鹿臺山礦低滲煤層瓦斯抽采問題分析

摘 要：鹿臺山煤礦是典型的低滲透抽采困難煤層。文章從介紹礦井的基本地質構造和特點出發，分析指出了該礦瓦斯抽采工作中存在的煤層均質性差且滲透率低、煤層組成復雜且臨近層瓦斯源強、煤層脆性強且瓦斯鉆孔塌孔易發、鉆孔影響半徑小且瓦斯抽采效率低四大問題；根據進行的分析指出了該礦煤層瓦斯抽采的應對措施。

關鍵詞：低滲透；瓦斯；抽采；影響因素

1 鹿臺山煤礦的地質特點

山西煤炭進出口集團鹿臺山煤業有限公司位于沁水縣西南14km處張村鄉馮村村附近，主采2號煤層。在其井田范圍內，二疊系下統山西組為其主要含煤地層之一，厚47.0～56.0m；底部以K7砂巖底與太原組地層分界，巖性主要為巖屑石英砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖、泥巖和煤層，含豐富的植物化石，有二疊枝脈蕨、華北蕉羽葉、星輪葉等；上部以灰白色中粒砂巖、灰黑色粉砂巖為主，中夾黑色泥巖和極不穩定的1號薄煤層，煤層厚約0.13m。中部以灰黑色粉砂巖、泥巖、深灰色細粒砂巖及2號煤層組成。2號煤層為全區穩定可采煤層，煤層厚度1.35～3.20m，平均厚度1.97m。

井田位于沁水塊坳的南端，東腰～尚莊區域性正斷層的北側（下盤）約300m。井田構造線方向與區域構造線方向一致，南部邊緣有2號煤層露頭出現，地層產狀走向近于東西向，傾向北，傾角4～8°，為一向北緩傾的單斜構造。據采掘工程控制井田內發育三個小斷層，其中較大的F1斷層位于井田中西部，傾向北西，傾角65°、斷距4m，延伸長度在950m左右；F2為分布于井田中東部走向近于北的小斷層，長度在600m左右，傾向北西，傾角68°，斷距3m；F3斷層位于F2東側，走向北西傾向南西，斷距3m，延伸長度約250m。

2 鹿臺山煤礦煤層瓦斯抽采實踐中存在的問題

鹿臺山煤礦煤層為典型的低滲透難抽采煤層，瓦斯抽采工作中困難重重，導致瓦斯抽采工作效果不佳。在瓦斯抽采工作中出現的主要問題包括：

2.1 煤層均質性差，滲透率低

鹿臺山煤礦主采2號煤層，該煤層層理結構明顯，且層理轉折變化多，導致煤層內瓦斯流動通道變化多且已形成局部瓦斯集聚而影響游離瓦斯的運移，從而導致滲透率低；再者，該礦主采煤層內局部含有加矸層且沿煤層走向分布，且為泥質巖性透氣性差，泥質加矸層的存在將該礦主采2號煤層分割為互相獨立的幾部分而形成局部封閉結構，導致煤層內瓦斯的解吸和運移受到明顯影響而使滲透率降低。

2.2 煤層組成復雜、臨近層瓦斯源強

鹿臺山煤礦主采2號煤層，但在2號煤層頂板和底板各存在以不可采的極薄煤層且煤層瓦斯含量大，兩個極薄煤層均處于2號煤層采動顯著影響范圍內，近似構成煤層群開采，并形成了典型的“主采煤層開采擾動影響富含瓦斯煤層群”。隨著2號煤層的開采推進，由受采動卸壓作用導致的上、下極薄煤層放散出的瓦斯均涌入2號主采煤層的采掘空間，從而導致2號主采煤層采空區瓦斯濃度大并增加了其采掘空間的瓦斯濃度，導致2號煤層開采過程中采掘空間瓦斯超限頻繁，特別表現在上隅角范圍內。

2.3 煤層脆性強、瓦斯鉆孔塌孔易發

鹿臺山煤礦主采2號煤層為中灰-高灰、低磷、特低硫、中熱-高熱值、高熔灰份的合成氨固定-氣化和動力用煤，煤的內部微結構豐富且分布復雜，單軸抗壓強度較大但脆性強，其內含有的泥質成分遇水后易膨脹而導致煤體受擠壓而散碎。故，瓦斯抽采鉆孔成果效果好但不宜保持，抽采鉆孔服務期內布局塌孔嚴重而易于堵孔，導致瓦斯抽采鉆孔失敗。

2.4 鉆孔影響半徑小、瓦斯抽采效率低

鹿臺山煤礦主采2號煤層的瓦斯壓力為0.41-0.52MPa，百米鉆孔初始瓦斯流量為0.0793m3/min，透氣性系數為3.2238m2/MPa2·d，鉆孔瓦斯流量衰減系數為0.0261d-1，百米鉆孔瓦斯流量0.0793m3/min，鉆孔瓦斯流量衰減系數α=0.0261d-1；煤層透氣性系數λ=3.2238m2/MPa2·d，為典型的低滲透煤層，故瓦斯鉆孔的有效影響范圍小、有效影響半徑小；又因為瓦斯鉆孔難以維護且易于塌孔，故瓦斯抽采工作受到嚴重影響而效率較低下。

3 鹿臺山煤礦煤層瓦斯抽采的應對措施

鹿臺山礦是受瓦斯問題困擾非常嚴重的礦井之一，解決瓦斯治理問題對于維護該礦正常的生產秩序、挖掘該礦的生產潛力意義重大。因此，必須在掌握清楚該礦瓦斯賦存與涌出特性的前提下，有針對性的采取綜合治理措施與技術方法體系，才能從根本上解決該礦的瓦斯問題。可從以下幾個方面著手：

（1）思想上高度重視，以防控瓦斯為核心做安全生產的文章。從全煤炭行業來講，瓦斯災害是一次造成死亡人數最多的災害，瓦斯不但對煤炭一線工人生命造成嚴重危害，也對煤炭生產企業造成沉重的負擔，造成的負面影響巨大。而鹿臺山礦煤層瓦斯含量大、煤層透氣性差、瓦斯難抽采，就決定了瓦斯治理工作的艱巨性。因此，全礦上下必須從思想上高度重視瓦斯問題，樹立“安全生產、瓦斯為天”的思想，牢牢扭住瓦斯治理這一牛鼻子，以瓦斯治理工作為核心開展全礦的安全生產工作。

（2）理清安全投入與保障生產的關系，增加安全投入。煤礦企業的根本任務就是生產煤炭，生產煤炭也是廣大煤礦企業創造價值、產生利潤的源泉，但其前提是安全生產。一旦發生各類災害，造成直接經濟損失、人員傷亡不可避免，耽誤的正常生產時間更是無可挽回。因此，只有安全生產才能保障煤礦企業的產量、利潤，但安全生產需要增加投入來保障其實現，包括思想上的投入、人力的投入和經濟上的投入，短時間可能會表現為增加煤礦企業的生產成本。所以，必須理清保障安全生產與安全投入的關系，從大局角度著眼長遠算綜合賬，提供切實的安全投入保障來保證安全生產的環境。

（3）尊重科學規律，從根源上認識瓦斯災害、掌握瓦斯規律、制定瓦斯防治措施。包括礦井的五大災害在內的全部礦井災害的孕育、發生、發展都是有科學規律的，特別是瓦斯災害，其孕育、發生、發展過程必然遵循瓦斯源、吸附瓦斯到游離瓦斯的轉換過程、游離瓦斯的運移和放散出煤體過程、外界火源和氧氣。對于具體礦上來講，瓦斯源是相對固定的（即煤層的瓦斯賦存情況），外界火源是可以人為避免的，與氧氣接觸是無法斷絕的，吸附瓦斯到游離瓦斯的轉換過程與游離瓦斯的運移和放散出煤體過程是可以通過科學研究掌握的規律，并能根據其表現出的規律采取措施控制其速度的。因此，只要尊重科學規律，從根源上掌握上述過程表現出的規律并制定正確的應對措施，就可以防控瓦斯災害的發生。

4 結束語

瓦斯問題位列礦井五大災害，其導致災害的預防工作任重道遠。對鹿臺山礦而言，只要結合該礦的實際情況并認識到該礦條件的獨特之處，相信在充分認識重要意義、尊重科學規律和構建有效預防技術體系的基礎上，一定能夠逐步解決該礦的瓦斯問題。

參考文獻

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作者簡介：孫百鎖（1962-），男，山西臨汾人，本科，工程師，現為鹿臺山煤業有限公司董事長，主要從事煤礦安全生產方面的管理與研究工作。