劉 哲

（同煤集團云岡礦通風區(qū)瓦斯隊，山西 大同 037017）

大同煤礦集團云崗井田位于山西省大同市西15km的云崗鎮(zhèn)西，是我國自行設計和施工的現代化大型礦井。采用一次設計、分期投產的方式，當前核定的生產能力為120萬t/a。本文基于山西省煤炭地質一一五勘查院為云崗礦井編制的生產礦井地質報告，分析云崗礦瓦斯賦存規(guī)律，并提出有針對性的防治措施。

1 礦井地質構造概況

大同侏羅系煤田位于新華夏系第三隆起帶中段的北部。煤田的北部臨近天山-陰山緯向構造體系，西面是走向南北的西石山，東面隔著大同平原是六棱山反射弧。南以洪濤山背斜與寧武煤田相隔。本井田位于大同煤田的東北部，大同煤田主向斜軸的西翼，距煤田東部邊緣NW向的青磁窯逆掩斷層較近，地層總體走向為NW向，傾向SE，傾角2～10°。本井田斷裂構造較為發(fā)育，全井田共有鉆孔及生產揭露控制斷層173條，斷距大于5m的斷層有30條，斷距1～5m斷層有143條，其中以NE向斷裂最為發(fā)育，共計50條，占總數的35%，此組中多發(fā)育壓扭性斷裂，斷面擦痕明顯，破壞帶不發(fā)育，斷層呈條帶狀分布。NW向斷裂有66條，占46%，斷層性質多屬扭性斷裂，走向多為N35°～40°W，主斷層近于一直線。SN向斷裂共有17條占12%，該種斷裂一般以孤立狀態(tài)出現，破壞性不大，對生產影響較小。逆斷層有8條占6%。井田內明顯近EW向斷層有2條占1%，延展較長，斷距較小。

2 煤層瓦斯參數和礦井瓦斯等級

本次收集2012年至2016年云崗礦瓦斯等級鑒定結果，瓦斯相對涌出量3.56～4.71m3/t，二氧化碳相對涌出量8.22～10.14m3/t，瓦斯絕對涌出量33.03～46.54m3/min，二氧化碳絕對涌出量75.26～102.39m3/min，礦井瓦斯等級鑒定批復均為高瓦斯礦井，近年瓦斯等級鑒定統(tǒng)計情況如表1所示。

云崗礦12號煤層瓦斯采樣實測含量見表2所示，氣體成分占比分析，甲烷為0～27.51%，氮氣為72.49～99.83%，甲烷成分遠低于80%，瓦斯分帶屬于氮氣帶和氮氣-甲烷帶。

表1 云崗礦近年瓦斯等級鑒定統(tǒng)計表

表2 12號煤層瓦斯采樣實測含量統(tǒng)計表

3 礦井瓦斯賦存規(guī)律

3.1 構造對煤層瓦斯影響

該井田位于大同煤田的東北部，大同煤田主向斜軸的西翼，距煤田東部邊緣的青磁逆掩斷層較近，本井田褶曲較發(fā)育，較大的褶曲及穹隆構造有9個，軸向多為NE及NW向，在向斜區(qū)其頂部為壓性閉合，是主要的儲氣構造，進行掘進時會有瓦斯大量涌出，然后在背斜翼部為張性的開放性裂隙，在煤層埋深較小時不利于瓦斯集聚。

3.2 陷落柱對煤層瓦斯影響

生產揭露大小陷落柱40個，形狀為橢圓、圓形及不規(guī)則形，陷落高度大小不等，有的陷到地表，也有只陷到7號煤層底板下，陷落柱周圍多發(fā)育小型環(huán)狀斷裂。陷落柱對煤層瓦斯賦存影響較大，陷落柱的發(fā)育裂隙溝通強含水層就會在煤礦開采時增加水流量，提高瓦斯排放能力。隱伏于地表以下的陷落柱，瓦斯保存條件較好，瓦斯容易積聚。

3.3 斷層對煤層瓦斯影響

井田內斷層較多，共有鉆孔及生產揭露控制斷層173條，最大斷層落差F1為60m，F2落差為30m，F3為20m，其他斷層落差在16m以下。壓性斷層面為封閉性，斷層面附近成為構造應力集中帶，吸附瓦斯量增多，同時不易運移散放，張性斷層面附近由于構造應力釋放而成為低壓區(qū)，因解吸作用使煤層瓦斯含量下降，較大的開放性斷層（斷至地表或接近地地表的）是煤層瓦斯散放的通道，對瓦斯賦存影響較大，但本井田斷層斷距相對較小且斷層的延展長度較短，對煤層瓦斯散放作用不大。

3.4 煤層埋藏深度對煤層瓦斯影響

煤層埋藏深度與煤層瓦斯含量關系密切，埋藏深度增加不僅會因地應力增高而使煤層和圍巖的透氣性降低，而且瓦斯向地表運移距離增大，有利于瓦斯封存，埋深和瓦斯含量之間相關性R2=0.8188，二者成顯著相關，如圖1所示。

圖1 埋深和瓦斯含量回歸趨勢圖

4 瓦斯綜合防治措施的研究

針對歷年來云崗礦瓦斯涌出量以及瓦斯突出動力現象，提出了云崗礦的瓦斯綜合防治措施辦法，主要是從以下三方面來進行。

4.1 優(yōu)化礦井通風方式

云崗礦的回采工作面采用全負壓通風，六巷布置，三進三回。8615回采工作面先前采用的“U+L”型通風方式，主要是在“U”型通風的回風側增加排瓦斯尾巷，可以起到改變采空區(qū)漏風流場的作用，將瓦斯經過聯絡巷排至尾巷。在回采后期因瓦斯涌出量增大，“U+L”型通風方式已起不到治理的效果，改用使工作面回風全部離開工作面向采空區(qū)方向流動的“Y”型通風方式，它能改變工作面通風線路及采空區(qū)瓦斯運移線路，從而達到排放瓦斯的目的。

4.2 綜合瓦斯抽采措施

綜合考慮云崗礦煤層瓦斯賦存、巷道布置、抽采瓦斯及利用要求等因素，確定對其采用地面與井下抽采相結合，采掘前預抽采與邊抽邊采、采空區(qū)抽采等綜合瓦斯抽采措施。礦井抽采方式為本煤層長鉆孔預抽、采空區(qū)抽采和地面水平多分支煤層氣抽采井預抽的立體交叉抽采方式。井下抽采方式主要以世界領先的VLD-1000系列深孔定向千米鉆機施工的長孔預抽為主。地面布置6個Ф150mm的多分支水平羽狀抽采井，單井瓦斯抽采量最高達到20000m3/d，形成了地面多分支水平羽狀井和井下千米鉆機順煤層鉆孔立體交叉抽采新模式。

4.3 建立可靠的瓦斯突出預警措施

井下掘進期間，采用人工檢查與甲烷傳感器監(jiān)測相結合的方式監(jiān)測巷道內瓦斯情況。掘進工作面嚴格執(zhí)行《煤礦安全規(guī)程》中監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)安設的有關規(guī)定，在工作面、回風流、巷道中部及機電硐室上風側5m范圍內安設瓦斯傳感器，巷道工作面、回風流瓦斯傳感器的報警值為≥0.8%，機電硐室前瓦斯傳感器的報警值為≥0.5%；一旦掘進巷道瓦斯?jié)舛冗_到報警值，掘進巷內安設的瓦斯傳感器即發(fā)出聲光報警信號；同時監(jiān)控中心站也發(fā)出聲光報警提示，以便能及時采取措施進行處理。

一旦井下各掘進工作面出現瓦斯超限事故，應急指揮中心立即啟動應急響應，并召集指揮部成員，詳細分析瓦斯超限可能存在的原因：（1）局部通風機無計劃停電停風；（2）工作面風筒漏風或出現破口等造成工作面巷內風量不足；（3）掘進巷內局部地點出現瓦斯異常涌出；（4）局部地點容易出現瓦斯積聚。同時施工單位負責人、通風負責人、機電負責人待命，隨時聽從指揮中心的調遣，指揮中心根據瓦斯超限的原因，采取針對性的處置措施；指揮中心根據現場情況通知通風部、機電科、電氣隊等相關人員第一時間趕赴現場進行處理。

5 結論

本文主要是從地質構造、陷落柱、斷層、煤層埋藏深度四個方面對云崗礦的瓦斯賦存情況進行了研究，并用線性回歸方法對煤層瓦斯含量進行了預測。采取了優(yōu)化通風方式和立體交叉瓦斯抽采措施，降低了瓦斯?jié)舛?，平均抽采量?.11m3/min，抽采濃度達72～95%，回風流瓦斯?jié)舛确€(wěn)定于0.35%左右，達到了工作面瓦斯零超限要求。同時建立的瓦斯突出預警系統(tǒng)有效地保障了井下煤礦生產的安全。