特殊條件下煤層開采瓦斯影響分析研究

衛(wèi)德俊 白子良

摘要：通過對特殊條件下煤層開采瓦斯影響分析研究，認真分析瓦斯來源，找出對工作面及上隅角瓦斯的影響，根據(jù)瓦斯來源及現(xiàn)場實際，采取切實可行且有針對性的措施，以達到有效控制瓦斯涌出的目的。

關(guān)鍵詞：特殊條件 瓦斯來源 針對性

0 引言

在煤層開采過程中，經(jīng)常會遇到一些瓦斯異常帶，在這些異常帶（特別是高瓦斯帶）進行采掘作業(yè)時，推進速度不但緩慢，而且極易造成瓦斯突出或瓦斯爆炸事故。對不同的異常帶采用不同的瓦斯治理措施，可以做到有的放矢，以取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 井田概況

平頂山天安煤業(yè)股份有限公司六礦（以下簡稱平煤股份六礦）位于河南省平頂山市中心西北約8km處，是中平能化集團大型骨干礦井之一，屬平頂山煤田。平煤股份六礦井田位于李口向斜的西南翼，為一緩傾斜單斜構(gòu)造。地層走向，在井田中部為125°，向北漸轉(zhuǎn)為105°，井田東部和西部約為85～100°。地層傾向以0～30°為主。地層傾角一般為10～15°，深部較緩，為6～8°；西南邊界附近，由于地層褶曲，傾角變化較大。井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡單，斷層和褶皺均不發(fā)育。礦井自1970投產(chǎn)以來到2004年，一直為低瓦斯礦井，2005年以后丁組煤層被鑒定為突出煤層，礦井被鑒定為突出礦井。

2 異常帶分析與研究

2.1 采面概況

戊0-22140采面位于戊二下山采區(qū)中部，煤層呈緩傾斜單斜構(gòu)造，煤層傾角8-25°，走向向西平均2°上坡，走向長度為2430m，傾斜長度為180m，煤層厚度較為穩(wěn)定，工作面標(biāo)高為-447m-540m，地面標(biāo)高為320～350m，東部是戊二上山保護煤柱；西部為鍋底山斷層邊界深部淺部均為未采動煤體。2011年3月份形成備采面，4月份正式生產(chǎn)，上部為戊8-22140工作面未采動煤體，2012年1月份進入戊8-22140工作面采空區(qū)。

2.2 瓦斯來源分析

卸壓膨脹陡變帶指的是垂直裂隙至底板水平離層之間的區(qū)域，沿煤壁下方的壓剪裂隙至采空區(qū)的宏觀裂縫形成區(qū)域，在高瓦斯壓力梯度下，此處也是瓦斯突出危險區(qū)：卸壓膨脹平穩(wěn)帶指的是底板底鼓水平裂隙區(qū)，對應(yīng)的是底板變形破壞帶中的拉張破壞區(qū)域。

在戊0-22140工作面開采初期，瓦斯壓力梯度較大，煤壁應(yīng)力沒有釋放，其透氣性有一定的降低，對應(yīng)的瓦斯流量也較小，而隨著工作面的回采，后面的采空區(qū)內(nèi)頂、底板應(yīng)力釋放，彈性潛能得到釋放，出現(xiàn)底臌和拉張裂隙，透氣系數(shù)得到提高，瓦斯壓力降低迅速，對應(yīng)的瓦斯流量也較大，即“卸壓增流效應(yīng)”。當(dāng)戊0-22140工作面回采60-

70m之后，膨脹區(qū)與壓縮區(qū)交界處，透氣性大大提高，其高瓦斯壓力梯度迅速形成，煤壁下方的剪切通道開始形成，該處的瓦斯壓力迅速下降，同時滲流速度和瓦斯流量也迅速升高，易形成瓦斯異常及突變。

與此同時，戊0-22140采面的回采，使上地層（戊8-22140采面未采動煤體）產(chǎn)生強烈地拉張破壞，上覆煤巖層垮落、破裂、下沉彎曲使得煤巖層的大量裂隙張開，同時產(chǎn)生大量新的裂隙，地應(yīng)力大范圍的有效釋放，煤層透氣性系數(shù)成百甚至上千倍以上的增加，瓦斯壓力會急劇下降，大量的瓦斯被解吸，解吸的瓦斯將通過這些裂隙泄入到戊0-22140采煤工作面，使采面瓦斯急劇上升（見圖1）。

2011年11月份和2011年12月份，戊0-22140工作面在進入上部戊8-22140采空區(qū)之前，工作面瓦斯變化異常，波動較大，最大值達到0.84%，而當(dāng)戊0-22140工作面在2012年1月份進入上部戊8-22140采空區(qū)之后瓦斯開始減小，盡管還有波動，但并沒達到警戒值。當(dāng)采面進入2012年2月份下旬之后，瓦斯開始趨于平穩(wěn)，瓦斯?jié)舛纫脖３衷?.35%以下，處于可控狀態(tài)。

在戊0-22140工作面進入上部戊8-22140采空區(qū)后，瓦斯開始逐漸減小，瓦斯?jié)舛纫仓饾u降低。主要表現(xiàn)在上部煤體由于自重應(yīng)力和彈性變形能的降低，采空區(qū)底板一定范圍的巖層內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力降低區(qū)。而工作面四周一定范圍的煤柱內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力集中區(qū)，采空區(qū)下部一定范圍內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力降低區(qū)是上保護層開采技術(shù)應(yīng)用的理論基礎(chǔ)?，F(xiàn)把戊8-22140采面看做是戊0-22140采面的上保護層。

戊8-22140采面開采過程中，下被保護層（戊0-22140采面）透氣性系數(shù)的時空演化規(guī)律為：初始值小幅下降、大幅增加、穩(wěn)定后期下降，穩(wěn)定后的透氣性系數(shù)為原始煤層透氣性系數(shù)的數(shù)百倍或上千倍，不同的煤層地質(zhì)條件，透氣性系數(shù)增加的倍數(shù)不同。

沿走向頂?shù)装鍘r層分為應(yīng)力集中區(qū)、應(yīng)力降低區(qū)和應(yīng)力恢復(fù)區(qū)。在應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)，煤層瓦斯具備了卸壓增透增流條件，由于巖層移動滯后的影響，從抽采卸壓瓦斯的角度分為初始卸壓增透增流帶、卸壓充分高透高流帶。隨著采空區(qū)的逐漸壓實。戊0-22140采面卸壓瓦斯進入地壓恢復(fù)減透減流帶，該帶內(nèi)的瓦斯透氣性仍比原始煤體要高。隨著工作面不斷向前推進，應(yīng)力集中區(qū)、應(yīng)力降低區(qū)和應(yīng)力恢復(fù)區(qū)三區(qū)也隨之向前移。使得戊0-22140采面瓦斯得到提前釋放，所以在回采到上部戊8-22140采空區(qū)時，瓦斯?jié)舛冉档汀?/p>

3 瓦斯治理綜合措施

3.1 上隅角的管理

戊0-22140采面在回采期間，大頂未垮落前不執(zhí)行上封下堵措施。大頂跨落以后，根據(jù)上隅角切頂線以里瓦斯?jié)舛龋侠硎褂脫躏L(fēng)簾、導(dǎo)風(fēng)簾及黃泥墻，具體如下：

①上隅角切頂線以里瓦斯?jié)舛鹊陀?%及采煤工作面瓦斯?jié)舛日o瓦斯積聚時，上隅角不施工黃泥墻，下隅角不使用擋風(fēng)簾，自然稀釋上隅角瓦斯。

②上隅角擋風(fēng)簾長度不低于10米并接地貼幫貼頂，末端拐入支架間，導(dǎo)風(fēng)簾要接地貼頂加以固定，采煤機過機尾時要保持導(dǎo)風(fēng)簾完整性。

③下隅角擋風(fēng)簾長度不小于20米，要求接地接幫接頂。下隅角擋風(fēng)簾必須向機巷拐2米。

④上、下隅角施工黃泥墻（用不燃性材料構(gòu)筑），用黃泥抹面確保不漏氣，黃泥墻必須接幫接頂并與支架接觸嚴(yán)實。

3.2 上隅角插管抽采技術(shù)

當(dāng)戊0-22140采煤工作面上隅角切頂線以里瓦斯?jié)舛雀哂?%時，為解決這一問題，在上隅角局部超限點設(shè)置插管，與抽放管路連接把瓦斯抽出（見圖2）。插管采用2分鋼管加工而成，長度2m，末端500mm加工成花管，中間采用Φ19mm鋼編管與抽放管路多通連接進行抽放，在上隅角局部瓦斯較大地點，插管通過上隅角封堵編制袋捕采空區(qū)把瓦斯抽出（花管段全部插人采空區(qū)，以防捕管抽空氣影響抽放效果）。

在采取一系列措施之后，戊0-22140工作面瓦斯得到一定的控制，盡管還有些波動，但變化不是很大，且最大值為0.46%，比未采取措施之前，瓦斯?jié)舛却蟠鬁p小。

4 總結(jié)

①在煤層采掘過程中，經(jīng)常會遇到一些瓦斯異常帶，在這些異常帶（特別是高瓦斯帶）進行采掘作業(yè)時，推進速度不但緩慢，而且極易造成瓦斯超限。

②在瓦斯異常帶進行開采過程中，對工作面瓦斯治理，要認真分析瓦斯來源，根據(jù)瓦斯來源及現(xiàn)場實際，采取切實可行且有針對性的措施，以達到有效控制瓦斯涌出的目的。

③在戊8-22140煤層從實體煤過渡到采空區(qū)期間，下部戊0-22140采面在進入到這個過渡區(qū)域時，瓦斯常會出現(xiàn)異常，在回采期間，做到多措并舉，可以使得采面瓦斯得到控制。

④要提高采掘工作面在進入過渡區(qū)域瓦斯治理的認識，做到瓦斯治理工程“兩同時一超前”，即瓦斯治理工程與采煤工作面同時設(shè)計、超前施工、同時投入使用。

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