煤層瓦斯賦存規(guī)律及突出危險性分析

劉建龍

（山西汾西礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司雙柳煤礦， 山西 柳林 033300）

1 礦井概況

1.1 地質(zhì)概況

雙柳煤礦位于山西省柳林縣西北部，井田西部基本以黃河為界，北部與山西東輝集團(tuán)煤焦化有限公司鄧家莊煤礦相鄰，東部與山西柳林宏盛聚德煤業(yè)有限公司相鄰，東北部與山西柳林凌志集團(tuán)柳家莊煤業(yè)有限公司相鄰，南部基本以聚財塔北斷層為界。山西組含01～5下號9層煤，太原組含6～11號8層煤。

1.2 開拓方式與采煤方法

雙柳礦采用斜－立井開拓方式，當(dāng)前在郭家山場地新增郭家山副立井，副立井井底標(biāo)高+450 m，井筒深度423.0 m，井筒落底后，在+450 m水平布置井底車場、變電所、爆炸材料庫、消防材料庫等。4（3+4）合并層布置有三個采區(qū)，其中一采區(qū)2007年已密閉，現(xiàn)生產(chǎn)采區(qū)為二采區(qū)和三采區(qū)，采區(qū)布置有軌道大巷、膠帶大巷、輔助行人巷和回風(fēng)大巷。其中二采區(qū)布置有綜采工作面一個；三采區(qū)布置有綜采工作面兩個，備用工作面三個，綜掘工作面兩個。井下采區(qū)工作面布置如表1。

表1 井下采區(qū)工作面布置表

根據(jù)煤層賦存條件、開拓方式、生產(chǎn)能力，工作面采用走向長壁式開采，采煤方法為綜合機(jī)械化一次采全高，全部垮落法管理頂板。該煤礦采掘布置圖如圖1所示。

圖1 采掘布置示意圖

1.3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)

根據(jù)本礦井實(shí)際情況，雙柳礦井通風(fēng)系統(tǒng)為分區(qū)對角式，采用白家焉主斜井、白家焉副立井、郭家山副立井進(jìn)風(fēng)，郭家山回風(fēng)立井、白家焉回風(fēng)立井回風(fēng)。礦井布置有2個綜采工作面、1個備采工作面、3個預(yù)抽工作面、3個綜掘工作面、4個炮掘工作面。綜采工作面采用“U”型通風(fēng)系統(tǒng)，掘進(jìn)工作面均采用獨(dú)立通風(fēng)，所需風(fēng)量由局部通風(fēng)機(jī)對其壓入式供給。

2 雙柳煤礦瓦斯賦存規(guī)律

2.1 煤層瓦斯壓力分布規(guī)律

準(zhǔn)確測定煤層瓦斯壓力對于鑒定煤層的突出危險性十分重要，針對具體現(xiàn)場，設(shè)定了相應(yīng)的測壓點(diǎn)，其4（3+4）號煤層瓦斯壓力測定結(jié)果如表2所示。

表2 雙柳煤礦4（3+4）號煤層瓦斯壓力測定結(jié)果

4（3+4）號煤層瓦斯壓力測定時，經(jīng)現(xiàn)場檢驗(yàn)測壓孔密封性良好，壓力表安裝接口密封良好，測壓過程中壓力表工作正常，所測壓力值數(shù)據(jù)精確可靠。根據(jù)表2中瓦斯壓力測定結(jié)果分析可知，33（4）16運(yùn)巷標(biāo)高+385.1 m處的瓦斯壓力2.4 MPa，為實(shí)測的最大值。根據(jù)表2數(shù)據(jù)，做出4（3+4）號煤層瓦斯壓力隨標(biāo)高變化曲線，如圖2所示。

圖2 煤層瓦斯壓力實(shí)測值與煤層標(biāo)高對應(yīng)圖

4（3+4）號煤層的瓦斯壓力可用如下公式表示：

式中：

P-煤層瓦斯壓力，MPa；

H-煤層底板標(biāo)高，m。

可見，雙柳煤礦4（3+4）號煤層瓦斯壓力梯度為1.69 MPa/hm。

2.2 煤的工業(yè)分析及吸附常數(shù)測定

4（3+4）號煤層工業(yè)分析及吸附常數(shù)測定結(jié)果如表3所示。

表3 工業(yè)分析及瓦斯吸附參數(shù)試驗(yàn)測定結(jié)果

2.3 煤層瓦斯含量分布規(guī)律

將煤的工業(yè)分析參數(shù)及吸附常數(shù)等指標(biāo)的平均值帶入瓦斯含量計算公式，便可獲得煤層的瓦斯含量，具體計算公式如下：

通過計算得瓦斯壓力與含量結(jié)果如表4所示。

表4 瓦斯壓力與含量

根據(jù)推算的瓦斯含量，標(biāo)高+385.1 m處得到最大瓦斯含量為12.35 m3/t。

3 雙柳煤礦4（3+4）號煤層突出危險性分析

3.1 煤層透氣性系數(shù)

雙柳煤礦4煤層透氣性系數(shù)在0.1032～3.38 m2/MPa2?d之間，該煤層屬于可以抽采煤層。煤層透氣性雖高于淮南、淮北等地區(qū)，但在煤層未卸壓之前進(jìn)行抽采仍偏小，不利于本煤層瓦斯抽采，需要通過小間距的鉆孔或是增透技術(shù)來提高煤層瓦斯抽采效果。

3.2 煤層突出危險性分析

根據(jù)中國礦業(yè)大學(xué)給出的突出危險性鑒定結(jié)果，4（3+4）號煤層在標(biāo)高+430 m以淺區(qū)域無突出危險性，目前礦井的開拓開采區(qū)域已進(jìn)入+430 m以深，最深已達(dá)+370 m。根據(jù)現(xiàn)場考察，雙柳煤礦4（3+4）號煤層各單項(xiàng)指標(biāo)中，煤樣的破壞類型為Ⅱ類，構(gòu)造帶破壞類型為Ⅲ-Ⅳ類，部分區(qū)域存在軟分層；測定的標(biāo)高+430 m以深區(qū)域煤層的瓦斯壓力最大值為2.4 MPa；煤樣的堅固性系數(shù)最小值為0.36；煤樣的瓦斯放散初速度最大值為12.9 mmHg。因此，從測定的4項(xiàng)單項(xiàng)指標(biāo)來看，4（3+4）號煤層具有煤與瓦斯突出危險性。

表5 煤層透氣性系數(shù)

4 結(jié)語

本文對雙柳煤礦煤層瓦斯賦存規(guī)律進(jìn)行了研究，掌握了4（3+4）號煤層的瓦斯含量分布規(guī)律和煤層瓦斯壓力分布規(guī)律，即煤層瓦斯含量、瓦斯壓力隨開采深度增加而增大。對煤與瓦斯突出危險性4項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了分析，得出了4（3+4）煤層具有煤與瓦斯突出危險性的結(jié)論，對指導(dǎo)煤礦做好防突工作具有重要意義。