董 旭，昂正嬌

（安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院， 安徽 淮南232001）

煤炭是我國主體能源，工業(yè)形式很好，在過去、現(xiàn)在、將來一段時(shí)間內(nèi)還是占很大的分量，約占一次性能源的75%。煤炭工業(yè)的健康、穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展是關(guān)系到能源安全的重大問題。隨著煤礦開采深度的增加，瓦斯事故也更加突出。瓦斯燃燒、瓦斯噴出、瓦斯爆炸以及煤與瓦斯突出都是瓦斯事故的主要表現(xiàn)形式。近年來隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步以及各種安全措施的實(shí)施，煤礦事故得道明顯的下降，但是瓦斯事故仍然沒有得到很好的解決。當(dāng)前瓦斯事故仍然是煤礦安全生產(chǎn)中威脅最大的一個(gè)問題。從每年的事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中，可以看到，在煤礦發(fā)生一次10人以上的特大事故中，由于瓦斯災(zāi)害而引起的約占70%。因此對(duì)瓦斯的防治研究具有很大的意義。

1 楊柳煤礦地質(zhì)概況

楊柳煤礦位于安徽省淮北市濉溪縣境內(nèi)，在濉溪縣南部，楊柳集附近是其中心位置，向北東距宿州市約21km。礦井南部以楊柳斷層為界，與孫疃井田接壤；北部以小陳家、大辛家斷層為界，與臨渙煤礦毗鄰；西部以4勘探線和太原組一灰頂界露頭線為界；東部至31煤層－1 000m水平投影線和39482200經(jīng)線。井田南北長約9km，東西寬約3～9km，勘探面積約60.4km2。

楊柳煤礦及其鄰近煤礦均未見基巖裸露。經(jīng)鉆探揭露，新生界松散層下伏地層自上而下分別為二疊系的上石盒子組、下石盒子組和山西組；石炭系的太原組、本溪組；奧陶系的老虎山組～馬家溝組。石炭系、二疊系皆為含煤地層，本井田僅以二疊系煤系地層為勘探對(duì)象。

楊柳煤礦位于童亭背斜東翼北端。地層走向在淺部為近于南北向，向東傾斜的單斜構(gòu)造，地層傾角15°～20°；深部次一級(jí)褶曲較發(fā)育，主體上呈向東延深，地層傾角5°～10°，較平緩。礦內(nèi)褶皺較發(fā)育，從整個(gè)礦井來看，褶皺主要有牛小集背斜、馬家背斜、小周家向斜等。牛小集背斜，分布在7－4、9－6孔一線，軸向北西，軸長約4km，背斜寬窄不等，南、北兩段東翼陡，西翼緩；中段東翼緩，西翼陡，波幅數(shù)10m，被戴廟斷層、大侯家斷層切割，保留形態(tài)不完整。馬家背斜，在3煤層底板等高線圖上，分布在9－10－1孔、10－11－1孔附近，軸向北東，軸長約3km，背斜寬約2.5km，北翼陡，南翼緩，波幅大于250m，其南翼被大牛家斷層切割，保留形態(tài)不完整。

礦內(nèi)斷層較發(fā)育，查出落差大于或等于20m的斷層20條，正斷層19條，逆斷層1條。按落差分，大于或等于20m，小于30m的斷層2條；大于或等于30m，小于50m的斷層3條；大于或等于50m，小于100m的斷層6條；大于100m的斷層9條。

礦井原初步設(shè)計(jì)為高瓦斯礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為180萬t／a，服務(wù)年限為55.8a。在礦井建設(shè)過程中，由于瓦斯地質(zhì)變化，2009年礦井升級(jí)為煤與瓦斯突出礦井。

2 瓦斯測(cè)定成果分析

本礦井在詳查期間用集氣法采集利用瓦斯樣12個(gè)，其中31煤、32煤、71煤、72煤、81煤各1個(gè)，82煤2個(gè)，10煤5個(gè)。10煤層9－10－2孔在634.70m測(cè)得瓦斯含量（可燃基）為13.01cm3／g。

本次報(bào)告用解吸法采集27個(gè)樣本，其中31煤2個(gè)，32煤2個(gè)，72煤3個(gè)，82煤11個(gè)，10煤9個(gè)。前后共利用瓦斯資料39個(gè)，測(cè)試成果匯總情況見表1。由表1可以看出，本礦井平均瓦斯成分分帶為氮?dú)狻託鈳А?/p>

表1 瓦斯測(cè)試成果匯總表

剔除不利用樣品，最高瓦斯含量（可燃基）測(cè)定結(jié)果第一水平31煤層為0；32煤層為0.41m3／t；72煤層為5.74m3／t（6－7－3孔－415.28m）；82煤層為7.15m3／t（5－6－4孔－450.55m）；10煤層為1.50m3／t。第二水平瓦斯含量較高的有：82煤層04－27孔－539.21m為11.67m3／t；04－28孔－705.81 m為12.96m3／t；10煤層04－27孔－590.66m 為 12.66m3／t。9－10－2 孔－607.00m為13.01m3／t。

3 影響本礦井瓦斯含量大小的主要地質(zhì)因素

3.1 地質(zhì)構(gòu)造

由于多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加的結(jié)果，區(qū)內(nèi)東西向大斷裂和北北東向大斷裂縱橫交錯(cuò)，形成了許多近網(wǎng)格狀的斷塊構(gòu)造，而低次序的北西向和北東向構(gòu)造分布于各斷塊內(nèi)，且以北東向構(gòu)造為主。在煤系的后期改造中形成了一系列短軸褶曲構(gòu)造，其軸向多為北北東向或近南北向，個(gè)別為北西向。多數(shù)向、背斜平行相間協(xié)調(diào)分布，幾乎所有的褶曲都表現(xiàn)為向斜寬度大于背斜寬度，背斜西翼陡，東翼緩。成煤后有厚層新地層和煤層上部巖層覆蓋，使瓦斯不易逸散。不同的地質(zhì)構(gòu)造類型瓦斯賦存是不同的，對(duì)于同一種地質(zhì)構(gòu)造而言，構(gòu)造部位不同瓦斯含量也不同。地質(zhì)構(gòu)造的類型，力學(xué)性質(zhì)以及組合形式，是礦區(qū)內(nèi)影響瓦斯賦存及突出的主要因素。

3.2 煤層厚度

煤中的瓦斯主要是在煤化過程中產(chǎn)生的。所以煤層厚度對(duì)瓦斯的賦存有一定的影響，空間兩點(diǎn)之間的濃度差是瓦斯運(yùn)移的主要?jiǎng)恿Γ簩雍穸仍酱?，煤層中的氣體向上部擴(kuò)散的路徑就越長，擴(kuò)散的阻力就越大。本礦井煤層厚度及其變化較多，夾矸層數(shù)較多，瓦斯越易于富集在厚煤層及夾矸多的地段。

3.3 煤的變質(zhì)程度

在煤化過程中，不斷的產(chǎn)生瓦斯，隨著煤的變質(zhì)程度的增高，產(chǎn)生的瓦斯越多，變質(zhì)程度越高越易于產(chǎn)生較多的吸附瓦斯。本礦井高瓦斯含量（＞10cm3／g）的9－10－2孔（10煤）、04－28孔（82煤）、04－27孔（82煤），Vdaf在10%～20%間，應(yīng)為貧煤～貧瘦煤的較高變質(zhì)階段，而Vdaf＞20%，瓦斯含量均＜10cm3／g。

3.4 煤的埋藏深度

煤層的埋藏深度與瓦斯含量成正比。煤層埋藏深度的增加，其受到的壓力就越大，瓦斯擴(kuò)散的途徑就越長，時(shí)間久越長。本礦井瓦斯含量＞10cm3／g者均在－525m水平以下；－525m以上的第一水平，最大瓦斯含量為7.15cm3／g，見表1。

3.5 圍巖的性質(zhì)

煤層頂板若為砂巖，易使瓦斯逸出，而泥巖、粉砂巖相對(duì)難以逸散。本礦井82、10煤層高瓦斯含量處，頂板以粉砂巖和泥巖為主。

3.6 巖漿的侵入

巖漿的侵入有利于瓦斯的富集。本礦井72、81、82和10煤層都較大范圍受到巖漿侵入，使其成為頂板，阻隔了瓦斯的逸出。本礦井雖然構(gòu)造較為復(fù)雜，張性斷裂發(fā)育，但以上諸多因素，仍為瓦斯富集創(chuàng)造了條件。

4 瓦斯防治措施

4.1 本煤層瓦斯防治措施

4.1.1 工作面順層鉆孔抽放

工作面順層鉆孔時(shí)指從機(jī)巷和風(fēng)巷分別向工作面煤層按傾斜的方向施工鉆孔。鉆孔間距設(shè)計(jì)為5m，鉆孔直徑為120mm，鉆孔長度設(shè)計(jì)100m，上向孔和下向孔的壓茬為10m。抽采時(shí)間不得少于6個(gè)月，將該區(qū)域內(nèi)煤層瓦斯含量降到8m3／t以下或瓦斯壓力降為0.74MPa（表壓）以下方可進(jìn)行回采。后打的鉆孔抽放的時(shí)間相對(duì)較短，根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增加鉆孔密度，以提高抽采效果。工作面實(shí)施順層鉆孔能夠有效的降低工作面煤層中的瓦斯，使瓦斯含量降到安全值以下，進(jìn)而減少瓦斯事故的發(fā)生。如圖1所示。

圖1 順層鉆孔布置示意圖

4.1.2 斜交鉆孔

根據(jù)采煤工作面頂板垮落帶的分布理論，本礦在回采前，從風(fēng)巷中采用大功率液壓鉆機(jī)向煤層頂板施工斜交鉆孔，每隔20m布置一組斜交鉆孔，終孔直徑94mm，鉆孔終孔落點(diǎn)距煤層頂板10～30m，封孔長度8m以上，控制范圍：風(fēng)巷向里30m左右。斜交鉆孔布置示意圖如圖2所示。其目的是抽取上隅角內(nèi)積聚的瓦斯，降低瓦斯含量，消除危險(xiǎn)隱患。

圖2 斜交鉆孔布置示意圖

4.1.3 高位走向鉆孔

在工作面風(fēng)巷每間隔80～120m施工一個(gè)高位鉆場(chǎng)，在鉆場(chǎng)內(nèi)施工頂板高位走向鉆孔，利用工作面回采動(dòng)壓形成的頂板裂隙通道來抽采鄰近層及本煤層回采后采空區(qū)上方形成的冒落拱頂部的高濃度瓦斯。每個(gè)鉆場(chǎng)布置9－15個(gè)鉆孔，控制傾向上距風(fēng)巷0～30 m區(qū)域，鉆孔孔徑113mm，和前方高位鉆場(chǎng)壓茬40m。頂板走向鉆孔布置如圖3所示。高位走向鉆孔的實(shí)施，能夠有效的抽采鄰近層及本煤層回采厚采空區(qū)上方形成的冒落拱頂部的高濃度瓦斯，降低瓦斯含量，消除瓦斯事故隱患。

圖3 頂板走向鉆孔布置示意圖

4.1.4 老塘埋管

在采煤工作面風(fēng)巷預(yù)埋管路至采空區(qū)，通過移動(dòng)抽采系統(tǒng)抽采采空區(qū)和上隅角積聚的瓦斯。在工作面風(fēng)巷采用交替邁步（步距15m）的方式向采空區(qū)預(yù)埋抽采管路。采空區(qū)埋管鉆孔布置如圖4所示。

圖4 采空區(qū)埋管鉆孔布置示意圖

4.2 中組煤瓦斯治理措施

10煤距82煤平均74m，對(duì)于中煤組煤層，10煤層屬于遠(yuǎn)距離保護(hù)層。在10煤層開采過程中，必須利用10煤層開采在82煤層中形成的巖層卸壓和透氣性成千倍增大的作用，在被保護(hù)層煤層瓦斯流動(dòng)的活躍期內(nèi)將卸壓瓦斯有效地抽采出來，從根本上區(qū)域性地降低中組煤瓦斯含量，實(shí)現(xiàn)被保護(hù)層的安全高效開采。中組煤的瓦斯治理可采用遠(yuǎn)距離上向穿層鉆孔法以及遠(yuǎn)距離穿層鉆孔方法。

4.2.1 上向攔截孔瓦斯抽放措施

利用10煤10414工作面現(xiàn)有高位鉆場(chǎng)，向上穿透8煤打攔截鉆孔，鉆孔走向上每30 m布置3個(gè)鉆孔；鉆孔傾向上共布置3排，鉆孔終孔位置距風(fēng)巷側(cè)分別為30m、50m、70 m，鉆孔孔徑113mm。鉆孔在施工過程中要避開冒落帯，封孔時(shí)要封到裂隙帶邊緣以上。鉆孔布置示意圖如圖5所示。

圖5 10煤頂板攔截鉆孔抽放被保護(hù)層卸壓瓦斯剖面圖

本礦地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，瓦斯的賦存受區(qū)域構(gòu)造的影響很大，尤其是巖漿的侵入較為明顯。煤層的瓦斯含量，突出危險(xiǎn)性是隨著煤層的埋藏深度的增加而增大，受煤的變質(zhì)程度的影響較大 ，瓦斯治理工作將更加艱巨。為了消除瓦斯給礦井安全生產(chǎn)帶來的威脅，楊柳煤礦采取了一系列的措施，順層鉆孔，斜交鉆孔，高位走向鉆孔，向上攔截瓦斯鉆孔和老塘埋管抽放技術(shù)等。結(jié)合井下瓦斯的具體情況，使用一種或幾種防治措施相結(jié)合，有效的降低煤層瓦斯含量，消除了瓦斯突出危險(xiǎn)性，有效的控制了瓦斯突出事故的發(fā)生，為煤礦安全生氣提供一個(gè)良好的環(huán)境，為煤礦的安全生產(chǎn)提供了保障，實(shí)現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)。

［1］淮北礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司.淮北礦業(yè)集團(tuán)公司楊柳煤礦地質(zhì)報(bào)告［R］.淮北：楊柳煤礦，2003.

［2］張子敏.瓦斯地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2008.

［3］盧平.煤礦瓦斯災(zāi)害事故頻發(fā)的原因及對(duì)策分析［J］.安全.2005，（3）：6－10.

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［5］王厚文.淺談礦井瓦斯災(zāi)害形式及防治措施［J］.科技致富向?qū)?2011，（26）：94－95.