深部低透高瓦斯礦井瓦斯異常區的瓦斯治理技術分析與研究

毛守君 倪志遠 張兆仁

摘 ? 要：瓦斯是一種以游離和吸附狀態存在于煤體或圍巖中的氣體，達到一定濃度后遇到碰撞會發生燃燒與爆炸現象，極容易給煤炭資源開采安全造成嚴重威脅。本文以山西臨縣錦源煤礦為例，簡單分析埋藏深度、煤層圍巖等導致深部低透高瓦斯礦井瓦斯異常區形成的原因，重點闡述治理瓦斯異常區的技術與措施，以期幫助煤礦企業實現提高瓦斯異常區治理效果，有效控制工作面瓦斯濃度的目的。

關鍵詞：瓦斯礦井 ?治理技術 ?瓦斯異常區

中圖分類號：TD712 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）01（a）-0012-02

因為地質構造與賦存條件等要素影響，不同煤層瓦斯在分布方面存在較強的不均勻性，某些低瓦斯區域也有可能出現高瓦斯礦井，若是煤礦企業在開采資源時未能注意到此類瓦斯異常區，便會造成相對嚴重的瓦斯事故，不僅威脅工作人員的生命安全，還會阻礙資源采集工作正常推進，降低資源開采的經濟效益。

1 ?山西臨縣錦源煤礦概述

山西臨縣錦源煤業有限公司于2004年成立，主要負責開采建設錦源煤礦，批準井田面積是78km2，原煤地質儲量109t。山西臨縣錦源煤礦地處呂梁山系，地貌以高原為主，地勢走向為北高西南低，黃河流經煤礦井田的西部，流距大約20000m，湫水河流經井田的西北部，長度大約6500m，擁有良好的用水條件;礦井處于黃土高原西北部，地震動峰值加速度是0.05g，基本烈度等級為6，自然災害承受能力相對較強;此外，該礦井具體表現為緩傾斜的單斜構造，傾角在5°～10°范圍內，而且地表及孔內未曾發現陷落柱和巖漿活動。

2 ?深部低透高瓦斯礦井瓦斯異常區形成原因

2.1 埋藏深度

埋藏深度越深，地應力越高，煤層的透氣性越差，由于瓦斯是在煤體或圍巖中游離的氣體，若是煤層透氣性過差，其中吸附的瓦斯承受的壓力便會大幅度增加，增大了深部低透高瓦斯礦井異常區出現幾率。據調查數據顯示，山西臨縣錦源煤礦井田走向是自北向南，地層傾向是北西西向西，最高處為1080.4m，最低點為664.8m，受此影響瓦斯整體濃度表現為北高南低，各煤層井田的瓦斯成分以CH4為主，以H2、CO2為輔。

2.2 煤層圍巖

煤層圍巖直接影響煤體瓦斯賦存量，若是圍巖透氣性能較好，瓦斯涌出量明顯增加，如果圍巖隔氣性能優良，煤體封存瓦斯的能力便會相對較強，瓦斯涌出量自然降低，相同環境條件下，如果礦井頂板是砂巖，那么巖下煤層內部瓦斯含量會因為粒度粗細而略有不同，通常粒度粗的煤層瓦斯含量較少[1]。山西臨縣錦源煤礦主要分為17個煤層，分別記為01、02、03、1、2、3、4、5、5下、6上、6、7、7下、8、9、10、11，其中2號煤層頂巖性為泥巖（0.2～2.25m）、砂質泥巖（1.17m），4號為粉砂巖（0.73～2.61m）、砂質泥巖（1.46m），煤層穩定性較差，只能局部開采;5號頂板巖性為細粒砂巖（2.21～7.88m）、砂質泥巖（4.59m），8號是石灰巖（最小厚度：2.70～4.31m，最大厚度：3.33m），9號為泥質砂巖（2.35～6.24m）、泥巖（3.87m），煤層穩定性較強，可以全局開采。由此可見，山西臨縣錦源煤礦煤層頂板巖石以泥巖和細粒砂巖為主，局部有粉砂巖，圍巖隔氣性較好而透氣性較差，故而容易形成瓦斯異常區。

3 ?瓦斯礦井瓦斯異常區可采取的瓦斯治理技術

3.1 全方位設置檢查點

煤礦企業若想解決煤礦井田異常區瓦斯濃度過高的問題，可以采取在開采區域全方位設置檢查點的方式，動態監測工作面瓦斯涌出量。通常深部低透高瓦斯礦井異常區工作面的瓦斯濃度最高0.5%，下隅角濃度最高0.8%，隨著采煤工作面逐漸推進，采空區頂板會因為周期來壓影響出現折斷與垮落現象，導致下隅角瓦斯濃度不斷瀕臨報警臨界，對工作人員的人身安全與生命健康造成嚴重威脅。對此，煤礦企業在采掘資源時，應全面分析礦井瓦斯濃度變化規律，在上出口以下50m、下出口以上100m、上隅角、下隅角、采空區煤壁等工作面設置瓦斯檢查點，此外還要在瓦斯抽放鉆場、風機排風口、高位鉆孔、抽放管路排放口等處設置檢查點，要求檢查人員嚴格按照“三測三報”準則開展瓦斯濃度監測工作，以此增強礦井工作的安全性[2]。

3.2 基于實際設計防治方案

在針對瓦斯異常區進行治理時，煤礦企業應基于實際情況制定科學合理的防治方案，本段以上隅角和下隅角瓦斯防治為例進行分析。第一，眾所周知上隅角位于采空區進風通道，易因為周期來壓集聚瓦斯，因此煤礦企業應先每隔5m設置一道擋風墻，為了保證擋風效果，最好采用黃泥充當墻體制作材料，再將擋風簾全面覆蓋在擋風墻上，此舉在極大程度上增強了上隅角防風能力，有利于避免上隅角瓦斯流出。第二，下隅角處于采空區回風通道，針對此區域開展瓦斯治理，需要煤礦企業在下巷布置專用抽出式局部通風機，為了保證瓦斯抽采效果，吸風口與切頂排之間的距離要控制在0.5～1.0m范圍內，同時在出風口5m處安裝傳感器，如此便可將下隅角巷道內的瓦斯濃度控制在1%以內。

3.3 構建瓦斯災害信息系統

現代社會信息技術十分普及，計算機、大數據、數字化等技術已經被廣泛應用于各行業領域，基于深部低透高瓦斯礦井實際情況，借助先進技術構建瓦斯災害信息系統，對異常區瓦斯濃度變化數據進行收集、整理、分析、保存，能夠增強瓦斯治理方案的有效性。對此，煤礦企業要針對瓦斯異常區建立專題數據庫，將礦井邊界、井田構造、挖掘范圍、煤層頂/底板巖性、鉆孔技術工藝、采動應力變化、瓦斯積聚量、瓦斯涌出量等技術資料納入數據庫中。以上述數據為基礎，利用計算機針對瓦斯災害繪制礦井地質應力圖、異常區基礎信息圖、瓦斯含量等值線圖、瓦斯壓力變動圖、煤層厚度異常信息圖等系列圖件，結合瓦斯異常區實際情況構建動態擬真模型，有利于提前預警瓦斯災害。

3.4 發揮高位鉆孔抽放技術作用

煤層在開采后，其頂板巖層會因為動應力影響發生移動冒落現象，一般采空區垂直方向是重災區，按照瓦斯積聚濃度對（由低到高）該區域進行劃分，具體表現為彎曲下沉帶、裂隙帶、冒落帶[3]。對此，煤礦企業可以通過發揮高位鉆孔抽放技術的作用，對裂隙帶以及受采動應力影響較大的上附鄰近層的瓦斯進行抽采，主要原因是此區域上下兩側擁有煤壁支撐，處于離層縫隙發育范圍內，使用高位鉆孔對瓦斯進行抽放，能夠加速裂隙帶內部瓦斯流動，有利于抽采更多體積分數較高的瓦斯，對改善瓦斯積聚問題具有積極影響。

4 ?結語

綜上所述，埋藏深度、煤層圍巖、采掘技術是影響深部低透高瓦斯礦井瓦斯異常區形成的主要原因，為了增強資源開采安全性，煤礦企業應采取有效性與可靠性較強的治理技術，如全方位設置檢查點、基于實際設計防治方案、構建瓦斯災害專題數據庫、發揮高位鉆孔抽放技術作用等，以此降低工作面瓦斯含量。

參考文獻

[1] 劉曉恒，張富國.綜放工作面瓦斯異常區綜合治理技術[J].中國煤炭，2018，44（9）：113-116.

[2] 安俊孝，鄭武，郭曉陽，等.下溝煤礦瓦斯異常涌出原因分析及防治措施[J].煤礦安全，2016，47（7）：147-150.

[3] 王興華.瓦斯異常區采煤工作面瓦斯檢測與綜合防治[J].山東煤炭科技，2016（6）：74-75，79.