超深高地应力矿井瓦斯赋存规律及瓦斯治理研究.pdf

第29卷第7期 2020年7月 中国矿业 CHINA MINING MAGAZINE Vol . 29,No. 7 Jul y 2020 采选工程 超深高地应力矿井瓦斯赋存规律及瓦斯治理研究 1,2,3,聂百胜12,3,4 1中国矿业大学北京应急管理与安全工程学院,北京100083； 2.中国矿业大学北京煤炭资源与安全开采国家重Y实验室,北京100083； 3.中国矿业大学北京共伴生能源精准开采北京市重Y实验室,北京100083； 4.新疆工程学院安全科学与工程学院,新疆乌鲁木齐830023 摘要摘要为研究超深高地应力条件下煤层的瓦斯赋存规律以便得到解决现场瓦斯灾害的有效措施，采用 现场测定、数据拟合处理的方法开展了煤层瓦斯地质规律的研究杨宏民等⑶结合长平矿井的区域地质条 件，总结其中的瓦斯涌出规律，揭示瓦斯赋存与地质 构造两者之间的关系；郭明涛等⑷和李永冲等囚研 究了水文地质条件对瓦斯赋存的影响；孔胜利等「6（ 以西山煤田屯兰煤矿为研究对象，发现煤层瓦斯赋 存主要受断层的影响；赵俊山等⑺基于大量瓦斯测 试数据，研究了唐家河井田地质构造及水动力条件 对瓦斯赋存的影响。 此外，关于煤层瓦斯压力的测定，其数值测定的 准确性与封孔工艺和封孔材料具有很大关系。张宏 超囚、袁桂生等「9（研究了囊式带压封孔工艺，并与聚 氨酯封孔工艺做了对比分析，发现采用囊式带压封 孔的瓦斯抽采效果较好;李时宜等「10（采用天固封孔 材料结合带压封孔工艺，提高了刘庄煤矿的瓦斯抽 采浓度；王小朋等门研制了一种以粉煤灰为基料的 一种新型胶体材料，这种材料的封孔效果明显优于 常规材料的封堵效果;梁玉柱「12（对固体颗粒二次封 孔的技术开展了研究，并在现场得到了使用霍雨佳等「17（采用数值模拟结 合现场测试情况，在采空区埋管抽放的基础上添加 引流装置,对消消除上隅角瓦斯积聚取得了良好的效 果；李长兴等「18（采用Bayes-逐步判别分析模型对矿 井煤与瓦斯突出进行预测，预测结果比较理性爲为流入各单元风流中的瓦斯 ,啦为流 单元风流中的瓦斯 ，％ Table2 Measured data of 3502 work face 表2 3502工作面实测数据 断面编号- 瓦斯 采区 人行道煤壁 工作上 / m3 / mi n 进风巷- 0 00-1294 1-1 0 100 000 001285 2-2 0 140 000 021281 3-3 0 160 000 041290 4-4 0 180 040 041295 5-5 0 200 040 041285 6-60 220 040 04 1 310 7-70 180 020 04 1 314 8-80 240 060 06 1 320 回风巷 -0 08- 1 302 由表2可以看出，从进风巷到回风巷这一宽度 范围内采空区的瓦斯 从0. 1上升到0. 24 人行道中的瓦斯 为零，靠近 I侧在 0.02〜0.06之间。煤壁的瓦斯 近进风 一侧由于新鲜风流的进入，会带走煤壁解 的瓦 斯气体，使得监测点11处的数值为零，其他测点的 瓦斯 0. 02〜0. 06之间 中的 瓦斯 为0. 08，低于规定的1，虽然对3502 工作面的生产不会产生 ，但是仍然需要时时 监 中的瓦斯 从工作 角度来 ， 流 入 1294 m3/ min 的 ， 流 1 302 m3/min的风量，两者并不相等，这说明了有 一部分 流入采空区 根据单元法原理，对3502工作面实测数据进行 处理，结果见表3O 基于 平衡和瓦斯流量平衡，通过对表3分 析可知 的风流从工作面流入采空区，起到了 释采空区瓦斯 的作用，所以采空区瓦斯 较低，为0. 13〜0. 17。同时，采空区内的风流 会流向工作面，这一过程会 瓦斯气体 流 向回风巷，表现为 的采空区瓦斯 偏 高，为0.20〜0.21。由于上隅角位 采空区 易漏风的地点，而且瓦斯密度小于井下空气，所以 很容易 上隅角瓦斯积聚，给生产带来威 胁。因此，必须加 上隅角位置的瓦斯 监测，一旦发现瓦斯 ，应立即采 行 治理 90中国矿业 第29卷 表3 3502工作面实测数据处理结果 Table3 Measured data proce sing results of3502workface 单元 距进风口 距离/ m 工作 漏风量/ m3/ mi n 采空区瓦斯 / 采空区瓦斯 / m3/ mi n 流出单元瓦斯 / m3/ mi n 流入单元瓦斯 / m3/ mi n 单元内瓦斯 / m3/ mi n 面上瓦斯 / m3/mi n 109. 0 0 131 1701 9831 642 0. 4871. 063 2 25 4. 0 0 150 6001 7931 285 0. 5081. 108 3 50900 171 0672 0641 793 0. 2711. 259 4 75500 190 9502 8492 064 0. 7850. 165 5 10010 00 212 1003 0842 849 0. 2352. 335 6 12525 00 205 0003 4063 084 0. 3224. 678 7 150400 210 8403 5943 406 0. 1880. 652 8 175600 201 2003 3423 204 0. 1380. 731 合计 ---9 057--2. 93411. 991 3 针对上隅角瓦斯积聚的问题，采取上隅角埋管 抽采的方法,并在现场得到了应用即工作面开采 前沿风巷上帮敷设一趟①300 mm瓦斯管，如图7所 示，每30 m抽采管留设一个①300 mm变①219 mm 的三通，安装立管，加设堵板，立管安装高度大于 1・5m。在抽放管出口处安装抽放泵，利用抽放泵 抽放采空区上隅角瓦斯。使用这种方法后，通过对 上隅角瓦斯浓度连续30 d的持续监测，均未出现瓦 斯浓度高于0. 5，这说明了上隅角埋管抽放泵 抽放的方法能够有效解决上隅角瓦斯积聚问题由 于煤层瓦斯含量高，所以在开采过程中需要一直采 取这种措施来降低上隅角瓦斯浓度，保证生产过程 安全。 回风巷顶板 图7上隅角埋管抽放泵抽放上隅角瓦斯 Fig. 7 Upper corner pipe drainage pumps drainage ontheuppercornergas 4结论 1采用带压注浆封闭双松动圈的特殊封孔法 测得的33 煤层瓦斯压力为0.62 MPa。煤层瓦 斯压力及瓦斯含量均随煤层埋深的增加而增加，煤 层埋深每增加100 m,压力增加0. 06 MPa,瓦斯含 量增加0. 13 m3/to 2采用单元法分析得到33 煤层综采工作 面的回风侧上隅角瓦斯存在积聚现象，采取上隅角 埋管抽放泵抽放的方法有效地降低了上隅角瓦斯 浓度，保证了安全生产。 ■ 参考文献 1 吉马科夫B M.为解决采矿安全问题而预测含煤地层瓦斯含 量的地质基础［C〃第十七届国际采矿安全研究会议论文 集北京煤炭工业部科技情报所，19807980. 2 周世宁，林柏泉.煤层瓦斯赋存与流动理论M.北京煤炭工 业出版社,1999 17-23. 3 杨宏民，王松，陈向军，等长平煤矿3号煤层瓦斯赋存规律分 析煤矿安全，2011,425 117119. YANG Hongmi n,WANG Song,CHEN Xi a ngun,et a l . Ana l ysi s of ga s oc c urrenc e l a w of No. 3 c oa l sea m i n Cha ngpi ng c oa l mi ne［J. Sa f ety i n Coa l Mi nes,2011,425 117-119. 4 郭明涛，梁波涛，张子敏宣东二矿水文地质条件对煤层瓦斯 赋存的影响［J煤，2010,197 63-65. GUO Mi ngta o, LI ANG Bota o, ZHANG Zi mi n. I nf l uenc e of hydrogeol ogi c a l c ondi ti ons on c oa l sea m ga s oc c urrenc ei n Xua ndong sec ond mi ne［J. Coa l ,2010,197 63-65. 5 李永冲，杨胜强，刘迎春，等.云南曲靖水文地质条件对瓦斯赋 存的影响［J煤矿安全，2016,4710 168-171. LI Yongc hongYANG Shengqi a ngLI U Yi ngc huneta l I n f l uenc e of hydrogeol ogi c a l c ondi ti ons on ga s oc c urrenc ei n Yunna n Quji ng mi ni ng a rea［J. Sa f ety i n Coa l Mi nes, 2016, 4710168-171. ［6 孔胜利，杨洋，贾音，等煤层瓦斯赋存特征及其关键地质因素 影响研究J1煤炭科学技术,2019,47753-5 8 KONG Shengl i,YANG Ya ng,JI A Yi n,et a l . Study on oc c ur renc e c ha ra c teri sti c s of c oa l sea m ga s a nd i ts key geol ogi c a l f a c tors］〕］. Coa l Sc i enc e a nd Tec hnol ogy,2019,477 53-58. 7 赵俊山，陈亮，李瑞敬，等地质构造及水动力条件对瓦斯赋存 的控制作用煤炭科学技术，2019,4777481. ZHAO Junsha n, CHEN Li a ng, LI Rui ji ng, et a l . Control l i ng ef f ec ts of geol ogi c a l struc ture a nd hydrodyna mi c s on ga s oc 第7期伦嘉云，等超深高地应力矿井瓦斯赋存规律及瓦斯治理研究 91 c urrenc e[J. Coa l Sc i enc e a nd Tec hnol ogy ,2019,477 74-81. 8张宏超.布囊式定点定长带压封孔工艺应用现代矿业, 2017,332204-205. ZHANG Hongc ha o Cl oth ba gtypef i xed-poi ntf i xed-l ength wi th pressure sea l i ng hol e a ppl i c a ti on E J . Modern Mi ni ng, 2017,332204-205. 9 袁桂生，杨慧军,熊辉荣，等瓦斯抽采钻孔囊式带压封孔工艺 应用分析江西煤炭科技，20194198-200. YUAN Gui shengYANG Hui junXI ONG Hui rong eta l Ap- pl i c a ti ona na l ysi sof f l esha qui f ersea l i ngproc essi nga sdra i n- a ge dri l l i ng]. Ji a ngxi Coa l Sc i enc e b Tec hnol ogy,20194 198-200 0李时宜，张青松,刘标懿，等.瓦斯抽采钻孔密封用天固封孔材 料及工艺应用研究矿业安全与环保，2019,46344-47. LI Shi yi,ZHANG Qi ngsong,LI U Bi a oyi,eta l Resea rc h on ti a ngusea l i ng ma teri a l a ndsea l i ngtec hni quef orga sextra c - ti onborehol eJ Mi ni ngSa f ety b Envi ronmenta l Protec ti on, 2019,463 44-47 1王小朋，林桂玲瓦斯抽采钻孔封孔用新型胶体材料性能及其 封堵效果矿业安全与环保，2019,46556-59. WANG Xi a openg,LI N Gui l i ng Properti esa ndsea l i ngefec t of newc oloi da l ma teri a l sf ordrili nga ndsea l i ngf orga sex- tra c ti onJ Mi ni ng Sa f ety b Envi ronmenta l Protec ti on, 2019,465 56-59 2梁玉柱.固体颗粒二次封孔一体化技术的研究与应用.中 国矿业，2020,295142-148. LI ANG Yuzhu Resea rc ha nda ppl i c a ti onof i ntegra ti ontec h- nol ogyof sol i d pa rti c l esec onda rysea l i ngJ Chi na Mi ni ng Ma ga zi ne2020 295 142-148 3董振军顶板走向高位钻孔解决上隅角瓦斯超限技术研究 J 201211111-112 DONG Zhenjun Study ontec hnol ogy of sol vi nga soverrun wi thhi ghl yl oc a teddrili ng a tupperc ornerJ Coa l 来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来 上接第69页 绿色矿山评价指标体系较多，因为行业、地区、 资源、环境、社会经济及当地文化不同，要想科学合 理地评价绿色矿山，必须建立适合当地的、促进行业 发展的评价指标体系 ■ 参考文献 1 国家统计局.中华人民共和国2019年国民经济和社会发展统 计公报R1 2020. 2白白中科，杨侨，白甲林.论绿色矿山建设的源头管控与过程监 管.中国矿业 2018,27875-79. BAI Zhongke,YANG Qi a o,BAI Ji a l i n Di sc ussi onsof sourc e c ontrol a nd proc esssupervi si onf orgreen mi nec onstruc ti on J Chi na Mi ni ng Ma ga zi ne2018 278 75-79 3 李杏茹，申文金,李瑞军，等关于绿色矿山建设标准化工作的 思考中国国 土资源经济，2019-10-12. DOI10. 19676/j. c nki 1672-6995 000350 Tec hnol ogy 201211 111-112 4荣丽军.综采工作面上隅角瓦斯治理分析.山东煤炭科技, 2017 7 89-90 RONG Li jun. Ana l ysi s of ga s c ontrol a t upper c orner of f ul l y mec ha ni zed mi ni ngf a c eJ Sha ndongCoa l Sc i enc ea ndTec h- nol ogy2017 7 89-90 5高超.回采工作面上隅角瓦斯治理措施研究.内蒙古煤炭 济 201711 38-39 GAO Cha o Studyonc ontrol mea suresof ga sa c c umul a ti oni n upperc ornerof mi ni ngf a c eJ I nner Mongol i a Coa l Ec ono- my201711 38-39 6霍雨佳，方书昊，周培卿.采空区上隅角埋管抽放瓦斯引流装 置研究煤炭技术2019588-91 HUO Yuji a, FANG Shuha o, ZHOU Pei qi ng Study on ga s dra i na gedevi c ef orburi edpi pedra i na gea ttheupperc ornerof goa fJ Coa l Tec hnol ogy 2019588-91 7高要昌.综采工作面回风隅角瓦斯积聚原因分析与处理 山东工业 20181497 GAO Ya oc ha ng Ana l ysi sa ndtrea tmentof ga sa c c umul a ti on c a usedbyreturn wi nda ngl ei nf uly mec ha ni zed mi ni ngf a c e J Sha ndongI ndustri a l Tec hnol ogy 201814 97 8李长兴，关金锋,李回贵，等.煤与瓦斯突出预测的Ba yes-逐步 判别分析模型及应用中国矿业，2020,292117-123. 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ZHANG Demi ng,JI A Xi a oqi ng,QI AO Fa nsheng,eta l Study onthei ndva l ua ti onsystemsof green mi nesJ Rec yc l i ng Resea rc h 2010,31211-13 6 忻州市人民政府办公厅忻州市人民政府办公厅关于印发忻 州市绿色矿山创建标准试行的通知EB/OL. 2018-04 04 [2020-02-25. http “ wzx. sxxz. gov. c n/wzxzw/zwgk/ wj/szf wj_6332/201804/t20180404_371236. html .