煤層瓦斯賦存規律及突出危險性分析

劉建龍

（山西汾西礦業(集團)有限責任公司雙柳煤礦， 山西 柳林 033300）

1 礦井概況

1.1 地質概況

雙柳煤礦位于山西省柳林縣西北部，井田西部基本以黃河為界，北部與山西東輝集團煤焦化有限公司鄧家莊煤礦相鄰，東部與山西柳林宏盛聚德煤業有限公司相鄰，東北部與山西柳林凌志集團柳家莊煤業有限公司相鄰，南部基本以聚財塔北斷層為界。山西組含01～5下號9層煤，太原組含6～11號8層煤。

1.2 開拓方式與采煤方法

雙柳礦采用斜－立井開拓方式，當前在郭家山場地新增郭家山副立井，副立井井底標高+450 m，井筒深度423.0 m，井筒落底后，在+450 m水平布置井底車場、變電所、爆炸材料庫、消防材料庫等。4（3+4）合并層布置有三個采區，其中一采區2007年已密閉，現生產采區為二采區和三采區，采區布置有軌道大巷、膠帶大巷、輔助行人巷和回風大巷。其中二采區布置有綜采工作面一個；三采區布置有綜采工作面兩個，備用工作面三個，綜掘工作面兩個。井下采區工作面布置如表1。

表1 井下采區工作面布置表

根據煤層賦存條件、開拓方式、生產能力，工作面采用走向長壁式開采，采煤方法為綜合機械化一次采全高，全部垮落法管理頂板。該煤礦采掘布置圖如圖1所示。

圖1 采掘布置示意圖

1.3 礦井通風系統

根據本礦井實際情況，雙柳礦井通風系統為分區對角式，采用白家焉主斜井、白家焉副立井、郭家山副立井進風，郭家山回風立井、白家焉回風立井回風。礦井布置有2個綜采工作面、1個備采工作面、3個預抽工作面、3個綜掘工作面、4個炮掘工作面。綜采工作面采用“U”型通風系統，掘進工作面均采用獨立通風，所需風量由局部通風機對其壓入式供給。

2 雙柳煤礦瓦斯賦存規律

2.1 煤層瓦斯壓力分布規律

準確測定煤層瓦斯壓力對于鑒定煤層的突出危險性十分重要，針對具體現場，設定了相應的測壓點，其4（3+4）號煤層瓦斯壓力測定結果如表2所示。

表2 雙柳煤礦4（3+4）號煤層瓦斯壓力測定結果

4（3+4）號煤層瓦斯壓力測定時，經現場檢驗測壓孔密封性良好，壓力表安裝接口密封良好，測壓過程中壓力表工作正常，所測壓力值數據精確可靠。根據表2中瓦斯壓力測定結果分析可知，33（4）16運巷標高+385.1 m處的瓦斯壓力2.4 MPa，為實測的最大值。根據表2數據，做出4（3+4）號煤層瓦斯壓力隨標高變化曲線，如圖2所示。

圖2 煤層瓦斯壓力實測值與煤層標高對應圖

4（3+4）號煤層的瓦斯壓力可用如下公式表示：

式中：

P-煤層瓦斯壓力，MPa；

H-煤層底板標高，m。

可見，雙柳煤礦4（3+4）號煤層瓦斯壓力梯度為1.69 MPa/hm。

2.2 煤的工業分析及吸附常數測定

4（3+4）號煤層工業分析及吸附常數測定結果如表3所示。

表3 工業分析及瓦斯吸附參數試驗測定結果

2.3 煤層瓦斯含量分布規律

將煤的工業分析參數及吸附常數等指標的平均值帶入瓦斯含量計算公式，便可獲得煤層的瓦斯含量，具體計算公式如下：

通過計算得瓦斯壓力與含量結果如表4所示。

表4 瓦斯壓力與含量

根據推算的瓦斯含量，標高+385.1 m處得到最大瓦斯含量為12.35 m3/t。

3 雙柳煤礦4（3+4）號煤層突出危險性分析

3.1 煤層透氣性系數

雙柳煤礦4煤層透氣性系數在0.1032～3.38 m2/MPa2?d之間，該煤層屬于可以抽采煤層。煤層透氣性雖高于淮南、淮北等地區，但在煤層未卸壓之前進行抽采仍偏小，不利于本煤層瓦斯抽采，需要通過小間距的鉆孔或是增透技術來提高煤層瓦斯抽采效果。

3.2 煤層突出危險性分析

根據中國礦業大學給出的突出危險性鑒定結果，4（3+4）號煤層在標高+430 m以淺區域無突出危險性，目前礦井的開拓開采區域已進入+430 m以深，最深已達+370 m。根據現場考察，雙柳煤礦4（3+4）號煤層各單項指標中，煤樣的破壞類型為Ⅱ類，構造帶破壞類型為Ⅲ-Ⅳ類，部分區域存在軟分層；測定的標高+430 m以深區域煤層的瓦斯壓力最大值為2.4 MPa；煤樣的堅固性系數最小值為0.36；煤樣的瓦斯放散初速度最大值為12.9 mmHg。因此，從測定的4項單項指標來看，4（3+4）號煤層具有煤與瓦斯突出危險性。

表5 煤層透氣性系數

4 結語

本文對雙柳煤礦煤層瓦斯賦存規律進行了研究，掌握了4（3+4）號煤層的瓦斯含量分布規律和煤層瓦斯壓力分布規律，即煤層瓦斯含量、瓦斯壓力隨開采深度增加而增大。對煤與瓦斯突出危險性4項指標進行了分析，得出了4（3+4）煤層具有煤與瓦斯突出危險性的結論，對指導煤礦做好防突工作具有重要意義。