大同礦區侏羅系瓦斯治理研究

摘要:針對大同礦區現采侏羅系煤層的瓦斯賦存和涌出規律，通過研究和實踐，提出治理回采工作面瓦斯超限的方法。

關鍵詞:大同礦區 侏羅系 瓦斯 治理

0 引言

大同礦區位于山西省北部大同市西南，地理位置適中。大同煤田為雙系煤田，侏羅系和石炭二疊系重疊賦存，總面積1827km2，儲量375.8億t。其中，侏羅系大同組煤系面積為772km2，儲量67.5億t，煤層總厚度約24m，分為11個煤組，可采煤層及局部可采煤層有21層。

侏羅系的所有可采煤層中，目前還剩最下部的11#、12#、14#和15#層正在大規模開采，其余均已采完或開采已接近尾聲。本文以12#煤層為例，說明現采侏羅系煤層的瓦斯治理方法和手段。

1 瓦斯賦存特征

首先，大同礦區瓦斯賦存呈現區域不均衡性，其瓦斯含量從1.10～2.69m3/t不等，屬于局部高瓦斯礦區。從礦井瓦斯鑒定結果來看，多年來，侏羅系煤層只有煤峪口、忻州窯、晉華宮、四臺、云岡五個高瓦斯礦井，且全部集中在云岡溝內，而且這5個礦井的瓦斯相對涌出量均未達到10m3/t，同一礦井內也是個別盤區瓦斯涌出較大，瓦斯顯現很不均衡。從工作面涌出量來看，各工作面的瓦斯涌出差別很大，從4.07～16.28m3/min不等。

其次，大同礦區煤層透氣性較好。以12#層為例，測定及計算結果表明，該煤層透氣性系數λ為0.8418～

10.3485m2/(Mpa2·d)，大于0.1m2/(Mpa2·d)，屬于透氣性較好的煤層。

2 瓦斯涌出規律

大同礦區綜采、綜放工作面瓦斯涌出以本煤層為主，鄰近層為輔，突出表現為以下6個方面:

2.1 回采工作面瓦斯來源主要是本煤層瓦斯和鄰近層瓦斯，本煤層瓦斯涌出量占60～85%，鄰近層瓦斯占15～40%，在正常開采情況下，工作面瓦斯涌出量一般在3～10m3/min左右，最高達到18m3/min。

2.2 生產實際和試驗研究發現，回采工作面開采初期瓦斯涌出量并不是很大，但隨著工作面的向前推進逐漸增大，然后達到一個峰值并恒定下來。

2.3 回采工作面高瓦斯點主要出現在上隅角，瓦斯濃度從0.2%～3.8%，有時甚至更高。

2.4 正常回采期間，工作面瓦斯涌出量較小，周期性來壓時(或大頂來壓時)瓦斯涌出量大幅度增加，有時可能出現工作面風流短時逆轉，甚至工作面頭端部出現瓦斯。

2.5 在正常開采期間，隨著采空區面積的擴大，采空區冒落的矸石塊度較大，采空區雖然被壓實但透氣性很好，上鄰近層的瓦斯容易通過透氣性較好的采空區涌入下部煤層工作面。

3 瓦斯抽采基本參數分析

3.1 煤層瓦斯基本參數的概念

一般而言，煤層瓦斯基本參數主要包括:煤層瓦斯壓力、煤層瓦斯含量、煤層透氣性系數、煤層鉆孔瓦斯流量衰減系數等。

煤層瓦斯壓力是指煤孔隙中所含游離瓦斯的氣體壓力，即氣體作用于孔隙壁的壓力。

煤層原始瓦斯含量是指煤層在天然條件下含有的瓦斯數量的多少。

煤層透氣性系數表征煤層對瓦斯流動的阻力，是反映瓦斯沿煤層流動難易程度的系數，透氣性系數越大，瓦斯在煤層中流動越容易，反之，瓦斯在煤層中越是不易逸出，煤層的可抽性就差。

煤層鉆孔瓦斯流量衰減系數表示鉆孔瓦斯流量隨時間延長呈衰減變化的系數，它是評價煤層瓦斯預抽難易程度的重要指標。

3.2 煤層的可抽放性評價

瓦斯抽放的可行性應以是否能抽出瓦斯或能獲得較好的抽放效果來評價。

3.2.1 開采層瓦斯抽放 開采層瓦斯抽放的可行性是指在原始透氣性條件進行預抽的可能性。一般來說，其衡量指標有兩個:一為煤層的透氣性系數(λ);二為鉆孔瓦斯流量衰減系數(α)。《煤礦瓦斯抽放規范》(AQ1027-2006)規定的開采層瓦斯抽放可行性標準和實測12#煤層瓦斯參數見表1和表2。

從表1、表2可以看出，雖然煤層透氣性適合瓦斯抽放，但從煤層鉆孔瓦斯流量衰減系數α看，瓦斯衰減過快，難以抽放，所以該煤層屬于瓦斯難以抽放煤層，也就是說，采取本煤層預抽瓦斯是不可行的。

3.2.2 鄰近層、采空區瓦斯抽放 在12#煤層開采期間，其上部鄰近層10#、11-1#煤層、下部鄰近層14-2#、14-3#煤層由于受采動影響，絕大部分的卸壓瓦斯和采空區瓦斯會涌入12#煤層的采空區和工作面。針對鄰近層和采空區瓦斯，有3種抽放方法可以選擇:

①沿12#煤層頂板或在巖層中掘一條高位尾巷密閉抽放采空區瓦斯，既可以直接抽放鄰近層涌出的卸壓瓦斯，也可以通過裂隙抽放工作面采空區高冒拱內的瓦斯，即所謂的頂板高位巷道(高抽巷)抽放瓦斯。②在12#煤層回風巷打上向鉆孔直接抽放上層的鄰近層卸壓瓦斯和開采層切眼前方煤體的卸壓瓦斯，后期抽放采空區高冒拱內的瓦斯，即所謂的頂板高位鉆孔抽放瓦斯。③直接在上覆鄰近層安裝瓦斯抽放泵站，通過在防火密閉上安設管路，對采空區瓦斯進行全封閉抽放抑制瓦斯下泄，從而解決下部12#層工作面及上隅角瓦斯超限問題。④對于不具備上述3種抽放條件的回采工作面，可以采用臨近巷道抽放法對現采工作面采空區瓦斯進行半封閉抽放。

4 瓦斯治理方法

4.1回采工作面瓦斯來源構成

12#煤層工作面涌出的瓦斯主要來源于開采層和采空區(含采空區丟煤、鄰近層和圍巖)涌出的瓦斯。其中開采層涌出的瓦斯由開采層的煤壁和落煤解吸瓦斯構成;采空區涌出的瓦斯由鄰近層、采空區丟煤和圍巖涌出的瓦斯構成。具體瓦斯涌出構成見表3。

4.2 瓦斯治理方法 瓦斯治理原則:瓦斯治理應以優化通風系統為主，能夠用通風方法解決的，盡量采用通風方法，通風方法解決不了時，必須輔之于抽放措施。

4.2.1 對厚煤層綜采放頂煤工作面而言，針對上隅角瓦斯主要來源于采空區這種情況，采用U+I型通風方式，即沿煤層頂板或在上覆鄰近層內布置1條內錯排瓦斯尾巷可以很好地解決上隅角瓦斯頻繁超限的問題。

采用這種方式，雖然投資費用略高，但能徹底解決尾上隅角瓦斯超限問題，是一種利用通風方法解決上隅角瓦斯超限相對安全可靠且行之有效的方法，應該大力推廣應用。

值的指出的是，根據《煤礦安全規程》第137條的規定，該巷回風流中的瓦斯濃度不得超過2.5%，如果通過風量調配等措施仍無法保證該巷風流中的瓦斯濃度穩定在2.5%以下，則必須密閉該巷利用瓦斯抽放泵抽放瓦斯，即利用高抽巷抽放瓦斯。

4.2.2 對高瓦斯非放頂煤工作面而言，由于本煤層預抽瓦斯和利用頂板高位鉆孔抽放瓦斯都不能很好地解決瓦斯超限問題，所以應采用對上覆鄰近層采空區瓦斯進行全封閉抽放的方法，防止采空區瓦斯下泄，從而有效治理下部工作面開采期間的瓦斯超限。

4.2.3 對于不具備鄰近層采空區抽放的高瓦斯非放頂煤工作面，應采用本工作面采空區半封閉瓦斯抽放的方法，要求工作面回風順槽應布置在非采空區一側，以便利用從相鄰的旁側巷道打鉆實施采空區瓦斯抽放。

5 結論

由于大同礦區瓦斯分布的不均衡性，所以在考慮回采工作面面瓦斯防治措施時，應根據不同的瓦斯區域，有針對性的采取相應措施。同時，大同礦區侏羅系煤層均屬于瓦斯難以抽放煤層，采用本煤層瓦斯預抽放，雖然在一定程度上可以降低工作面的瓦斯涌出量，但總體效果不理想，或者說，采取本煤層預抽瓦斯是不可行的。

總之，在大同礦區，應從通風系統布置、抽放方法選擇等諸方面綜合治理瓦斯，但主要應以抽排瓦斯巷道、上覆鄰近層采空區瓦斯全封閉抽放和本工作面采空區半封閉瓦斯抽放為主導解決方法。