如何利用瓦斯地质规律治理极薄煤层

发布时间：2016-09-10

　　我矿区范围内4煤层属于沉积稳定的煤层，但大部分受岩浆岩侵蚀，其他较薄区域没有被侵蚀。在开采区域内，煤层厚度为0.55～0.75m，平均0.6m。煤层变质程度较高。

　　摘要：山东东泰矿业公司一号矿为高瓦斯矿井，四煤层的420采区，423回采工作面地质构造复杂，区域受断层的影响，在区域煤层内瓦斯赋存丰富，吨煤瓦斯含量8.0立方米/吨。由于煤层较薄，造成了瓦斯治理难度大，严重威胁矿井安全生产。本文以420采区423采煤工作面为例，介绍我矿井在开采极薄煤层过程中，回采工作面的瓦斯治理。

　　关键词：开采方法;地质构造;瓦斯赋存;治理措施

　　1基本情况

　　1.1煤层与煤

　　煤均一结构，以镜煤为主，夹少量亮煤和暗煤，为光亮型煤。煤层黑色，玻璃光泽，容重1.4t/m3，硬度较高，外生裂隙发育，断口阶梯～贝壳状，灰份(Ad)：原煤14.57～18.47%，平均15.96%。挥发份(Vdaf)：原煤7.45～13.26%，平均11.79%。全硫(Std)：原煤1.59～2.06%，平均1.76%。发热量(Qqrd)：平均28.46MJ/kg。粘结性指数(GRI)：1～2。综上所述，4煤为低中灰、中硫、高发热量、无粘结性的贫煤。

　　1.2煤层开采

　　4煤层第一个采区为410采区，开采标高-202-420m地面垂深322～540m煤层瓦斯吨煤含量6.0立方米/吨，能够安全回采，现在开采的420采区，开采标高为-528～-617m，煤层埋深633.0～737.0m，比410采区增加200～300m左右，煤层瓦斯吨煤含量8.0立方米/吨，工作面瓦斯含量增大，威胁安全生产。

　　1.3工作面的顶底板岩性

　　顶板：为一灰，厚度0.3～1.10m，平均0.7m，灰色，质地不纯，泥质成分高，为较稳定的标志层，含贝壳类、海百合茎、珊瑚及腕足类化石。其上覆为6～10m厚的页岩，致密，韧性好;上为3.4～10.2m的砂质页岩;再向上为4～10.8m的细砂岩，弱含水层。底板：为砂质页岩，厚度6m左右，灰～灰黑色，为细粒长石石英砂岩，泥矽质胶结，较坚硬，夹条带泥质结核，裂隙较发育，含植物根部化石，局部有薄层粘土页岩伪底。

　　1.4工作面的几何尺寸及采煤方法

　　423采煤工作面位于420采区的东翼，东边至岩浆岩侵蚀边界，北边与南边都是实煤区，标高-586.3～-555.2m，工作面倾斜长80m，走向长270m，面积20805m?，煤层平均厚度为0.65m，储量1.9万t，煤层倾角8～12°。在工作面范围内有一条断层。采煤方法为走向长壁后退式采煤方法，全部垮落法管理顶板的开采方法。工作面最大、最小空顶矩内，采用单体液压支柱配高强度板支护顶板，放顶歩距，见四回一板。

　　2地质构造及瓦斯赋存

　　2.1地质构造

　　地质构造对瓦斯赋存影响较大，一方面造成瓦斯分布不均衡，另一方面形成了瓦斯赋存或瓦斯排放的有利条件。不同类型的构造形迹，地质构造的不同部位、不同力学性质和封闭情况，形成不同的瓦斯赋存条件。

　　2.2瓦斯赋存

　　瓦斯是地质作用的产物，瓦斯的形成和保存、运移和富集与地质条件关系密切。煤层内的瓦斯含量、瓦斯压力和地应力随地质构造复杂程度的不同存在着较大的差异，瓦斯赋存条件和分布区域的主要地质因素。

　　(1)煤层埋藏深度。当煤层瓦斯赋存封闭条件好的前提下埋藏深度增大时，瓦斯一定深度范围内，煤层瓦斯含量亦随埋藏深度的增大而增加;与煤层埋藏深度呈正比例关系。420采区与410采区比较煤层埋深增加200～300m左右，工作面瓦斯含量增加2立方米/吨。煤层埋深每100m瓦斯含量增加1立方米/吨。

　　(2)岩浆活动。岩浆活动对瓦斯赋存影响比较复杂。岩浆侵入含煤岩系或煤层，在岩浆热变质和接触变质的影响下，煤的变质程度升高，瓦斯生成量和吸附能力增大。在缺少隔气盖层或封闭条件不好时，岩浆的高温作用可以强化煤层瓦斯排放，使煤层瓦斯含量减小。岩浆岩体有时会使煤层局部被覆盖或封闭，形成隔气盖层.总体分析，岩浆侵入煤层有利于瓦斯生成和保存的现象较为普遍。

　　4层煤大部分受火成岩侵蚀，在侵蚀过程中形成大量的瓦斯，又因为4煤层围岩封闭性好，火成岩本身致密，孔隙性差，大量的瓦斯被包围在未被侵蚀的煤层中，被煤层吸收。423切眼处为火成岩侵蚀的边界，瓦斯含量高。

　　(3)围岩条件。煤层围岩是指包括煤层直接顶、老顶和直接底板等在内的一定厚度范围的煤层顶底岩层。煤层围岩对瓦斯赋存的影响，取决于它的隔气和透气性能。

　　4层煤顶板为一层灰岩，灰岩上覆为6～10m厚的页岩，直接底为砂质页岩，致密，封闭性好，利于瓦斯的保存。这也是423回采工作面瓦斯含量高的原因之一。

　　(4)煤变质程度。瓦斯在煤岩层有两种存在状态，即游离态和吸附状态。煤中赋存状态以吸附状态最多，约占煤中瓦斯总量的70%～95%。吸附能力取决于煤的孔隙率、变质程度以及外界温度和压力。

　　在煤的变质过程中，地压作用使煤的孔隙率减小，煤质渐趋致密。随着煤的先一步变质，在高温、高压作用下，煤体内部因干馏作用而生成许多微孔隙，面积达到最大，瓦斯在煤中的吸附能力最强。不同变质程度的煤，在区域分布上常呈带状分布，形成不同的变质带，这种变质分带在一定程度上控制着瓦斯的赋存和区域性分布。

　　4煤层孔隙与裂隙较为发育，变质程度高，所以煤层对瓦斯的吸附能力强。煤层中赋存的瓦斯较高。

　　3瓦斯的治理

　　4煤层为高瓦斯威胁煤层，按照《防治煤与瓦斯突出细则》相关规定，根据煤层的采高，制定特殊回采施工方案。工作面回采时，采用“工作面超前打炮眼预排瓦斯”的措施，回采工作面工艺流程：由原来的打眼--装药--放炮--装煤—移溜—支柱—放顶。调整为装药--放炮--装煤--打眼--移溜—支柱—放顶。留出6小时的时间，用来瓦斯释放及卸压。地质构造复杂区域高瓦斯煤层的瓦斯治理工作，必须高度重视，组织管理要全面，技术措施要严密，职责要落实，现场严格执行“有瓦斯必疏，有瓦斯必排，预防为先”的原则，确保在安全的前提下，完成地质构造复杂区域高瓦斯煤层的采煤工作。

　　4结语

　　在深井瓦斯地质构造复杂区域进行回采时，要根据区域地质特征利用瓦斯的赋存规律，采取有效地治理瓦斯措施，解决回采工作面的瓦斯超限，防止造成瓦斯重大事故，确保矿井安全生产。

　　阅读期刊：《煤炭经济研究》

　　《煤炭经济研究》杂志是由国家煤矿安全监察局主管的、由中国煤炭经济研究会和煤炭科学研究总院经济与信息研究所共同主办的，是一部面向国际国内公开发行的全国经济类核心刊物。荣获第二届全国优秀科技期刊称号。