劉慧志

(1.山西省煤炭工業(yè)廳 煤炭資源地質(zhì)局， 山西 太原 030045；2.山西省煤炭工業(yè)廳 綜合測(cè)試中心， 山西 太原 030045)

瓦斯主要賦存于煤體的孔隙中，以游離態(tài)和吸附態(tài)兩種形式存在，吸附態(tài)瓦斯占到75% 以上，當(dāng)煤層的壓力降低，吸附態(tài)瓦斯轉(zhuǎn)化為游離態(tài)瓦斯，快速向采掘作業(yè)巷道釋放[1]. 瓦斯的突然釋放造成工作面瓦斯超限事故，制約煤礦的安全生產(chǎn)。

碾焉煤礦8101工作面在初次來壓之后瓦斯突然異常增大，為此，本文在對(duì)煤層瓦斯含量實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上對(duì)頂板石灰?guī)r瓦斯異常涌出進(jìn)行分析，并采取有效的瓦斯防治措施以確保礦井安全生產(chǎn)。

1 概 況

1.1 礦井基本情況

碾焉煤礦位于山西省柳林縣城北直距19 km處王家溝鄉(xiāng)碾焉村，該礦于2010年12月22日開始基建，2015年3月1日進(jìn)入聯(lián)合試運(yùn)轉(zhuǎn)，2015年8月7日至8日進(jìn)行了竣工驗(yàn)收，井田面積為5.101 7 km2，礦井生產(chǎn)能力90萬(wàn)t/年，現(xiàn)為生產(chǎn)礦井，開采8號(hào)煤層，開采標(biāo)高由+880 m至+480 m，礦井通風(fēng)方式為中央并列式，通風(fēng)方法為機(jī)械抽出式。礦井通風(fēng)系統(tǒng)為兩進(jìn)一回，即主斜井和副立井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)立井回風(fēng)。2020年之前開采4號(hào)煤層，瓦斯涌出一直較低，為低瓦斯礦井，之后延深到8號(hào)煤層，8101工作面回采一段時(shí)間后瓦斯突然異常增大，升級(jí)為高瓦斯礦井。其西北部相鄰的西坡礦井為高瓦斯礦井，東部、南部、西南部、東北側(cè)的相鄰礦井均為低瓦斯礦井；本井田走向北東、傾向北西的單斜，地層傾角較平緩，在2°～8°，在單斜基礎(chǔ)上，井田東南部發(fā)育2條褶曲，褶曲起伏不大，井田內(nèi)目前發(fā)現(xiàn)11條斷層，揭露的斷層落差小于5 m，無(wú)巖漿活動(dòng)，該礦地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度類型為簡(jiǎn)單類型。井田內(nèi)8號(hào)煤層位于太原組中下部，煤層厚度2.00～3.10 m，平均2.65 m，含0～2層夾矸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單～較簡(jiǎn)單，其頂板為石灰?guī)r，底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖，為穩(wěn)定的全區(qū)可采煤層，煤種為焦煤。

1.2 8101工作面基本情況

8101工作面位于整個(gè)井田的西北部邊界，采用綜合機(jī)械化一次采全高采煤工藝，后退式回采，全部垮落法管理頂板。工作面長(zhǎng)度為150 m，工作面回采率為95%，煤容重1.39 t/m3，8號(hào)煤層埋藏深度在150～330 m；8101工作面西部為井田邊界；東部為8102膠帶順槽掘進(jìn)，8101回采工作面初采時(shí)絕對(duì)瓦斯涌出量為1.00 m3/min；8101回采面初次來壓之后瓦斯突然異常增大，絕對(duì)瓦斯涌出量最大達(dá)到43.00 m3/min. 8101工作面布置圖見圖1.

圖1 8101巷道位置圖

2 瓦斯異常涌出分析

2.1 瓦斯來源分析研究

瓦斯主要以游離態(tài)瓦斯和吸附態(tài)瓦斯存在，煤層對(duì)瓦斯有很強(qiáng)的吸附性，巖石對(duì)瓦斯基本無(wú)吸附作用，但瓦斯可以以游離態(tài)存在于煤巖裂隙、孔隙中。在原巖應(yīng)力狀態(tài)下，煤層自生成以來一直處于吸附、解吸的平衡狀態(tài)，在頂板巖層與煤層間出現(xiàn)裂隙，煤體的應(yīng)力釋放和膨脹變形導(dǎo)致煤層中的瓦斯向頂板巖層和煤層的裂隙中積聚[2]. 且?guī)r層內(nèi)含有的水能夠溶解大量瓦斯。在采掘活動(dòng)作用下， 隨著煤層的回采，應(yīng)力發(fā)生變化，頂板垮落產(chǎn)生的裂隙通道造成游離瓦斯快速釋放到工作面巷道或工作面采空區(qū)內(nèi)造成回采面瓦斯異常增大。

2.2 瓦斯涌出突然增大原因

8101回采工作面西北部的西坡煤礦為高瓦斯礦井，井田西部已經(jīng)采空，東部為8102膠帶順槽掘進(jìn)，收集分析了8101工作面巷道掘進(jìn)期間和8102膠帶順槽掘進(jìn)時(shí)期瓦斯涌出資料，瓦斯均較小沒有瓦斯異常涌出情況。8101回采工作面底板標(biāo)高在510～550 m，埋深變化不大，在300～330 m，實(shí)測(cè)8101、8102工作面瓦斯含量為3.00～4.00 m3/t，計(jì)算工作面最大絕對(duì)瓦斯涌出量為4.37 m3/min. 因此，本煤層瓦斯涌出不是造成瓦斯涌出量增大的原因。

根據(jù)調(diào)查，瓦斯涌出主要來源于采空區(qū)，煤層瓦斯含量不大，考慮是上下鄰近層瓦斯的涌出。上鄰近層只有4號(hào)煤層可采，4號(hào)煤層一直是低瓦斯礦井，瓦斯涌出較小，瓦斯涌出突然增加到43.00 m3/min，斷定回采面采空區(qū)頂板自然垮落形成裂隙，導(dǎo)致大量游離瓦斯的涌出，造成工作面瓦斯涌出突然驟增的現(xiàn)象。

根據(jù)煤礦地質(zhì)資料，8號(hào)煤層位于石炭系上統(tǒng)太原組(C3t)，為本區(qū)主要含煤地層之一，巖性主要為黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖、中粗粒砂巖、灰色石灰?guī)r及煤層。8號(hào)煤層頂板為致密的灰?guī)r，灰?guī)r上方為砂質(zhì)泥巖，屬于致密、透氣性差的巖層，不利于瓦斯的釋放。8101回采面初次來壓之后頂板自然垮落形成裂隙，造成石灰?guī)r內(nèi)的游離瓦斯隨著裂隙進(jìn)入回采面巷道內(nèi)和回采面采空區(qū)內(nèi)。

3 頂板石灰?guī)r內(nèi)瓦斯涌出的治理

在8101工作面回風(fēng)巷內(nèi)布置抽采鉆場(chǎng)，在每個(gè)抽采鉆場(chǎng)內(nèi)布置4個(gè)高位抽采鉆孔，鉆孔打至8號(hào)煤層上部的灰?guī)r頂板終孔。經(jīng)連接抽放管抽采，8101抽放管的抽放量維持在35.00 m3/min以上，回采面回風(fēng)巷內(nèi)的瓦斯在3.00 m3/min以下，抽采前后瓦斯涌出量對(duì)比見圖2. 采用頂板走向鉆孔進(jìn)行工作面回采期間的瓦斯抽采，能夠有效地治理8101工作面回采期間頂板石灰?guī)r裂隙中的瓦斯涌出。

圖2 抽采前后瓦斯涌出量對(duì)比圖

4 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)于煤層瓦斯含量較小，頂板瓦斯涌出量特別大的情況，認(rèn)為頂板石灰?guī)r內(nèi)具有大量游離瓦斯包，回采面頂板垮落形成的大量裂隙，為瓦斯流向回采面提供了通道。分析8101回采面瓦斯突變涌出的原因，為碾焉煤礦今后對(duì)頂板石灰?guī)r瓦斯涌出提供了瓦斯治理的依據(jù)。

應(yīng)用頂板高位走向鉆孔抽采回采工作面頂板灰?guī)r裂隙瓦斯，降低了巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛群屯咚褂砍隽?；且抽采量連續(xù)、抽采時(shí)間長(zhǎng)、抽采效率高，解決了瓦斯涌出量大帶來的安全隱患。