淺析瓦斯賦存復雜條件下治理方法

摘 要：礦井瓦斯賦存或煤層中，或頂板上覆巖層及上臨近層中，或底板巖層下臨近層中。單一區(qū)位的賦存瓦斯治理較為容易，若多層區(qū)位的，治理難度將會增大，采用通風和抽采兩個措施綜合治理，方能有效。

關鍵詞：瓦斯復雜條件瓦斯綜合治理

概 述

礦井瓦斯賦存有的是單一層位賦存，有的是多層位賦存，單一層位賦存僅賦存在煤層中，多層位賦存則或煤層中，或頂板上覆巖層及上臨近層中，或底板巖層下臨近層中，各個層位都賦存有大量瓦斯。單一區(qū)位的賦存，瓦斯治理較為容易，否則，治理難度將會很大，必須進行綜合治理方能有效。瓦斯復雜賦存條件下的高瓦斯礦井的瓦斯治理應從兩個方面進行：一是通風方面，有自然發(fā)火傾向的煤層，應采用“U”型通風方式，無自然發(fā)火傾向的煤層，采用“U＋L”型通風方式，是解決工作面瓦斯問題的一種較好通風方式；二是抽采方面，采用多種抽采方法綜合抽采。宣東礦業(yè)公司就屬于后者。

瓦斯賦存復雜性

火成巖的侵入、煤層賦存深度大和煤層在地面沒有露頭，使煤層具有良好封閉條件，瓦斯無法自然排泄，形成高瓦斯煤層和礦井。

火成巖影響：從縱向剖面圖方向看，輝綠巖從西南方向的11-4、9-4孔只零星侵入到各地層當中，從7-3孔開始到井田東北方向的3-5孔侵入方式基本成巖床狀，厚度由216.8米逐漸加厚到256.81米。從橫向剖面圖來看，輝綠巖從西部區(qū)域的7-1開始到7-5孔結束，成巖床狀形態(tài)侵入到各地層當中，其厚度在211.55-225.7米，侵入規(guī)律基本是越來越厚而且距離Ⅲ3煤越來越近，直到輝綠巖把Ⅲ3煤層吞蝕。（如下圖）

由于火成巖對煤系地層及煤層的良好覆蓋，以及火成巖的良好封閉條件，由于火成巖的侵入大大降低了巖層的透氣性，導致煤層中的瓦斯得不到釋放，無法排泄到地面空間中，只能釋放煤層的上下鄰近層巖層中，致使上下鄰近層及巖層中也含有大量瓦斯，尤其是井田的東南部瓦斯更大。

煤層賦存深度影響：宣東礦煤層賦存深度都在800米以上，并且煤層在地面沒有露出所以瓦斯不具備通過巖層擴散和煤層露頭擴散大量自然釋放的條件。

瓦斯賦存狀態(tài)分析：宣東礦井煤田地質條件決定礦井瓦斯賦存極具復雜性，瓦斯賦存于本煤層、煤層上覆巖層及上臨近層Ⅲ1、Ⅲ2和底板巖層各個層位中，其中本煤層占30%，其余占70%。

該煤層的松軟和透氣性差導致了本煤層打鉆困難、抽采困難。煤層瓦斯基本參數(shù)實測值如下表：

Ⅲ3煤層無解放層可開采：Ⅲ3煤層的上鄰近煤層Ⅲ1、Ⅲ2均為不可開采煤層，Ⅲ3煤層的下鄰近煤層Ⅳ1距離Ⅲ3煤層為15～20米，距離太近，它的開采會嚴重影響Ⅲ3煤層的開采，不能提前開采，而且Ⅳ1煤層賦存區(qū)域比Ⅲ3煤層小得多，也起不到解放層應有的作用。

瓦斯綜合治理方案

瓦斯復雜條件下的瓦斯治理應從兩個方面進行，一是通風方面，優(yōu)選采面通風方式；二是抽采方面，采用多種抽采方法進行綜合抽采。

通風方面：有自然發(fā)火傾向的煤層，應采用“U”型通風方式。它的優(yōu)點：一是工作面掘進準備工程量小，準備工期短，采掘銜接容易；二是通風系統(tǒng)簡單，采空區(qū)漏風少，氧化帶短，有利于預防自然發(fā)火。其缺點：一是隅角瓦斯積聚和回風順槽瓦斯超限問題難于解決；二是工作面通風能力受限制。

無自然發(fā)火傾向的煤層，采用“U＋L”型通風方式，是解決工作面瓦斯問題的一種較好的通風方式。它的優(yōu)點：一是能夠很好地解決隅角瓦斯積聚和回風順槽瓦斯超限問題，并且將回風隅角后移；二是排瓦斯能力大；三是能夠解決采空區(qū)瓦斯涌入工作面風流的問題。其缺點：一是不利于預防自然發(fā)火；二是專用回風巷不能解決2.5%以上濃度的瓦斯；三是工作面掘進準備工程量大，準備工期長，給采掘銜接帶來一定的壓力。

抽采方面：頂板鉆孔法抽采主要解決上覆巖層及上臨近層中的瓦斯，抽采率可達到10%以上，抽采量為15m3/min。頂板鉆孔種類有兩種，一是頂板高位鉆孔，一是頂板低位鉆孔（附206采面頂板鉆孔布置圖）。

本煤層抽采：本煤層淺孔、深孔注水壓裂抽采是解決煤層瓦斯的主要手段和途徑，特別是深孔注水壓裂抽采尤其重要。煤體注水的作用：一是濕潤煤體，降低采面煤塵；二是煤體壓裂，增強煤體透氣性，提高瓦斯解析率，便于瓦斯抽放。本煤層淺孔抽放濃度為28%，抽放量為7m3/min，深孔抽放量為3.0m3/min。附206采面本煤層鉆場鉆孔布置圖。

回風隅角抽采：對于工作面瓦斯涌出量達到90m3/min的瓦斯復雜條件高瓦斯礦井來說，綜采工作面隅角瓦斯治理是極其困難的難點和重點，不解決工作面瓦斯隅角瓦斯超限，工作面不能正常生產(chǎn)，工作面也就存在一個重大安全隱患。33206綜采工作面隅角瓦斯最大外溢量為15m3/min，如此大的瓦斯量用普通的措施是無法解決好的，必須進行抽采。工作面隅角除用抽放管路抽放外，還在工作面輔助巷和機巷各安一臺抽瓦斯風機，將抽出的瓦斯直接排到總回風，較好地解決了隅角瓦斯超限的問題。采用抽放泵站抽3%以上的高濃度瓦斯，用抽瓦斯風機抽3%以下的低濃度瓦斯。每臺抽瓦斯風機的風量為220m3/min， 瓦斯?jié)舛葹?-3.0%，平均抽放量為10.0m3/min。抽放泵抽采流量為80m3/min，瓦斯?jié)舛葹?.5-4.5%，抽放量為9.0m3/min。

高抽巷：高抽巷主要用途是抽采上鄰近層瓦斯和采面后部采空區(qū)瓦斯。現(xiàn)在高抽巷的瓦斯?jié)舛葹?5%，抽放量為20m3/min。

各種抽放措施的綜合抽采量為64m3/min，本煤層抽采和隅角抽采量仍有提高的空間，通過增加深孔數(shù)量和深度及加大抽放設備能力來實現(xiàn)。

綜上所述瓦斯復雜賦存條件下的高瓦斯礦井的瓦斯抽放應采用高抽巷抽采+本煤層抽采+高低、位鉆孔+隅角抽采的聯(lián)合抽采方案。瓦斯治理應從兩個方面進行：一是通風方面，有自然發(fā)火傾向的煤層，應采用“U”型通風方式，無自然發(fā)火傾向的煤層，采用“U＋L”型通風方式，是解決工作面瓦斯問題的一種較好的通風方式；二是抽采方面，采用多種抽采方法進行綜合抽采。

結束語

宣東33206采面瓦斯涌出量高達90m3/min，采取上述措施后，達到了瓦斯治理的較好效果，由此可見賦存復雜條件的煤層瓦斯必須進行綜合治理方能奏效。（作者單位：河北金能張家口礦業(yè)集團公司宣東二號煤礦）

作者簡介：杜守利，高級工程師，宣東礦總工程師；陳萬伎，高級工程師，宣東礦技術部部長。