆邻近层安装瓦斯抽放泵站,通过在防火密闭上安设管路,对采空区瓦斯进行全封闭抽放抑制瓦斯下泄,从而解决下部12层工作面及上隅角瓦斯超限问题。④对于不具备上述3种抽放条件的回采工作面,可以采用临近巷道抽放法对现采工作面采空区瓦斯进行半封闭抽放。 4 瓦斯治理方法 4.1 回采工作面瓦斯来源构成 12煤层工作面涌出的瓦斯主要来源于开采层和采空区含采空区丢煤、邻近层和围岩涌出的瓦斯。其中开采层涌出的瓦斯由开采层的煤壁和落煤解吸瓦斯构成;采空区涌出的瓦斯由邻近层、采空区丢煤和围岩涌出的瓦斯构成。具体瓦斯涌出构成见表3。 4.2 瓦斯治理方法 瓦斯治理原则瓦斯治理应以优化通风系统为主,能够用通风方法解决的,尽量采用通风方法,通风方法解决不了时,必须辅之于抽放措施。 4.2.1 对厚煤层综采放顶煤工作面而言,针对上隅角瓦斯主要来源于采空区这种情况,采用UI型通风方式,即沿煤层顶板或在上覆邻近层内布置1条内错排瓦斯尾巷可以很好地解决上隅角瓦斯频繁超限的问题。 采用这种方式,虽然投资费用略高,但能彻底解决尾上隅角瓦斯超限问题,是一种利用通风方法解决上隅角瓦斯超限相对安全可靠且行之有效的方法,应该大力推广应用。 值的指出的是,根据煤矿安全规程第137条的规定,该巷回风流中的瓦斯浓度不得超过2.5,如果通过风量调配等措施仍无法保证该巷风流中的瓦斯浓度稳定在2.5以下,则必须密闭该巷利用瓦斯抽放泵抽放瓦斯,即利用高抽巷抽放瓦斯。 4.2.2 对高瓦斯非放顶煤工作面而言,由于本煤层预抽瓦斯和利用顶板高位钻孔抽放瓦斯都不能很好地解决瓦斯超限问题,所以应采用对上覆邻近层采空区瓦斯进行全封闭抽放的方法,防止采空区瓦斯下泄,从而有效治理下部工作面开采期间的瓦斯超限。 4.2.3 对于不具备邻近层采空区抽放的高瓦斯非放顶煤工作面,应采用本工作面采空区半封闭瓦斯抽放的方法,要求工作面回风顺槽应布置在非采空区一侧,以便利用从相邻的旁侧巷道打钻实施采空区瓦斯抽放。 5 结论 由于大同矿区瓦斯分布的不均衡性,所以在考虑回采工作面面瓦斯防治措施时,应根据不同的瓦斯区域,有针对性的采取相应措施。同时,大同矿区侏罗系煤层均属于瓦斯难以抽放煤层,采用本煤层瓦斯预抽放,虽然在一定程度上可以降低工作面的瓦斯涌出量,但总体效果不理想,或者说,采取本煤层预抽瓦斯是不可行的。 总之,在大同矿区,应从通风系统布置、抽放方法选择等诸方面综合治理瓦斯,但主要应以抽排瓦斯巷道、上覆邻近层采空区瓦斯全封闭抽放和本工作面采空区半封闭瓦斯抽放为主导解决方法。