孟村礦井瓦斯賦存規律研究與治理

侯彪

摘 要：孟村煤礦位于陜西彬長礦區，地質類型復雜，煤層厚度及埋深大，具有強沖擊傾向性， 井田內構造發育，為高瓦斯礦井。目前礦井處于基建階段，隨著下一步開拓及開采，瓦斯問題將越來越嚴重。 根據鉆孔瓦斯測定參數，詳細分析了礦井瓦斯分布規律及瓦斯地質因素，并根據礦井瓦斯與沖擊地壓并存的現狀，提出了針對性的綜合防治措施。

關鍵詞：地質條件；瓦斯賦存；抽采；防治；管理

1礦井概況

1.1自然地理條件

孟村礦井及選煤廠位于陜西省咸陽市西北部，彬長礦區中北部，地處咸陽市彬縣與長武縣交界地帶，行政區劃隸屬于陜西省咸陽市長武縣管轄。井田東西長10.5km，南北寬6.5km，總體規劃井田面積61.2km2。可采面積約58.77km2。礦井工業資源/儲量為938.22Mt。設計資源/儲量為912.54Mt。設計可采儲量為644.92Mt。礦井設計生產能力：6.00Mt。服務年限為76.8a。

1.2井田構造

孟村井田地表大面積為黃土層所覆蓋，溝谷中出露的白堊系產狀較為平緩。總體趨勢為南高北低，西高東低。井田構造特征與礦區完全一致，即以寬緩的褶曲為主。各褶曲軸向為NE～NEE，兩翼傾角一般3～5o，最大7～8o；兩翼起伏幅度80～180m，一般100m左右。褶曲對煤系、煤層的沉積分布及其厚度變化關系密切。一般向斜軸部煤系、煤層較厚，背斜軸部煤系、煤層較薄，沉積無煤區僅發育在七里鋪～西坡背斜和董家莊背斜的軸部。

1.3礦井瓦斯情況

全井田4煤層瓦斯采樣點17個，采集了23個樣。4煤層自然瓦斯成分主要為氮氣及甲烷。甲烷成分最高值為62.38%（M6-5孔），最高含量1.16ml/g.daf（M6-5孔）。瓦斯成分及分帶的平面特征：井田西部7號勘探線以西，由于煤層遭受風化，瓦斯含量較低，形成了二氧化碳～氮氣帶；7線以東以氮氣、甲烷為主，甲烷濃度增高，含量增大，形成氮氣～甲烷帶。瓦斯含量的基本規律：煤層埋深每增加100m，瓦斯含量增加0.27～0.52ml/g.daf，甲烷含量隨甲烷濃度的增高而增加。

2瓦斯治理技術

2.1地面鉆井抽采瓦斯

從地面打鉆井預抽被保護層采動區卸壓或被壓裂煤層的瓦斯，以消除煤與瓦斯突出危險性、降低煤層開采過程中瓦斯涌出量。

在地面水平鉆孔技術方面，大多數情況下，鉆井液柱的靜水荷載要大于儲氣層的內部壓力，這樣會減少瓦斯抽放量。同時壓力作用于鉆井液并使其割斷媒體的節理，堵塞瓦斯涌出通道。為解決孟村礦井瓦斯問題，應采用雙鉆井系統。首先鉆一口直徑222.25m的穿過煤層的豎直井，然后將三個同心套管套入鉆孔，在同心套管間的兩個圓環中灌入泥漿以增強鉆孔壁強度。套管延伸至煤層上方15m處，在煤層上下一定范圍內留設一段無套管鉆孔。然后通過底部擴孔機具將煤層周圍鉆孔的直徑擴大至1.8m左右。第二口井眼距第一口90m，當豎直鉆進距煤層60m以內的某點時，在此點應用定向鉆孔技術使第二鉆孔的水平部分位于煤層內，該鉆孔的水平部分應嚴格按照第一個井孔監測的坐標方向鉆進，當截斷到第一個鉆井時，就形成了欠平衡水平鉆井系統。在第一口井的壓縮空氣作用下，鉆孔處的氣液體混合物將返回至交叉點鉆液處，從而降低了垂直鉆液柱的密度，形成了欠平衡鉆井的條件。

隨著長度達1200-1500m的水平鉆孔的應用，水平瓦斯抽采網絡也逐漸發展起來，它的輪廓像羽毛的對稱結構和樹葉的生長結構，由分布均勻的橫向鉆孔組成，這些鉆孔的平均直徑為11cm，位于中心井孔的左右兩側，主要用來抽放礦井內的瓦斯。四個中心井孔分別分布在四個象限上，從而能在360°范圍上覆蓋整個瓦斯抽放區域。在這種體系下，每個垂直鉆孔范圍上可以鉆總長度達18000m的橫向孔，這些橫向孔的比表面積達1200英畝。水平橫向鉆孔的使用能減小地表擾動和相應成本，使瓦斯抽采均勻，并使礦井在瓦斯抽放期間能繼續生產。

這種體系能實現井下氣水分離，較容易地將水泵出。通過布置在垂直鉆孔中心處水管將水排出，通過鉆孔中心周圍的套管圓環區將瓦斯抽出。

2.2抽采開采煤層瓦斯

地面鉆井抽采瓦斯的預抽時間不夠充足，開采層瓦斯可采用邊抽邊采技術。邊抽邊采的方法主要有采面淺孔和上下巷順層長鉆孔抽采。根據礦井實際情況可知選用順層長鉆孔抽采。在工作面機、風兩巷向工作面前方煤層施工長鉆孔，降低回采期間煤層瓦斯壓力和含量，從而減少回采瓦斯涌出和降低突出危險性。

①鉆孔布置有平行、交叉、迎向多種形式；

②鉆孔間距根據預抽時間和鉆孔的排放半徑確定；

③鉆孔深度在50m以上；

④在工作面、風巷掘進期間施工，鉆孔滯后掘進工作面不大于100m，采用貫通鉆孔全部打完；

⑤在巷道內敷設一趟抽采管路與礦井抽采系統相連接。

2.3采空區瓦斯抽采

回采工作面結束后，采空區仍會積聚大量瓦斯。瓦斯積聚在煤層上部的煤夾層和巖層處，并在支架后方采空區直接頂冒落后才大量涌出。處理采空區的瓦斯采用垂直鉆孔法是一種非常有效的方法。

①鉆孔地點

在工作面回采開始之前，根據工作面長度和瓦斯含量的不同，沿工作面中心線（走向）在地表鉆三到三十個鉆孔，第一個鉆孔通常距開切眼相距46～153m，或布置在地表沉降盆地傾斜邊緣附近。應在距離回采工作面較遠距離時就提前鉆好鉆孔。

②設計

瓦斯鉆孔直徑為0.2～0.3m，內部套管直徑為0.18～0.24m，該套管分兩部分，第一部分由61m長的鋼質割縫篩管組成，起于鉆孔底部4.57m處（要注意的是允許瓦斯進入割縫篩管的長度與瓦斯涌出空間有關），第二部分是延伸至地表的固體套管，在固體套管內灌漿并在鉆孔底部進行密封以防止水的侵入。

③性能

采空區鉆孔會用到功率為10～75HP，通風能力為1500～1750ft^3/miin的通風機。當長壁工作面推進到距離鉆孔幾米時，瓦斯開始涌出此時通風機通電工作，鉆孔開始進入活躍期。瓦斯起始流量較大，然后開始平穩下降，通常情況下通風機會持續運轉三到五個月來抽瓦斯。

3增強瓦斯安全意識，落實瓦斯管理條例。

3.1提高安全意識

對安全問題更需科學認知。煤礦安全管理工作是一個更復雜的系統工程，這是因為：一是煤礦的生產條件在不斷改變；二是煤礦在進行新裝備、新技術、新工藝、新材料的革新和引進時有個適應過程；三是煤礦難以完全杜絕三違；四是小隱患可能導致大事故。

3.2強化技術，推進煤礦科技進步

加大資源整合力度，提高礦井規模 登封礦區最多時達到 200 百多對礦井，經過資源整合已降到 66 家， 二次整合中劃歸鄭煤的有 34 家，劃歸永煤 4 家，登封地方管理剩下的 32 家，但二次整合中，沒有礦井總數的減少， 也就是說沒有擴大礦井規模，單個煤礦企業的管理模式變化不大，對安全生產管理是否更上新臺階影響不大。

4結論

通過對孟村煤礦高瓦礦井斯綜合治理的研究與分析，筆者認為：煤礦企業唯有及早轉變安全觀念，建立超前防范意識，根據瓦斯治理的相關條例要求自覺增加安全投入，完善瓦斯綜合治理系統和裝備， 多方尋求安全力量，攜手合作，共同謀求安全生產，才能真正提高煤礦安全管理水平，為企業安全形勢的好轉保駕護航。

參考文獻：

[1]張子敏，張玉貴.瓦斯地質規律與瓦斯預測[M].北京：煤炭工業出版社，2005.

[2]胡殿明，林柏泉.煤層瓦斯賦存規律及防治技術[M].徐州：中國礦業大學出版社，2006.