煤礦煤層瓦斯賦存規律及防突技術研究

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（河南省新鄭煤電有限責任公司 河南 451184）

針對瓦斯地質研究之后發現，煤層瓦斯分層并不是均衡存在的，其分布規律會受控于地質因素。某煤礦瓦斯使得礦井安全受到了嚴重的威脅，所以主動積極的探究了礦井地質規律，收集資料和實際測試之后，對3號煤層瓦斯賦存規律探究前提下，將其中的通風系統進行完善，并構建了更加可靠的監測監控系統，使得瓦斯綜合防治措施更加系統，礦井安全生產得到了更高的保障。

1.礦井地質構造分析

某煤田的位置處于新華夏系第三隆起帶中間位置的北部區域。該井田在大同煤田的東北區域，煤田主向斜軸的西側，與東部地區的NW向的青磁窯逆掩斷層有較近的距離，總體地層走向屬于NW向，傾角為2°～9°。井田的斷裂構造較為發育，整個井田一共有178條控制斷層，有35條斷層斷距超過了5m，145條斷層斷距位1m-5m，有52條以NE向斷裂最為發育，占據總數量的29.2%。其中，多發育壓扭性斷裂，斷面存在較為顯著的擦痕，破壞帶不發育，斷層的分布狀況為條狀[1]。有67條NW向斷裂，占據總數量的37.6%，性質大部分屬于扭性斷裂，具體走向為N36°～41°W，主斷層趨向于一條直線。有17條SN向斷裂，占據總數量的9.55%，一般為孤立狀態，無較大破壞性，對生產沒有較大影響。有9條逆斷層，占據總數量的5.05%。有3條井田內明顯近EW向斷層，占據總數量的1.68%，有較長的延展，只有較小的斷距[2]。

2.煤層瓦斯參數以及礦井瓦斯等級

在探究過程中，針對2014年-2018年的礦瓦斯等級鑒定結果，瓦斯相對涌出量范圍大概在3.561～4.84m3/t，CO2相對涌出量范圍大概在8.32～11.55m3/t，瓦斯絕對涌出量范圍大概在34.01～48.34m3/t，CO2絕對涌出量范圍大概在74.56～108.36m3/t，礦井瓦斯等級檢定的最終批復結果都為高瓦斯礦井。近幾年瓦斯等級鑒定情況，如表1所示，瓦斯采樣實測含量，如表2所示。在對成分氣體占比進行分析之后發現甲烷為0～28.14%，氮氣為71.32%～99.79%，甲烷成分沒有超過79%，瓦斯分帶為氮氣帶和氮氣-甲烷帶[3]。

表1 煤礦近年瓦斯等級鑒定統計表

表2 煤層瓦斯采樣實測含量統計表

3.礦井瓦斯賦存規律

(1)構造對煤層瓦斯產生的影響

井田的位置在煤田的東北區域，煤田主向斜軸當中的西翼，與東部區域的青磁逆掩斷層有較近的距離[4]。該井田褶曲較發育，有10個比較大的褶曲及穹隆構造，軸向大部分為NE及NW向，在向斜區以及頂部屬于壓性閉合，是儲氣構造，所以在實施掘進過程中，會有大量瓦斯涌出。在背斜翼部屬于張性的開放性裂隙，如果煤層沒有較大的埋深，并不易于瓦斯集聚。

(2)陷落柱對煤層瓦斯產生的影響

生產過程中，揭露大小陷落柱有42個，有多種形狀，如橢圓、圓形等，陷落高度大小有很大差異性，有些在地表陷入、有些在煤層底板下陷入，陷落柱四周有很多發育小型環狀斷裂。陷落柱，針對煤層瓦斯賦存有較大的影響，陷落柱的發育裂隙溝通強含水層，會在開采煤礦時，使加水流量有所增加，進而將瓦斯排放能力提升。在地表下隱伏的陷落柱，有理想的瓦斯保存條件，容易積聚瓦斯[5]。

(3)斷層對煤層瓦斯產生的影響

井田內部有較多的斷層，有177條鉆孔及生產揭露控制斷層，最大的斷層落差，F1有62m，F2為35m，F3為22m，剩余斷層落差并沒有超過16m。壓性斷層面屬于封閉性斷層，斷層面四周成為構造應力集中帶，對于瓦斯的吸附量會有所增加，并不容易發生運移散放。在張性斷層面四周，因為釋放出來的構造應力，所以為低壓區。此外，由于解吸產生的作用，會降低煤層瓦斯含量[6]。開放性斷層較大的區域，屬于散放的煤層瓦斯通道，對瓦斯賦存會有較大影響。但是，該井田斷層斷距，并沒有較大的距離，斷層只有較短的延展長度，對煤層瓦斯散放不會產生較大作用。

4.瓦斯綜合防突技術

(1)優化礦井的通風形式

該礦的回采工作面，對全負壓通風進行了應用，六巷布置，三進三回。在8612回采工作面當中，之前應用的通風形式為“U+L”型通風，具體來說便是在“U”型通風的回風側，對排瓦斯尾巷增加，對于采空區漏風流場的改變，起到了較大的作用，可使瓦斯經過聯絡巷一直排放到巷尾[7]。在回采后期，尤于增大了瓦斯涌出量，采用傳統的“U+L”型通風方法，起到的效果比較小，所以可改用“Y”型通風方式，會使工作面回風全部離開工作面，流動到采空區方向，有益于工作面通風線路得到改變，也改變了采空區瓦斯運移線路，實現的瓦斯排放目標非常理想。

(2)綜合瓦斯抽采措施

在對礦煤層瓦斯賦存、巷道布置、抽采瓦斯等相關因素綜合考量之后，應用地面結合井下抽采的形式，在采掘之前應用預抽采與邊抽邊采等綜合瓦斯抽采的形式。礦井抽采的形式，主要有本煤層長鉆孔預抽、采空區抽采等綜合瓦斯抽采。井下抽采的形式為立體交叉抽采方式[8]。井下采用的抽采形式為深孔定向千米鉆機施工的長孔預抽。在地面，對Ф150mm的多分支水平羽狀抽采井設置了6個，單井瓦斯抽采量，最高可以提升到20000m3/d，通過多分支水平羽狀井結合井下千米鉆機，依照煤層鉆孔立體交叉抽采，構成了全新的模式。

(3)構建可靠的瓦斯突出預警措施

針對掘進工作的開展，可將人工檢查結合甲烷傳感器監測的形式，對巷道內部的瓦斯情況實施監測。在掘進工作面，要對《煤礦安全規程》當中提出的監測監控系統安裝規范嚴格遵守，瓦斯傳感器的安裝在工作面、回風流、巷道中部及機電硐室上風側5m的范圍當中。巷道工作面以及回風瓦斯傳感器的報警數值，要超過0.8%，機電硐室前設置的報警器，要超過0.5%。在掘進巷道瓦斯濃度如果超過了報警值，內部設置的瓦斯傳感器，便會有相應的聲光報警信號發出。此外，監控中心站會第一時間接受到報警提示，及時應用相應的措施處理問題。

如果井下掘進工作面有瓦斯超限事故發生，應急指揮中心會對應急響應第一時間開啟，即刻召集相關人員，對瓦斯可能存在的超限原因加以分析：①局部通風機，在沒有計劃的情況下停電以及停風。②工作面風筒有漏風情況，或者有破口產生，以至于工作面巷內沒有足夠的風量。③掘進巷當中，有瓦斯在局部區域異常涌出[9]。④局部區域瓦斯積聚非常容易。此外，施工單位的管理人員，工作人員等需要配合指揮中心的工作，指揮中心會依照瓦斯超限的具體原因，進而利用相應的措施進行處理。指揮中心結合現場狀況，會向機電部門、電氣部門等發出通知，之后由專業人員到現場解決問題。

5.結語

總之，本次研究從地質構造、陷落柱、斷層等層面，充分探究了煤礦的瓦斯賦存情況，借助線性回歸方法，預測了煤層瓦斯含量。并對通風方式和立體交叉瓦斯抽采措施進行優化，使瓦斯濃度有所降低，回風流瓦斯濃度達到了0.35%，且比較穩定，與工作面瓦斯零超限要求相符合，進而對井下煤礦生產安全給予了更高的保障。