梨树煤矿矿井瓦斯涌出规律及防治技术

庞贵智  李存清   庞冲   刘佳  武建山

（鸡西矿业集团梨树煤矿  黑龙江  鸡西  158100）

摘要： 研究了矿井地质特征，由于地质条件的变化，致使矿井瓦斯涌出不均衡。根据矿井瓦斯涌出规律，采用了如下防治措施：合理的分配风量；瓦斯高抽巷、仰角钻孔、现采煤层打钻孔、边掘边抽放煤层瓦斯；煤层注水。经过对矿井瓦斯进行综合治理，取得了良好的效果，同时，也为今后矿井开采的瓦斯防治积累了经验。

关键词： 瓦斯涌出   边掘边抽   高抽巷  综合防治

1.  概况

梨树煤矿开采有88年的历史。 位于鸡西市以南４８ｋｍ，梨树区凤山村境内，2002年开始改扩建，2006年正式投产。 矿井分别在标高+110m和—280m两个水平开采。一水平的可采煤层为3^#层，二水平的可采煤层为14^#层。矿井设计生产能力900kt/a 。矿井总入风量9847m³/min,总回风量10200m³/min，绝对瓦斯涌出量为63.74m³/min,相对瓦斯涌出量为37.9m³/t二水平,14^#煤层瓦斯赋存量较高，绝对瓦斯涌出量为59.79m³/min,占全矿井绝对瓦斯涌出量的90%以上，属于高瓦斯矿井。全矿井建有3处瓦斯抽放站。其中, 地面一处集中抽放瓦斯泵站，井下一水平和二水平各建1处移动抽放瓦斯泵站。总装机功率 1050kw,其中地面集中泵站 500kw，一水平 150kw，二水平 400kw。梨树煤矿开采的煤层有3^#和14^#煤层，3^#煤层属穆棱含煤组，为气煤，厚度为1.6~1.8m,  14^#煤层属城子河含煤组，为主焦煤，厚度为2.8~3.0m，两个煤层倾角10~14度。地质构造复杂，开采期间大小断层、褶曲、向背斜多见。全矿有2个综采队，2个综掘队，8个炮掘队。

2. 矿井瓦斯涌出防治措施

2.1.  地质构造对3^#煤层瓦斯涌出的影响

一水平北翼采区和南翼采区开采3^#层煤层，但由于地质构条件的不同，两个采区采煤工作面的瓦斯涌出量差距较大。 北翼首采工作面开采期间，采用了井下移动泵站和上巷仰角钻孔抽放的方法治理瓦斯涌出，工作面分配风量1100m³/min,回风瓦斯浓度0.4%，工作面瓦斯浓度0.3%，上隅角瓦斯浓度1.3%，风排绝对瓦斯涌出量4.4m³/min，局部抽放绝对瓦斯量达2.3m³/min,工作面总绝对瓦斯涌出量6.7m³/min。南翼首采工作面回采期间，没有采取煤层瓦斯抽放措施，分配风量1100m³/min,回风瓦斯浓度0.1%，上隅角瓦斯浓度0.3%，工作面总绝对瓦斯涌出量1.1m³/min。在同一个水平，同一个煤层的两个采区中，回采工作面瓦斯涌出量相差6倍多。其原因是：一、顶板岩性差异，北翼煤层顶板是比较完整的细砂岩，南翼煤层顶板是砂岩和页岩。北翼开采20m时顶板来初压，而且来初压期间瓦斯涌出量明显增大。而南翼开采时初压不明显，随着开采顶板不断冒落，瓦斯涌出也没有明显的变化。二、断层的影响，南翼大多是张裂性断层，而且与地表联通，大部分瓦斯已经运移到地面释放。北翼是封闭性断层，瓦斯不易运移，开采煤层和其下4^#、5^#、6^#不可煤层瓦斯都得不到释放。三、煤层结构受地质构造破坏程度不同，北翼采区3#煤层层理结构清晰，比较致密而坚硬，其结构显然未受到破坏。南翼采区3^#煤层层理紊乱，质地松软，其结构显然受到了严重破坏。结构未受到破坏的煤层其所含瓦斯就不易被释放，而结构受到严重破坏的煤层其所含瓦斯就很容易被释放。

2. 2.  地质构造对14#煤层瓦斯涌出的影响

14^#煤层为主焦煤，其中间夹有0.3~0.5m页岩和糜棱煤，直接顶板为15m的中、细砂岩，其上15m的间接顶中、细砂岩夹有2层0.2m煤层和5层0.15~0.2m的炭质泥岩，底板为泥岩和粉、细砂岩。在开采14号煤层的过程中遇到落差0.3-10m的断层21条，其中3条逆断层，其余是正断层。在断层附近瓦斯涌出量明显增大，逆断层更为明显。煤层的透气性极差，经过测定为0.002~0.01mdc,孔隙度为1.40~2.24%。根据采掘工作面瓦斯涌出的实际情况，进行了综合治理。

2. 3. 掘进巷道的瓦斯治理措施及效果

在施工14^#煤层左二采煤工作面下巷时，由于受DF6断层和巷道中部5条小断层（落差0.4~2.5m）的影响，巷道绝对瓦斯涌出量最高达３.51m³/min。工作面设计风量190m³/min,实际风量320m³/min。对此，采取对14号煤层瓦斯预抽放方法降低瓦斯的涌出量。具体施工方法是：巷道两帮迈步式的施工钻场35个，每隔15米一个，钻场规格2.5mＸ1.5mＸ3.0m。每个钻场打6个钻孔，与施工巷道的夹角7~13度，纵向布置，钻孔开孔位置自顶板向下1.2米，钻孔间距0.5米，孔深30米。孔径76mm。该巷道经抽放后，工作面和回风瓦斯控制在0.5~0.8%，使该巷道顺利、安全的完成了施工。

     在施工14^#煤层左四顺槽期间，瓦斯涌出量上升较快。巷道施工长度达到80m时，绝对瓦斯涌出量达到3.24m³/min，大巷回风瓦斯经常处在0.8~1%之间。通过更换上18.5kw×2换成30kw×2对旋风机，工作面风量由330m³/min增加到510m³/min，但是回风流中瓦斯超限问题仍未能解决。尤其综掘机割煤期间瓦斯监测仪经常出现报警。为解决瓦斯超限，消除安全隐患，采取了边掘边抽的措施：

（1）利用小班换班时的间隙，打14号煤层瓦斯释放孔。孔深15m，直径760mm，钻孔分为三层，每层三个，每次共打9个，呈扇形排列，孔内瓦斯浓度为30—98%，巷道回风中瓦斯浓度在打钻孔时可增长0.1%。

（2）巷道两帮施工钻场规格2m×2m,两帮钻场采用迈步式，迈步间距15m。钻场内沿14号煤层呈扇形布置钻孔8个，钻孔的位置布置在煤层的中部，垂直煤壁进行打钻孔，钻孔深度25—30m,孔径760mm，终孔点距施工巷道直线距离2~8m，最初抽放时孔内瓦斯浓度可达到30~83%,随着巷道的延伸和抽放时间的延长，孔内的瓦斯浓度逐渐的衰减，当孔内瓦斯浓度小于3%时，将该钻孔关闭。

(3)经采取上述抽放措施后，工作面割煤时，回风瓦斯浓度仍下降不明显，接近超限状态。为此，采取进一步加大抽放力度的措施，缩短钻场间距，由原迈步间距15m，缩短到每15m巷道两帮各施工一个钻场，钻孔数不变（见图1）。

（4）降低机械割煤深度，由0.6m降到0.5m。

(5)加大割煤时喷雾洒水水量，进行降尘和降温。

实施上述措施后，工作面风流和回风风流瓦斯浓度下降至0.5~ 0.9%。

图1   14号煤层巷道瓦斯抽放钻孔布置示意图

2. 4. 采煤工作面瓦斯治理措施及效果

14^#煤层左一回采工作面走向长度530m，工作面长度150m。14^#煤层为主焦煤，厚度为2.8~3.0m。工作面的绝对瓦斯涌出量最高达27.88m³/min。                                          面   工作面采取的治理瓦斯的措施：

（1）工作面配备足够的风量，最高风量达1040m³/min。

（2）采用顶板瓦斯高抽巷。在工作面顶板以上２７ｍ的位置沿煤层走向施工一条抽放瓦斯专用巷道，在工作面开采顶板来压后，顶板裂隙带与抽放瓦斯巷道相连通时，工作面、采空区以及邻近层的部分瓦斯涌入抽放瓦斯巷道内，通过地面集中抽放泵站将瓦斯抽出。高抽巷位置的选择采用经验数据，即：煤层厚度的8~10倍。14^#煤层的厚度为3m，从煤层顶板以上高度选择9倍即27m。

（3）仰角钻孔抽采。工作面上巷每35m一个钻场，每个钻场10个钻孔，钻孔直径91mm，钻孔深度70m。

(4) 上隅角采用尾排巷处理瓦斯，解决了上隅角瓦斯超限的问题。

（5）顶板瓦斯高抽巷抽采和仰角钻孔抽采的抽采量达21.47 m³/min，占工作面总绝对涌出量的77%。

（6）工作面上下巷采用煤层钻孔高压注水。

经以上瓦斯治理措施，风排瓦斯量 5.16~7.48m³/min, 占工作面总量的23%。工作面和回风瓦斯浓度控制在0.4~0.8%。

.回采14号煤层左二采面期间（该工作面走向长度400米，工作面长度120米，采高2.8米），工作面配风量1024m³/min，绝对瓦斯涌出量最高达到35.8m³/min。根据14^#煤层左一工作面的经验，采取了上述同样的综合治理瓦斯的措施，也收到了良好的效果。瓦斯抽采量达到27.24 m³/min ，占工作面瓦斯总量的76.1%。风排瓦斯量 8.56m³/min，占工作面瓦斯总量的24%。工作面割煤时回风瓦斯浓度控制在0.9%以下。

3.  结论

（1）14^#煤层埋藏较深，是导致瓦斯在煤体中难以释放的主要因素。煤层的透气性差也是煤层瓦斯难以释放另一因素，即使煤层被揭露出来，大部分瓦斯仍然处于吸附状态，只有在煤层被爆破、割煤、打钻孔等使煤体松动和落煤时，煤层瓦斯才被释放出来，使施工巷道和采煤工作面瓦斯涌出量迅速增大并超限的原因。

（ 2）根据14^#煤层瓦斯涌出规律，采取打钻孔提前对煤瓦斯进行抽放、降低割煤速度和割煤深度、加大风量等措施控制瓦斯超限。

（ 3）掘进巷道接近煤田边界、断层、褶曲、向背斜轴部时，瓦斯涌出量有显著增大的现象，因此，在上述情况下，更要采取加强对煤层瓦斯预抽放和高压注水等防治措施。其中，顶板高抽巷是防治采煤工作面瓦斯最主要、最有效的措施。

参考文献：

张子敏《瓦斯地质规律与瓦斯预测》煤炭工业出版社 2005.12

张子戌、张子敏、王兆丰《瓦斯地质与瓦斯防治进展》煤炭工业出版社 2007.8.

作者简介：

庞贵智：  1952年12月出生、男、籍贯：山东临沂市、职务：鸡西矿业集团梨树煤矿通风安全副总工程师、高级工程师、1981年毕业于黑龙江矿业学院、研究方向：煤矿矿井通风与瓦斯煤尘防治技术。  

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