店坪礦局部區域瓦斯異常涌出原因分析及治理

郭臨明

(1.河南理工大學 能源學院，河南 焦作 454000;2.霍州煤電集團 呂梁山煤電有限公司，山西 呂梁 033000)

店坪煤礦位于山西省呂梁市方山縣大武鎮王家莊村一帶，井田東西長4.17 km，南北寬4.10 km，井田面積13.530 2 km2，批準開采2#、3#、5#、8#、9#、10#煤層，井田內僅有店坪煤礦開采，無其他礦井。井田外北部與山西方山金暉凱川煤業有限公司相鄰(瓦斯礦井)，南部為霍州煤電集團木瓜煤礦(瓦斯礦井)。

1 瓦斯異常區域基本情況

1.1 問題的提出

店坪礦于2014 年2 月開始開采下組煤，在掘進10#煤層2031、2032、2071、2072 巷道期間出現過局部區域瓦斯涌出量異常增高的情況;在回采10 -203 工作面期間，推進到407 m 時上隅角、工作面、回風流瓦斯含量開始顯著增高。

1.2 瓦斯異常區域采掘布置方法

瓦斯異常情況出現時，井下生產采區為830 水平二采區，采區布置為10 -205、10 -203 兩個回采面，備用面10 -200 工作面，其中10 -203 工作面已推進858 m，距停采線還有75 m，10 -205 工作面停止生產;掘進工作面共布置有7 個，分別為10 - 2081、10 -2082、10 -2071、10 -207 切巷(現已經掘進到位)、10 -207 繞巷(巖巷)、10 -2091、830 南翼回風巷(半煤巖巷)。開拓系統巷道沿煤層走向布置，工作面運輸巷沿傾向布置，采區整體形狀呈不規整的長條帶不等邊形，雙翼布置回采工作面。店坪礦采掘布置示意圖見圖1.

圖1 店坪礦采掘布置示意圖

1.3 瓦斯異常區域通防系統

店坪礦830 水平二采區回采工作面采用U 型通風，掘進工作面均采用壓入式通風，各個工作面配風均按照AQ 規定配風。瓦斯監控系統型號為KJ70N，實現井下各類數據的實時監控。采區采用靜壓灑水，在巷道內各皮帶機頭、溜頭轉載點分別設有轉載點噴霧設施;采煤工作面正、副巷距離工作面50 m 范圍內各安設2 道凈化水幕，回采前均進行煤體注水。定期對回采工作面采空區灌入黃泥和噴灑阻化劑防止遺煤自燃。

1.4 瓦斯異常區域地質情況

該井田地處晉西黃土高原，屬呂梁山中段西側的山區，地形復雜，地貌類型以侵蝕的黃土梁、峁為主，其次為黃土溝谷地貌中的沖溝，井田內總的地勢為西高東低。10#煤層位于太原組下部，平均埋深405 m，上 距9#煤 層7. 30 ～13. 26 m，平 均12.52 m.煤層厚度1.65 ～4.50 m，平均2.98 m，結構簡單-復雜，含夾矸0 ～4 層，屬穩定全區可采煤層。10#煤層上部有1 層平均厚度為1.6 m 的深灰色細砂巖，堅硬致密，底板有1 層平均厚度為5.81 m的褐色砂質泥巖，泥巖夾細砂巖，致密、質純，10#煤層上下部都存在1 層巖性致密的巖層，不利于10#煤層瓦斯的釋放。

店坪礦井田內總體為不對稱向斜(中陽-離石向斜)，并伴生次級短軸背斜及向斜，傾角一般3° ～14°，在井田西南部局部地段傾角達到20°，西北部局部地段傾角達到18°.井田內發育有5 m 以上的斷層5 條，層間小斷層數條，還發育有6 個陷落柱。

2 瓦斯異常涌出原因分析

2.1 9#煤層瓦斯涌出量分析

9#煤層已采5 個工作面，分別為:9 -200、203、205、207、209，在掘進和回采期間工作面未出現構造，掘進工作面瓦斯濃度最大為0.04%，回風流瓦斯濃度最大為0.06%;回采工作面瓦斯濃度最大為0.04%，上隅角瓦斯濃度最大為0.10%，回風流瓦斯濃度最大為0.06%，未發現明顯異常。

2.2 10#煤層瓦斯涌出量分析

店坪礦于2007 年開始掘進下組煤皮帶大巷和回風大巷，沿10#煤層布置，位于中陽-離石向斜軸部，掘進期間工作面瓦斯濃度最大為0.12%，回風流瓦斯濃度最大為0.24%，明顯高于9#煤層。

10-203 工作面為10#煤層的首采面，切巷長度為240 m，順槽長度為1 020 m，上部為9 -203、9 -205 工作面采空區。目前，203 工作面推進858 m. 10 -203工作面回采、掘進期間瓦斯濃度變化見表1.

通過表1 分析得出:10 -203 工作面采掘期間在距830 運輸巷600 m 的地方瓦斯濃度達到最大。

同樣，用上述方法可對10 - 205、10 - 2071、10 -2072、10 -200 工作面掘進期間瓦斯濃度情況進行分析(表格省略)，得到10 -2051 巷掘進期間在距830 運輸巷600 m 的地方瓦斯濃度達到最大，10 -2052巷掘進期間在距830 運輸巷580 m 的地方瓦斯濃度達到最大。10 -2001 巷掘進期間在距830運輸巷380 m 的地方瓦斯濃度達到最大，10 -2002巷掘進期間在距830 運輸巷400 m 的地方瓦斯濃度達到最大。10 -2071 工作面距830 運輸巷600 m 的地方瓦斯濃度達到最大;10 -207 切巷工作面距830運輸巷580 m的地方瓦斯濃度達到最大。

表1 10 -203 工作面回采、掘進期間瓦斯濃度變化情況表

在掘進施工10 - 2081、10 - 2082、10 - 2091、10 -207繞巷、830 南翼回風巷工作面期間，未發生瓦斯異常情況。

10#煤層在掘進和回采期間，工作面揭露的斷層在0.6 ～3.5 m，并且揭露斷層期間瓦斯濃度正常，說明斷層對瓦斯沒有明顯影響。

將相關數據繪圖后得到瓦斯地質圖見圖2.

從圖2 可知:瓦斯異常區域分布在運輸巷往西600 m、運輸巷往東400 m 的1 000 m 左右范圍內，呈現條帶狀分布，恰好與中陽-離石向斜區段相重合，并且在向斜軸部顯現出瓦斯濃度達到最大。

在向斜區段瓦斯含量增大的主要原因是向斜處煤巖層受力擠壓，巖層密度增大，致密性增強，不利于瓦斯釋放。

綜上分析得知:向斜地質構造是造成10#煤層局部瓦斯異常的主要原因。

圖2 瓦斯地質示意圖

3 瓦斯異常涌出區域綜合治理手段

3.1 采掘工作面合理配風

合理配備采掘工作面風量，通過增大風量稀釋瓦斯。采掘工作面配風時瓦斯涌出不均勻系數取1.7 計算，采煤工作面需風量為860 m3/min，掘進工作面需風量為200 m3/min.目前，店坪礦下組煤10#煤層采煤工作面實際配風量為1 400 m3/min，綜掘工作面局部通風機全部為FBD - NO.6.3，功率為2 ×30 kW，局扇雙節運行時出口風量為360 ～400 m3/min，大于掘進工作面需要風量，有效稀釋瓦斯作用明顯。

3.2 均衡生產

利用降低割煤速度的方法控制瓦斯涌出。降低回采和掘進割煤速度，確保瓦斯及時被風流稀釋。同時，在準備割煤時，經實時觀察，工作面瓦斯濃度達到0.40%時，立即停止割煤，將瓦斯濃度嚴格控制在0.5%以下。

3.3 其他手段

利用瓦斯稀釋器稀釋回采面上隅角瓦斯濃度。在回采面緊鄰上隅角第二個支架上安設1 臺瓦斯稀釋器，稀釋器與支架成45°夾角，出氣口朝向工作面上隅角，將稀釋器吸取的空氣壓縮至上隅角易于集聚瓦斯的范圍內，從而增加上隅角區域的通風量，有效降低上隅角瓦斯濃度。在投入使用瓦斯稀釋器以前，工作面上隅角瓦斯濃度一般情況下維持在0.4% ～0.5%，在投入使用瓦斯稀釋器以后，工作面上隅角瓦斯濃度基本控制在0.3%以下。

4 結 論

店坪礦10#煤層在以830 運輸巷為軸，往西600 m、往東400 m 的范圍內，存在1 個條帶狀分布、與中陽-離石向斜區段相重合的異常區域，該區段瓦斯涌出量與該礦井其他區域相比較都明顯增高。因此，當店坪礦在該范圍內進行回采、掘進作業時，應當加強瓦斯管理，確保安全生產。

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［2］ 吳財芳，曾 勇，張子戌.低瓦斯礦井煤層瓦斯異常涌出的研究［J］.中國煤田地質，2003(2):22.

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