深部低透高瓦斯矿井瓦斯异常区的瓦斯治理技术分析与研究
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作者:毛守君 倪志远 张兆仁
摘 要：瓦斯是一种以游离和吸附状态存在于煤体或围岩中的气体，达到一定浓度后遇到碰撞会发生燃烧与爆炸现象，极容易给煤炭资源开采安全造成严重威胁。本文以山西临县锦源煤矿为例，简单分析埋藏深度、煤层围岩等导致深部低透高瓦斯矿井瓦斯异常区形成的原因，重点阐述治理瓦斯异常区的技术与措施，以期帮助煤矿企业实现提高瓦斯异常区治理效果，有效控制工作面瓦斯浓度的目的。
关键词：瓦斯矿井 治理技术 瓦斯异常区
中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）01（a）-0012-02
因为地质构造与赋存条件等要素影响，不同煤层瓦斯在分布方面存在较强的不均匀性，某些低瓦斯区域也有可能出现高瓦斯矿井，若是煤矿企业在开采资源时未能注意到此类瓦斯异常区，便会造成相对严重的瓦斯事故，不仅威胁工作人员的生命安全，还会阻碍资源采集工作正常推进，降低资源开采的经济效益。
1 山西临县锦源煤矿概述
山西临县锦源煤业有限公司于2004年成立，主要负责开采建设锦源煤矿，批准井田面积是78km2，原煤地质储量109t。山西临县锦源煤矿地处吕梁山系，地貌以高原为主，地势走向为北高西南低，黄河流经煤矿井田的西部，流距大约20000m，湫水河流经井田的西北部，长度大约6500m，拥有良好的用水条件;矿井处于黄土高原西北部，地震动峰值加速度是0.05g，基本烈度等级为6，自然灾害承受能力相对较强;此外，该矿井具体表现为缓倾斜的单斜构造，倾角在5°～10°范围内，而且地表及孔内未曾发现陷落柱和岩浆活动。
2 深部低透高瓦斯矿井瓦斯异常区形成原因
2.1 埋藏深度
埋藏深度越深，地应力越高，煤层的透气性越差，由于瓦斯是在煤体或围岩中游离的气体，若是煤层透气性过差，其中吸附的瓦斯承受的压力便会大幅度增加，增大了深部低透高瓦斯矿井异常区出现几率。据调查数据显示，山西临县锦源煤矿井田走向是自北向南，地层倾向是北西西向西，最高处为1080.4m，最低点为664.8m，受此影响瓦斯整体浓度表现为北高南低，各煤层井田的瓦斯成分以CH4为主，以H2、CO2为辅。
2.2 煤层围岩
煤层围岩直接影响煤体瓦斯赋存量，若是围岩透气性能较好，瓦斯涌出量明显增加，如果围岩隔气性能优良，煤体封存瓦斯的能力便会相对较强，瓦斯涌出量自然降低，相同环境条件下，如果矿井顶板是砂岩，那么岩下煤层内部瓦斯含量会因为粒度粗细而略有不同，通常粒度粗的煤层瓦斯含量较少[1]。山西临县锦源煤矿主要分为17个煤层，分别记为01、02、03、1、2、3、4、5、5下、6上、6、7、7下、8、9、10、11，其中2号煤层顶岩性为泥岩（0.2～2.25m）、砂质泥岩（1.17m），4号为粉砂岩（0.73～2.61m）、砂质泥岩（1.46m），煤层稳定性较差，只能局部开采;5号顶板岩性为细粒砂岩（2.21～7.88m）、砂质泥岩（4.59m），8号是石灰岩（最小厚度：2.70～4.31m，最大厚度：3.33m），9号为泥质砂岩（2.35～6.24m）、泥岩（3.87m），煤层稳定性较强，可以全局开采。由此可见，山西临县锦源煤矿煤层顶板岩石以泥岩和细粒砂岩为主，局部有粉砂岩，围岩隔气性较好而透气性较差，故而容易形成瓦斯异常区。
3 瓦斯矿井瓦斯异常区可采取的瓦斯治理技术
3.1 全方位设置检查点
煤矿企业若想解决煤矿井田异常区瓦斯浓度过高的问题，可以采取在开采区域全方位设置检查点的方式，动态监测工作面瓦斯涌出量。通常深部低透高瓦斯矿井异常区工作面的瓦斯浓度最高0.5%，下隅角浓度最高0.8%，随着采煤工作面逐渐推进，采空区顶板会因为周期来压影响出现折断与垮落现象，导致下隅角瓦斯浓度不断濒临报警临界，对工作人员的人身安全与生命健康造成严重威胁。对此，煤矿企业在采掘资源时，应全面分析矿井瓦斯浓度变化规律，在上出口以下50m、下出口以上100m、上隅角、下隅角、采空区煤壁等工作面设置瓦斯检查点，此外还要在瓦斯抽放钻场、风机排风口、高位钻孔、抽放管路排放口等处设置检查点，要求检查人员严格按照“三测三报”准则开展瓦斯浓度监测工作，以此增强矿井工作的安全性[2]。
3.2 基于实际设计防治方案
在针对瓦斯异常区进行治理时，煤矿企业应基于实际情况制定科学合理的防治方案，本段以上隅角和下隅角瓦斯防治为例进行分析。第一，众所周知上隅角位于采空区进风通道，易因为周期来压集聚瓦斯，因此煤矿企业应先每隔5m设置一道挡风墙，为了保证挡风效果，最好采用黄泥充当墙体制作材料，再将挡风帘全面覆盖在挡风墙上，此举在极大程度上增强了上隅角防风能力，有利于避免上隅角瓦斯流出。第二，下隅角处于采空区回风通道，针对此区域开展瓦斯治理，需要煤矿企业在下巷布置专用抽出式局部通风机，为了保证瓦斯抽采效果，吸风口与切顶排之间的距离要控制在0.5～1.0m范围内，同时在出风口5m处安装传感器，如此便可将下隅角巷道内的瓦斯浓度控制在1%以内。
3.3 构建瓦斯灾害信息系统
现代社会信息技术十分普及，计算机、大数据、数字化等技术已经被广泛应用于各行业领域，基于深部低透高瓦斯矿井实际情况，借助先进技术构建瓦斯灾害信息系统，对异常区瓦斯浓度变化数据进行收集、整理、分析、保存，能够增强瓦斯治理方案的有效性。对此，煤矿企业要针对瓦斯异常区建立专题数据库，将矿井边界、井田构造、挖掘范围、煤层顶/底板岩性、钻孔技术工艺、采动应力变化、瓦斯积聚量、瓦斯涌出量等技术资料纳入数据库中。以上述数据为基础，利用计算机针对瓦斯灾害绘制矿井地质应力图、异常区基础信息图、瓦斯含量等值线图、瓦斯压力变动图、煤层厚度异常信息图等系列图件，结合瓦斯异常区实际情况构建动态拟真模型，有利于提前预警瓦斯灾害。
3.4 发挥高位钻孔抽放技术作用
煤层在开采后，其顶板岩层会因为动应力影响发生移动冒落现象，一般采空区垂直方向是重灾区，按照瓦斯积聚浓度对（由低到高）该区域进行划分，具体表现为弯曲下沉带、裂隙带、冒落带[3]。对此，煤矿企业可以通过发挥高位钻孔抽放技术的作用，对裂隙带以及受采动应力影响较大的上附邻近层的瓦斯进行抽采，主要原因是此區域上下两侧拥有煤壁支撑，处于离层缝隙发育范围内，使用高位钻孔对瓦斯进行抽放，能够加速裂隙带内部瓦斯流动，有利于抽采更多体积分数较高的瓦斯，对改善瓦斯积聚问题具有积极影响。
4 结语
综上所述，埋藏深度、煤层围岩、采掘技术是影响深部低透高瓦斯矿井瓦斯异常区形成的主要原因，为了增强资源开采安全性，煤矿企业应采取有效性与可靠性较强的治理技术，如全方位设置检查点、基于实际设计防治方案、构建瓦斯灾害专题数据库、发挥高位钻孔抽放技术作用等，以此降低工作面瓦斯含量。
参考文献
[1] 刘晓恒，张富国.综放工作面瓦斯异常区综合治理技术[J].中国煤炭，2018，44（9）：113-116.
[2] 安俊孝，郑武，郭晓阳，等.下沟煤矿瓦斯异常涌出原因分析及防治措施[J].煤矿安全，2016，47（7）：147-150.
[3] 王兴华.瓦斯异常区采煤工作面瓦斯检测与综合防治[J].山东煤炭科技，2016（6）：74-75，79.
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