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7 4 煤矿安全 T o ta l 4 0 0 的 题给币 . 彬长矿区瓦斯赋存及治理探讨 马 安 强 ’ ， 郭 矿， 宋 战 宏 ， ， 丁 建 烁 ， ， 付 红 平 4 1 . 陕西煤犷安全监察局咸阳 监察分局， 侠西西 安7 1 0 0 1 6 ; 2 . 侠西能源 职业技术学院， 侠西成阳7 1 2 0 0 0 ; 3 . 侠西 彬长煤炭有限责 任公司， 陕西成阳7 1 2 0 0 0 ; 4 . Fk西黄陵煤炭有限责任公司， 陕西黄陵7 2 0 0 0 3 摘 要 彬长矿区 是国家1 3 个重点煤炭基地开发项目中黄陇基地的核心矿区。犷区属隐伏煤 田， 地质灾害 较为 严重， 随着 矿区 开 发力 度逐步加大， 瓦 斯灾害 逐渐凸 现， 对矿区 的安全生产构成 极大的 威胁。 根据犷区 地质构造特点 初步分析了 矿区瓦 斯赋存特点及其原因， 并结合矿区实际 提出了瓦斯防治的方法和做法， 在实际生产中取得了 一定效果。 关键词 彬长矿区; 瓦 斯斌存; 瓦 斯治理 中图 分类号 T D 7 1 2 . 2文献 标识码 B文 章编号 1 0 0 3 - 4 9 6 X 2 0 0 8 0 3 - 0 0 7 4 - 0 4 彬长矿区位于黄陇侏罗纪煤田西部， 南至太峪 背 斜北侧， 北到陕 甘交 界， 东以4 “ , 7 6 “ , 7 3 . 钻孔连线 与旬东矿区相邻， 西界止于8 号煤底板2 0 0 m等高 线， 东西长3 2 k m ， 南北宽3 0 k m ， 面积9 1 3 k m 2 。区 内完成详查勘探， 煤层、 煤质、 储量基本探明， 地质储 量2 4 1 亿t 、 可采储量8 7 亿t 。区域构造属渭北挠褶 带北缘太峪背斜北侧， 总体走向北东东， 倾向西北， 倾角5 。 一 1 0 0 。含煤地区被一组近东西的宽缓褶曲 控制， 从南向北依次为彬县背斜， 大佛寺向斜， 路家 一 小灵台背斜， 孟村向 斜， 十里铺一 西坡背斜。 褶曲 长度1 0 3 0 k m ， 幅度6 0 一 8 0 m 。 背斜南缓北陡， 向 斜则相反， 对煤系、 煤层厚度变化有控制作用， 煤层 有东西两翼增厚、 南北变薄趋势。矿区含煤地层为 中 下侏罗统延安组， 含煤8 层， 从上向下编为1 一 8 号， 1 , 3 , 5 号煤局部可采， 8 号为主 采层， 较稳定， 煤 层厚度0 . 1 5 - - 4 3 . 8 7 m ， 平均厚度1 0 . 6 4 m ， 结构简 单至复杂。 顶板为泥岩、 砂质泥岩和粉砂岩， 底板为 粘土岩。 彬长矿区属隐伏煤田， 迄今为止尚未大规模开 发， 仅在矿区 南部附近的水帘区、 矿区外围的百子沟 区 有5 对地方煤矿生产， 除 下沟煤矿为大型矿 井外， 其余为小型矿井。 彬长矿区是一个正在开发的大型 矿区， 有条件以煤、 电、 路集团项目 的模式进行开发， 1 9 9 3 年煤炭工业西安设计研究院与有关单位编制 了 彬长矿区煤电 路集团项目 预可行性研究报告 ， 1 9 9 4 年编制了 彬长矿区煤电路集团项目 预可行性 研究报告 修改 。国家计委于 1 9 9 7 年8 月以计 交能 1 9 9 7 3 1 3 5 1 号文件对彬长矿区 煤炭部分 进 行了批复， 根据该批复文件， 矿区总规模2 1 . 0 M t / a 左右， 其中国 有大型矿井4 处， 规模1 7 . 0 M V a ， 地方 国有矿井3 处， 规模3 . 1 5 0 M t / a o 1 彬长矿区瓦斯概况 从矿区现在已经开始生产的下沟、 水帘洞、 火石 嘴 含官牌井田 、 亭南等煤矿的地质详精查报告 中， 都没有详尽的描述， 只是简单说明为低瓦斯煤 层。各矿近几年的年度瓦斯鉴定报告均为低瓦斯， 但是由于1 9 8 9 年3 月水帘洞煤矿曾发生特大瓦斯 爆炸事故， 各矿均按高瓦斯矿井管理。近几年来， 随 着下沟、 水帘洞煤矿技改和大佛寺、 亭南煤矿的开发 建设， 这些矿井相继出现瓦斯大量涌出和瓦斯超限 等现象， 各矿均作了大量的瓦斯治理工作、 取得了一 定的瓦斯赋存和涌出数据， 基本上否定了地质报告 中所表述的低瓦斯矿的结论。 1 . 1 矿区瓦斯赋存 1 . 1 . 1 瓦斯赋存特点 大多数煤田随着煤层开采水平的降低， 煤层瓦 斯含量增大、 开采煤炭瓦斯涌出量增加。但是彬长 矿区瓦斯赋存与涌出并不规律 地处矿区浅部的水 帘洞煤矿西区、 大佛寺煤矿、 下沟 煤矿4 0 4 采区， 在 掘进工作面 和采煤工作面瓦斯一直居高不下， 而相 对地处深 部的 火石嘴 煤矿官牌井田、 亭南煤矿、 下沟 煤矿4 0 1 采区及二水平延伸则瓦斯涌出 量较小， 见 表 1 。 1 . 1 . 2 原因分析 1 地质 构造的影响。 彬长矿区 沿径 河两翼 形 成延伸到 下部地层仍为类似构造特征。 现正 在开发 的 南翼. 由 河岸单斜分为上、 下两盘。 从下沟 矿4 采 万方数据 煤矿安全 2 0 0 8 - 0 3 7 5 表1 彬长矿区部分矿井瓦斯绝对涌出 f 矿井 采区 名称 开采水平瓦斯涌出量 / m / m 3 m i n 一 1 瓦斯 等级 水帘洞煤矿西区 大佛寺煤矿 下沟煤矿4 0 4 采区 下沟煤矿4 0 1 采区 火石嘴煤矿官牌井田 亭南煤矿 7 8 4 6 5 0 5 2 0 4 3 0 4 5 0 4 石 0 高瓦斯 高瓦斯 高瓦斯 低瓦斯 低瓦斯 低瓦斯 区 所开掘的4 0 4 采区回风上山看， 该单斜构造倾斜 长度2 0 6 m ， 最大坡度4 7 0 ， 垂直高度1 3 7 一 1 6 5 m o 该构造为矿区主要构造， 将径河两翼煤层分为上、 下 两盘， 上盘埋藏较浅， 下盘相对较深。瓦斯涌出量大 的高瓦斯矿井均分布在单斜上盘， 如水帘洞矿、 大佛 寺矿; 下盘的火石嘴矿官牌井田、 亭南煤矿则为低瓦 斯矿井。下沟矿礴 以 采区整体处于单斜构造的下 盘， 但是由于4 0 4 采区的4 0 1 综放工作面回风顺槽 穿人单斜构造的上盘， 导致该工作面有一部分将单 斜构造上盘圈人， 在切眼处圈人长度大约1 0 0 m左 右， 沿回风顺槽方向圈人长度达约8 0 0 m左右， 因此 该区域内瓦斯涌出量明显大于矿井其它区域瓦斯涌 出量。 从彬长矿区现有的生产矿井和在建矿井所揭露 的煤层来看， 矿区经河南翼弯曲状单斜为瓦斯异常 区域， 单斜上盘为高瓦斯区、 下盘为低瓦斯区。上盘 区域内的大佛寺矿、 水帘洞矿煤层断层及褶曲分布 相对下盘较多。在实际生产过程中遇到构造段， 如 果没有提前预抽瓦斯， 往往造成采掘工作面瓦斯大 量涌出、 同时伴随水的涌出量也增大。比如大佛寺 煤矿4 0 3 0 1 综放面回风顺槽距开口1 0 0 m处瓦斯涌 出 量高达2 6 m 3 / m in ， 水帘洞煤矿1 4 1 1 短壁面回风 顺槽距开口1 5 0 m处瓦 斯涌出 量也高 达2 5 . m 3 / m i n a 2 支护方式与开采工艺的影响。彬长矿区煤 质较硬， 可开采的4 “ 煤平均厚度1 1 m左右， 在煤炭 开采过程中， 巷道的支护形式普遍为锚杆支护， 巷道 和采煤工作面留底煤厚度为2m左右， 加之矿井普 遍采 用综 放 采煤方法， 采、 放煤高度达1 0 一 1 2 m ， 因 此， 随着巷道掘进延伸， 锚杆孔瓦斯涌出量不断增 加; 所留 底煤以 及所放顶煤瓦斯大量涌出， 造成工作 面以及采空区瓦斯管理难度加大， 采掘工作面瓦斯 超限现象频繁发生。 2 瓦斯治理 2 . 1 掘进期间的瓦斯治理 2 . 1 . 1 加强掘进工作面的通风管理 采用合理的通风方式以及合理的配风量是掘进 工作面瓦斯治理的有效方法之一。严格实行局部通 风机供风“ 三专两闭锁” 、 “ 双风机、 双电源、 自动切 换” ， 从技术上确保供风的连续性。总结矿区下沟 矿、 大佛寺矿、 亭南矿的实践经验与教训， 掘进采用 两台2 x 3 0 k W或者2 x 4 5 k W的轴流式对旋风机 供风效果最好 故障率低、 停机率低， 特殊情况下可 以保障一台风机向掘进面正头供风、 另一台风机临 时处理后巷的积聚瓦斯 。 2 . 1 . 2 合理预留 底煤 彬长矿区4 “ 煤底板为炭质泥岩或铝土岩， 容易 遇水膨胀， 给采掘工作带来极大的困难， 因此各矿在 采掘时都要预留 底煤。但是留底煤势必造成瓦斯涌 出量的增加， 留多厚底煤各矿情况不一， 减少底煤预 留厚度， 可以有效降低瓦斯涌出， 提高矿井煤炭回收 率。总结矿区各矿的实践经验， 底煤预留厚度2m 效果最佳。 2 . 1 . 3 采用合理支护形式 前面在分析掘进工作面瓦斯涌出时， 锚杆孔瓦 斯涌出是一个不容忽视的原因， 因此在掘进时， 要尽 可能的减少暴露锚杆孔， 采用锚喷支护方式， 可以有 效地降低煤壁瓦斯自由释放以及锚杆孔的瓦斯涌 出， 减少掘进工作面瓦斯超限现象发生。 2 . 1 . 4 采用掘前预抽技术 彬长矿区煤层透气性良好， 透气系数在0 . 5 左 右， 煤层瓦斯具有较好的可抽放性。因此采取掘前 预抽是治理掘进工作面瓦斯超限的最有效方法。掘 前预抽可采用水平长钻孔预抽、 边掘边抽两种抽放 方法。 1 水平长钻孔抽放。在进、 回顺槽以及辅助 灌浆巷掘进巷道， 每间隔5 0 0 m布置一组钻场， 每个 钻场布置2 个直径1 1 3 m m ， 孔深5 0 0 m的瓦斯抽放 钻孔， 钻孔沿巷道走向布置。钻孔呈对角布置， 两钻 孔间距至少在1 m以上， 根据巷道瓦斯涌出情况及 煤层走向设计钻孔个数及参数; 钻孔采用聚氨醋 聚氨荃甲酸醋 封孔， 聚氨醋封孔采用管卷缠药液 法封孔。 抽放管为外径1 5 9 m m的钢管， 长为6 一 8 m 。为了避免封孔管晃动影响封孔质量， 孔口处用 木塞楔紧。封孔1 h 后， 便可与抽放管路连接， 每个 钻孔安设一个孔板流量计。 2 边掘边抽。在掘进巷道每间隔6 0 m布置 一组瓦斯抽放 钻场， 每 个钻场布置4 个直径7 5 m m , 孔深1 0 0 m的瓦斯抽放钻孔， 钻孔布置在巷帮松动 49953284， 万方数据 7 6 煤矿安全 、 . 圈范围; 钻孔呈竖直排列， 钻孔间距至少在0 . 5 m以 上， 根据巷道瓦斯涌出情况及煤层走向设计钻孔个 数及参数; 封孔工艺及操作程序与水平长钻孔相同; 封孔1 h 后， 便可与抽 放管路连接， 每个钻场至少安 设2 个测量取样参数孔。 钻机的配置一般边掘边抽配备M K一 3 型钻机， 水平长钻孔配备M K 一 7 型 钻机， 数量可根据各矿实 际情况来定， 以保障掘进进度为宜。 2 . 2 采煤工作面瓦斯治理 采煤工作面瓦斯治理的难点和重点就是上、 下 隅角以及回风流瓦斯频繁超限， 而上、 下隅角瓦斯积 聚更是瓦斯管理的难点和焦点。彬长矿区现代化矿 井、 高瓦斯矿井综采放顶煤工作面在这方面的问题 尤为突出。 2 . 2 . 1 加强 采面 采前预抽瓦 斯 彬长矿区采煤工作面现在的发展趋势是越来越 大型化， 工作面长度从原来的9 0 m发展到现在2 2 0 一 2 6 0 m ， 走向长度发展到现在已达20 0 0一 3 0 0 0 m 。工作面采前预抽是治理瓦斯的最有效方法之 在进、 回两顺槽掘进巷道靠近工作面侧， 顺工作 面倾向布置钻场抽放本煤层瓦斯， 钻场间距8 一 巧 m ， 孔深1 5 0 m ， 孔径7 5 m m 。钻孔顺工作面倾向， 与 巷道呈垂直排列， 根据煤层倾向， 可适当调整钻孔参 数; 封孔工艺及操作程序与掘进工作面水平长钻孔 相同; 封孔1 h 后， 便可与抽放管路连接， 钻孔与管 路连接处， 应充分利用集流器处的管口， 均匀布置连 接管口， 严禁仅在个别管孔上连接， 确保抽放效果。 每隔2 个孔需安1 个瓦斯浓度观测孔， 保证检测取 样。 钻机的配置一般采用M K一 3 型钻机， 数量可根 据各矿采面实际情况来定， 以 保障瓦斯抽放效果和 工作面推进度为宜。 2 . 2 . 2 合理选择采面巷道布里方式 采煤工作面的瓦斯治理是矿井通风瓦斯管理的 一个重要部分。 彬长矿区高瓦斯矿井综放工作面涌 出瓦斯通过风排占其总量的4 0 左右， 其余0左 右则积聚在放煤后采空区形成的上部三角区， 这样 就好像给采面背了 一个大“ 包袱” ， 如何处理好这个 “ 包袱” ， 只能通过负压抽放来解决。选择合适的采 ， 面巷道布置方式为解决这个“ 包袱” 提供了有利条 件。现在采煤工作面巷道布置方式有以下几种基本 方式 U 型方式、 U L 型方式、 L U L 型方式、 Y 型方式、 偏 Y型方式等。从彬长矿区火石嘴煤矿、 下沟煤矿、 大佛寺煤矿、 亭南煤矿等几个大型矿井的 实践经验来看， 在彬长矿区高瓦斯矿井的采煤工作 面 特 别是综采放顶煤工作面 巷道的布置方式应 该采用U L 型 或者L U L 型 ， 即 在工作面进 风顺槽、 回风顺槽2 条巷道的基础上再增加一条巷 道， 其具体布置位置在轨道巷 综放工作面进、 回风 顺槽一般沿煤层底板掘进或者预留1 一 2m底煤掘 进 向 外侧平移2 0 一 3 0 m左右沿煤层顶板平行轨 道巷掘一条巷道， 其最大的优点在于利用该巷道可 以布置向工作面灌浆管道和采空区瓦斯抽放管道， 重点是为了 抽放综放工作面采空区瓦斯， 具体来说， 在该巷道超前工作面 1 0 m处布置钻场， 钻场间距 1 0 一 1 5 m ， 向 工作面采空区 打抽放钻孔， 钻孔直径以 2 5 0 m m为宜， 钻孔长度5 0 1 0 0 m左右， 基本达到 工作面后方3 0 m处采空区处， 钻孔打4 - 5 个为宜， 然后下管连接接人矿井抽放系统， 依据采空区瓦斯 情况以及抽放系统的能力， 加大该处抽放力量， 达到 改变采空区瓦斯流向、 减少采空区瓦斯向采面上隅 角积聚。需要注意的是钻孔长度不能太长， 否则会 影响到采空区防灭火工作。 2 . 2 . 3 利用新型局部通风机处理隅角积聚瓦斯 上隅角作为整个采煤工作面采空区的漏风汇合 处， 极易形成瓦斯积聚， 目 前已成为威胁矿井安全生 产的痛疾。特别是近几年， 由于工作面上隅角瓦斯 超限所引起的瓦斯爆炸恶性事故时有所闻。 彬长矿 区的绝大多数瓦斯矿井虽然采取了多种瓦斯抽放方 式， 但是采煤面上隅角仍然存在瓦斯超限现象， 有时 还出现瓦斯局部积聚现象， 对于如何处理， 下沟、 亭 南、 大佛寺等煤矿都作了一些积极尝试， 取得了一定 的实际效果。 1 抽出式无火花风机治理上隅角瓦斯积聚。 采用抽出式无火化风机引排上隅角积聚瓦斯是治理 上隅角瓦斯的有效方式之一。目 前大多采用瓦斯自 动排放系 统， 其主 要由瓦 斯传感器、 控制装置、 调节 风门、 吸风器、 抽出式无火花风机和若干风筒构成 。 当 系 统工作时， 需对风筒内 瓦 斯浓度进行实时监控， 自 动控制调节“ 掺新” 风量， 在保证安全的前提下， 实现最大的排放功率。该系统可以达到对回 采工作 面上隅角积聚瓦斯的安全、 可靠、 高效自 动快速排 放， 通过调节相关参数也可以解决彬长矿区综采放 顶煤工作面、 大采高超长综采工作面上隅角瓦斯频 繁超限的 病疾， 完全满足 煤矿安全规程 和有关规 定。 引排注意事项 第一是引排负压段风筒长度。 万方数据 煤矿安全 2 0 0 8 - 0 3 7 7 隅角处布置一根高压风管代替引射器， 使用效果很 差， 要坚决杜绝。 3 结论 矿井瓦斯是煤矿中最严重的自 然灾害之一， 瓦 斯防治是煤矿安全工作的重中之重， 彬长矿区是正 在开发的大型矿区， 生产规模将来要达到5 0 0 0 万 v 8 ， 其瓦斯防治工作刚刚起步， 在瓦斯赋存规律、 特 点以 及瓦斯防治方式方法等方面需要多方参与， 并 有待进一步研究和改进。 参考文献 何道清. 陕西煤炭技术 M . 徐州 中国矿业大学出版 社， 1 9 9 6 . 包剑影， 等. 阳泉煤矿瓦斯治理技术 M . 北京 煤炭 工业出版社， 1 9 9 6 . 王贤政. 煤矿安全新技术〔 M . 北京 煤炭工业出版 社， 2 0 0 2 . 国家煤矿安全监察局人事司. 煤矿安全监察 M . 徐 州 中国 矿业大学出版社， 2 0 0 1 . 煤炭工业西安设计研究院. 陕西彬长矿区亭南矿井初 步设计 修改 安全专篇说明书 R , 2 0 0 2 . 煤炭工业西安设计研究院. 陕西彬长矿区大佛寺矿井 初步设计 修改 安全专篇说明书 R , 2 0 0 4 . 煤炭工业西安设计研究院. 彬县火石嘴煤矿改扩建矿 产资源开发利用方案〔 R , 2 0 0 4 . 张铁岗. 矿井瓦斯综合治理技术 M . 北京 煤炭工业 出 版社， 2 0 0 1 . 、.声、.户‘.J、.Jl.J‘.J‘..沙、.J 12飞︸41、矛0，产n石 r.、J..‘J..‘沙.‘碑.‘r.‘r.‘矛..‘ 引排负压风筒长度与引排风量、 瓦斯涌出量、 风机抽 排负压等因素密切相关。引排风筒越长， 风筒阻力 越大， 漏风量越大， 引排风量越小; 风机负压越高， 对 风筒质量要求越高， 同时阻力越大， 漏风量越严重。 在实际使用中， 引排负压风筒段一般应 1 5 0 m 。 第 二是吸风口的合理位置。引排系统吸风口的合理吸 风量应大于在上隅角处从采空区涌出的风量， 从而 才能形成工作面空间流向上隅角的风流流线， 使采 空区涌出的高浓度瓦斯流人风筒， 避免在风筒吸风 口 产生新的涡流区而重新积聚瓦斯。第三是吸风口 与切顶线的合理距离。吸风口 距切顶线的距离对引 排效果影响很大。距离太大不但不能将隅角瓦斯全 部吸走， 而且在风筒吸风口处的微小负压还会诱导 隅角积聚瓦斯向外流动， 从而造成上隅角瓦斯大面 积超限。因此吸风口应紧靠回风巷外侧， 与切顶线 距离一般在0 . 2 一 0 . 6 m为好。 2 高压风流 引射流 处理上隅角瓦斯。引射 器作为一种机械， 在国外已得到广泛应用。它使用 的动力有压缩空气、 高压液体和高压气水混合三种， 从结构上有喷嘴式和环缝式两种。煤矿中应用的引 射器有水力引射器和压气引射器两种， 由于环缝式 的压气引射器效率高、 结构合理、 系统简单， 无电器 设备、 无噪音， 安全性高， 在采煤工作面易于布置， 所 以使用较多， 也比较适合彬长矿区的实际。环缝式 压气引射器的基本原理是“ 孔达效应” 。它以压缩 空气作为能源动力， 压缩空气进人一个径向的环形 空间， 而这个特殊设计的环形空间能使压缩空气得 到膨胀， 同时使其流速提高， 在此作用下可产生低压 和负压而进人设备的空腔， 这样可使压缩空气和诱 导吸进的气体混合后在增压管内扩散， 使高速射流 的动能大部分转换为压能， 然后以高速喷射出去。 引射器的引射特性与射流的压力及喷口的结构和大 小有关。射流压力升高， 引射的风量和压力均增加， 消耗的 气量也增加， 各矿可根据实际情况选型。在 实际生产中， 发现有的矿井只是简单的在采煤面上 作者简介 马安强 1 9 7 0 一 ， 男， 陕西扶风人， 1 9 9 4 年毕 业于中国 犷业大学， 高级工程师， 侠西谋犷安全监察局成阳 监察分局工作， 现任侠西省彬长犷区瓦斯治理替导组组长， 发表论文多篇。 收稿日 期 2 0 0 7 - 0 9 - 2 8 ; 责任编挥 王福厚 万方数据