浅谈煤层顶板灰岩内瓦斯治理方法

宋益平

(山西义棠煤业有限责任公司，山西 介休 032000)

浅谈煤层顶板灰岩内瓦斯治理方法

宋益平

(山西义棠煤业有限责任公司，山西 介休 032000)

针对煤层顶板石灰岩瓦斯这种特殊的瓦斯赋存方式，义煤在实践中经过摸索，通过对工作面前方200m范围内顶板进行瓦斯抽放，使工作面顶板裂隙内瓦斯压力保持在安全值内，不涌出岩层，很好地保障了回采工作面安全生产。

煤层顶板；石灰岩；瓦斯抽放；瓦斯压力

Gas Control Method inner of Limestone in Coal Seam Roof

我国大部分煤矿瓦斯都是赋存在煤层中，瓦斯以附着态为主，游离态少量。在长久的瓦斯治理过程中，积累了丰富的经验，尤其是建立了以本煤层或邻近层预抽为主的瓦斯抽采方法和抽采系统，取得了不错的成果。但在山西义棠煤业有限责任公司(以下简称义煤)井田内，瓦斯赋存状态存在特殊性，在回采工作面生产期间存在采空区瓦斯异常涌出和上隅角瓦斯超限等现象，经河南理工大学对各煤层瓦斯参数进行测定的结果看，各开采煤层均位于瓦斯风化带内，煤层瓦斯含量较少，煤层瓦斯含量均小于2.5m3/t，证明造成回采工作面采空区及上隅角瓦斯异常的原因并非本煤层瓦斯，属邻近层围岩瓦斯范畴，结合采掘实际经验分析，瓦斯主要赋存在煤层顶板石灰岩裂隙内，以游离态为主。这种瓦斯赋存的特殊条件不适宜采用常规的瓦斯治理经验及相关标准规范，因此对瓦斯防治方法进行研究，有着重要的实际意义和价值。

1 地质条件概况

山西义棠煤业有限责任公司批准开采1号，2号，9号，10号煤层，设计生产能力1.80Mt/a，其中9号煤层位于太原组下部，与10号煤层相距平均0.84m，全区稳定可采，上覆岩层依次为K2石灰岩、泥岩、砂岩、K3石灰岩、泥岩、K4石灰岩、泥岩，其中K2石灰岩为9号煤层直接顶，现联合开采9+10号煤层，采用放顶煤开采工艺，工作面布置在10号煤下部分， 10号煤层上部分和9号煤层通过放顶方式回采。K2裂隙发育较好，且孔隙发育较好，充填有大量方解石结晶，部分区域有黄铁矿结核。据实践生产，在K2，K3， K4中发现大量的裂隙和溶洞，部分裂隙宽度达200mm以上，且裂隙发育区域瓦斯涌出量明显增大。根据煤科集团沈阳研究院有限公司编制的《山西义棠煤业有限责任公司矿井瓦斯涌出量预测》，公司下组煤9+10号煤层最大瓦斯含量约为2.43m3/t。

2 瓦斯治理历程及成效

2.1 瓦斯赋存特征

义煤在100403工作面及回采过程中发现瓦斯涌出量逐步增大，同时在下组煤西翼掘进过程中也发现断层带附近顶板中涌出大量高浓度瓦斯，部分地点裂隙中瓦斯浓度能达到90%以上，给安全生产带来了较大的隐患。经相关专家讨论评审后一致认定，义煤的瓦斯主要赋存在煤层顶板石灰岩裂隙内，以游离态为主，煤层内瓦斯含量很少，异于一般的煤层瓦斯赋存形式，为下一步的治理工作提供了理论支持。

2.2 工作面瓦斯治理体系

为有效地解决瓦斯问题，保障矿井的安全生产，义煤经过2a多的时间，通过不断地摸索和完善，总结出了一套适合本矿的回采工作面瓦斯治理方法，即：“分源抽采、边抽边采和加强上隅角抽采与通风”的综合治理模式。

瓦斯抽放系统采取高、低负压分源抽放。设计对进风巷施工瓦斯钻孔，每隔50m施工1个钻场，向工作面施工穿层钻孔，对顶板石灰岩进行穿层抽放，钻孔呈扇形分布；回风巷每隔50m布置1个钻场，对工作面回采时的采空区裂缝带抽放，同时通过上隅角埋管对工作面上隅角进行抽放。其中，高负压系统抽放进风巷穿层钻孔；低负压抽放上隅角支管和回风巷裂缝带钻孔。

工作面通风采用U型通风系统，如有必要可在上隅角附近悬挂风障来保障上隅角瓦斯不超限。

2.3 抽放系统原理

由于石灰岩内的瓦斯以游离态为主储存于灰岩裂隙、孔隙、孔洞等空间中，流动性强、瓦斯抽采半径大、抽采钻孔瓦斯参数无明显的衰减性等特性，故不能采取一般传统意义的煤层瓦斯预抽方法，义煤采取如图1所示的钻孔布置方式，抽采断面见图2。

图1 工作面抽采平面示意

图2 工作面断面示意

工作面正常生产情况下，只开启两巷工作面前方200m范围内的钻场，通过对该范围顶板石灰岩内的瓦斯进行抽放，使该范围内的瓦斯压力下降到一定的安全范围内，即其不大于巷道内大气压力值，使储存在灰岩中的瓦斯不涌出到工作面或采空区中，从而保障工作面安全生产。其中工作面前方50m范围内和后方20m范围内采空区，由于顶板及煤体受采动影响破坏后形成贯穿裂隙和瓦斯运移通道，但经钻孔抽放后，一方面灰岩中瓦斯绝对含量下降，涌出量相对减少；另一方面是较原始灰岩内的瓦斯形成相对压力降低区，瓦斯处于相对平衡状态而不涌出；工作面采空区范围内相较原始瓦斯储存的石灰岩裂隙空间变大，经过稀释后瓦斯浓度降低，处于安全范围内。针对上隅角瓦斯积聚的问题，通过在上隅角堆积沙袋或施工隔墙形成封闭空间后采用埋管抽放的方法进行治理。

2.4 治理成效

瓦斯抽放系统参数如下：进风巷穿层支管瓦斯工况流量80～100m3/min，瓦斯浓度30%左右；回风巷裂缝带钻孔支管工况流量100～120m3/min，瓦斯浓度25%左右；上隅角支管工况流量100m3/min左右，瓦斯浓度0.2%～1.0%；回采工作面配风一般在1200m3/min左右，回风流瓦斯浓度控制在0.2%以下。

通过该方法的治理，回采工作面的瓦斯防治取得了较好的成效，上隅角瓦斯得到了很好地控制，基本控制在0.5%以下，回采工作面瓦斯总涌出量达到52.4m3/min，其中抽采瓦斯量为50m3/min，风排瓦斯量为2.4m3/min，工作面瓦斯抽采率达到95%。各地点瓦斯浓度均符合相关规程标准要求，很好地保障了安全生产。

3 主要结论

通过在实际生产中验证，采用“分源抽采、边抽边采和加强上隅角抽采与通风”的瓦斯综合治理模式对瓦斯赋存于邻近层或顶板石灰岩裂隙中的回采工作面瓦斯治理是非常有效和可行的，在实际生产过程中取得了很好的效果，能够很好地解决回采工作面瓦斯超限造成的安全隐患，对今后其他类似地质条件的矿井具有一定的指导和借鉴作用。

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[责任编辑：王兴库]

2016-11-24

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2017.04.024

宋益平(1964-)，男，山西介休人，工程师，现任山西义棠煤业有限责任公司董事长，主要从事煤矿技术管理及生产工作。

宋益平.浅谈煤层顶板灰岩内瓦斯治理方法[J].煤矿开采，2017，22(4)：94-95.

TD712.6

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1006-6225(2017)04-0094-02