小河嘴礦薄煤層瓦斯地質及瓦斯賦存規律

甘業忠

（四川達竹煤電（集團）有限責任公司小河嘴煤礦，四川 達州 635000）

小河嘴煤礦位于四川省達州市達川區南外鎮高巖村，行政區劃屬達川區南外鎮管轄，為四川省煤炭產業集團所屬的國有重點煤礦之一，已形成300kt/a的實際生產能力。井田范圍由21個座標圈定，井田位于中山背斜北部傾末端，南以16號勘探線與斌郎煤礦為界，北至擴大區1號勘探線為界，東西以儲量深部－200m標高為界。南北走向長12.5km，東西寬3km，井田面積15.9415km2。開采深度355～555m，井田范圍內準許開采煤層有須家河組第6段（T3XJ6）中的24、23、22、21、18、內連煤層；須家河組第5段（T3XJ5）中的14、12煤層，共8層煤，現目前只開采22、21煤層。本文主要介紹小河嘴礦薄煤層的瓦斯地質及瓦斯賦存規律。

1 礦井瓦斯情況

2012年瓦斯等級鑒定，礦井絕對瓦斯涌出量為33.52m3/min（其中抽放標況純量為12.64m3/min），相對瓦斯涌出量74.59m3/t，屬于高瓦斯礦井。

2 目前主采煤層瓦斯參數的測定

（1）礦井瓦斯壓力0.5～0.6MPa，瓦斯含量5 m3/t。吸附瓦斯95～97%。測定方法：解吸法、煤層樣等溫吸附實驗、WP-1型瓦斯含量快速測定儀。

（2）工作面放炮后，回風瓦斯的80%以上來至后方采空區，瓦斯量可升為3m3/min，風尾巷瓦斯容易超限。

（3）少掘或不掘巖石巷道，包括取消尾排巷道。K21和K22不宜聯合布置。

（4）煤塊瓦斯涌出強度。回采工作面爆落煤塊瓦斯符合負指數關系曲線，表達式為：

K22煤層：qt=35.2132 e?0.2058(1+t)

K21煤層：qt=24.8404 e?0.2975(1+t)

其中，qt：煤塊瓦斯涌出強度，mL/(kg·min)；t：時間，min。

（5）孔壁（煤壁面）瓦斯涌出強度：

q=1.4431e?0.3489(1+t)

t

qt：孔壁（煤壁面）瓦斯涌出強度，L/(m2·min)。

（6）煤層透氣性系數在2.23～50.31m2/(MPa2·d)之間，巷道煤壁面經18到38天時，瓦斯涌出強度為0.71～1.39m3/(m2·d)。炮后工作面內瓦斯，以落煤塊瓦斯為主。

（7）煤層吸咐瓦斯常數。2003年煤炭科學總院重慶分院對礦井提供的煤樣吸咐瓦斯常數進行了實驗測定，如表1。

表1 煤樣吸咐瓦斯常數表

（8）2006年瓦斯參數的測定結果。礦井2006年與煤炭科學總院重慶分院合作進行了瓦斯基本參數的測定，測定情況如下。

402采區K21煤層在+100～±0m標高范圍的瓦斯含量為3.44～4m3/t，K22煤層在+100～±0m標高范圍的瓦斯含量為3.85～4.42m3/t；201采區K21、K22、K24煤層在±0m水平的瓦斯含量分別為4.53m3/t、3.58m3/t、4.18m3/t。

402采區K21、K22煤層在+100～±0m水平范圍的綜合瓦斯壓力為0.35～0.42MPa；201采區K21、K22煤層在±0m水平的綜合瓦斯壓力為0.39MPa。

402采區K21、K22煤層的透氣性系數小于0.88m2/MPa2·d；201采區K21、K22煤層透氣性系數小于 0.83m2/MPa2·d。

402采區K21、K22煤層鉆孔瓦斯流量的衰減系數大于0.41d-1；201采區K21、K22煤層鉆孔瓦斯流量的衰減系數大于0.38d-1。

3 采掘工作面的瓦斯涌出情況

采用分源法及統計分析法，預測礦井采掘工作面的瓦斯涌出量。

（1）巖巷掘進工作面的瓦斯涌出量一般為0.1～0.3m3/min，在井田中山背斜軸部須家河組第6段第1帶（T ）砂巖層掘進時，瓦斯的涌出量一般為0.5～0.8m/mi

n，局部達2～3m3/min，最大時達8m3/min。

（2）K24、K22、K21薄及極薄煤層煤巷的掘進工作面的瓦斯涌出量分別為0.27～0.63m3/min、0.2～0.56m3/min、0.2～ 0.68m3/min。

（3）K24、K22、K21薄及極薄煤層采煤工作面的正常瓦斯涌出量分別為0.7～0.8m3/min、0.7～0.95m3/min、0.7～0.9m3/min，上隅角存在局部瓦斯超限現象。

4 瓦斯地質分布規律

礦井瓦斯分布規律：礦井的極薄、極近距離煤層瓦斯不大，但鄰近砂巖含瓦斯，且儲蓋條件好，易向中山背斜軸部儲集，衰減很慢，可出現裂隙噴瓦斯象征。

礦井中山背斜T3xj6-1段砂巖中存在裂隙瓦斯，在該巖層掘進中，曾多次出現過異常的瓦斯涌出。2005年9月24日402采區+60石門在T3xj6-1段砂巖中掘進時發生了異常瓦斯涌出，工作面放炮后，位于磧頭左側頂板的一裂隙噴水射程達1m左右，半小時后裂隙水射程達6m左右；同時工作面的瓦斯濃度瞬間達到2.17%，回風流瓦斯濃度為3.6%，瓦斯涌出量逐漸增大，最后穩定在8.4m3/min，并伴有臭雞蛋氣味。礦井裂隙的瓦斯突然大量涌出，造成402采區+60石門及其回風流、402采區回風流的瓦斯超限。

5 瓦斯涌出的特征

井田主構造為背斜構造，在背斜的形成過程中，瓦斯逐漸向背斜軸部儲集，瓦斯儲集于軸部煤層及煤層頂、底板巖層中。在開采中表現為：掘進軸部巷道時，時常出現裂隙瓦斯噴出，處于背斜軸部的采煤工作面的風尾巷（“U”型通風時）時有瓦斯超限的情況發生，工作面及工作面回風巷瓦斯較為正常，-121采區屬下山開采，瓦斯涌出量有所上升。

6 礦井瓦斯的主要來源

礦井瓦斯主要來源于煤層，礦井瓦斯涌出受采煤工作面回采的影響，在采空區上下形成大量的裂隙而滲入巷道，涌出量較大的主要集中在回采區；還有部分是因受礦井通風設施（密閉）的影響，使井下瓦斯從已采區的密閉及停掘工作面密閉中滲出。礦井生產過程中，瓦斯涌出極不均衡，總的情況是礦井中山背斜軸部瓦斯涌出量相對較大一些。現開采的K22煤層比K21煤層瓦斯涌出量相對較大。隨著開采深度的增加和開采范圍的擴大，瓦斯涌出量呈明顯上升的趨勢，在開拓準備101、201、402采區過程中，均出現過裂隙瓦斯。

7 瓦斯抽采的情況

礦井建立地面瓦斯固定抽采系統2BE1303-0瓦斯抽放泵2套（1臺運行、1臺備用）及KJ73N瓦斯抽采獨立監控系統1套（9個監控測點）。現礦井配備了ZY-1250型鉆機5臺，ZDY-1900S型2臺，KFB-B（2.4MP）封孔泵6臺，注漿機1臺，2BE1-303-0型水環式真空泵2臺，2臺IS100-65-250A型單級清水泵。地面瓦斯固定抽采系統于2010年5月投入運行，到2012年12月底已抽放1418萬m3瓦斯、管路安裝15000 m、鉆孔施工進尺83000m。平均抽采濃度30%～35%，礦井瓦斯抽采率為34.2%～40.88%，抽采瓦斯純量為8～11m3/min。

礦井配備工程技術人員2人，負責井下瓦斯抽采業務的技術管理和現場管理。抽采泵站的司機4人，負責抽采泵的正常運行和記錄各種運行參數。井下打鉆施工人員6人，負責井下瓦斯抽采鉆孔的施工和其它鉆探施工。管線工程施工、維修人員4人，負責瓦斯管線及抽采系統各種設施的安設、維修、調整、更換等。檢測人員2人，負責對礦井抽采系統、鉆場、管線、主要設備、設施的日常檢查和抽采系統的測試、調整、試驗，數據、資料的記錄和整理等安全技術性的管理工作。