煤层瓦斯赋存规律及突出危险性分析

刘建龙

（山西汾西矿业(集团)有限责任公司双柳煤矿， 山西 柳林 033300）

1 矿井概况

1.1 地质概况

双柳煤矿位于山西省柳林县西北部，井田西部基本以黄河为界，北部与山西东辉集团煤焦化有限公司邓家庄煤矿相邻，东部与山西柳林宏盛聚德煤业有限公司相邻，东北部与山西柳林凌志集团柳家庄煤业有限公司相邻，南部基本以聚财塔北断层为界。山西组含01～5下号9层煤，太原组含6～11号8层煤。

1.2 开拓方式与采煤方法

双柳矿采用斜－立井开拓方式，当前在郭家山场地新增郭家山副立井，副立井井底标高+450 m，井筒深度423.0 m，井筒落底后，在+450 m水平布置井底车场、变电所、爆炸材料库、消防材料库等。4（3+4）合并层布置有三个采区，其中一采区2007年已密闭，现生产采区为二采区和三采区，采区布置有轨道大巷、胶带大巷、辅助行人巷和回风大巷。其中二采区布置有综采工作面一个；三采区布置有综采工作面两个，备用工作面三个，综掘工作面两个。井下采区工作面布置如表1。

表1 井下采区工作面布置表

根据煤层赋存条件、开拓方式、生产能力，工作面采用走向长壁式开采，采煤方法为综合机械化一次采全高，全部垮落法管理顶板。该煤矿采掘布置图如图1所示。

图1 采掘布置示意图

1.3 矿井通风系统

根据本矿井实际情况，双柳矿井通风系统为分区对角式，采用白家焉主斜井、白家焉副立井、郭家山副立井进风，郭家山回风立井、白家焉回风立井回风。矿井布置有2个综采工作面、1个备采工作面、3个预抽工作面、3个综掘工作面、4个炮掘工作面。综采工作面采用“U”型通风系统，掘进工作面均采用独立通风，所需风量由局部通风机对其压入式供给。

2 双柳煤矿瓦斯赋存规律

2.1 煤层瓦斯压力分布规律

准确测定煤层瓦斯压力对于鉴定煤层的突出危险性十分重要，针对具体现场，设定了相应的测压点，其4（3+4）号煤层瓦斯压力测定结果如表2所示。

表2 双柳煤矿4（3+4）号煤层瓦斯压力测定结果

4（3+4）号煤层瓦斯压力测定时，经现场检验测压孔密封性良好，压力表安装接口密封良好，测压过程中压力表工作正常，所测压力值数据精确可靠。根据表2中瓦斯压力测定结果分析可知，33（4）16运巷标高+385.1 m处的瓦斯压力2.4 MPa，为实测的最大值。根据表2数据，做出4（3+4）号煤层瓦斯压力随标高变化曲线，如图2所示。

图2 煤层瓦斯压力实测值与煤层标高对应图

4（3+4）号煤层的瓦斯压力可用如下公式表示：

式中：

P-煤层瓦斯压力，MPa；

H-煤层底板标高，m。

可见，双柳煤矿4（3+4）号煤层瓦斯压力梯度为1.69 MPa/hm。

2.2 煤的工业分析及吸附常数测定

4（3+4）号煤层工业分析及吸附常数测定结果如表3所示。

表3 工业分析及瓦斯吸附参数试验测定结果

2.3 煤层瓦斯含量分布规律

将煤的工业分析参数及吸附常数等指标的平均值带入瓦斯含量计算公式，便可获得煤层的瓦斯含量，具体计算公式如下：

通过计算得瓦斯压力与含量结果如表4所示。

表4 瓦斯压力与含量

根据推算的瓦斯含量，标高+385.1 m处得到最大瓦斯含量为12.35 m3/t。

3 双柳煤矿4（3+4）号煤层突出危险性分析

3.1 煤层透气性系数

双柳煤矿4煤层透气性系数在0.1032～3.38 m2/MPa2•d之间，该煤层属于可以抽采煤层。煤层透气性虽高于淮南、淮北等地区，但在煤层未卸压之前进行抽采仍偏小，不利于本煤层瓦斯抽采，需要通过小间距的钻孔或是增透技术来提高煤层瓦斯抽采效果。

3.2 煤层突出危险性分析

根据中国矿业大学给出的突出危险性鉴定结果，4（3+4）号煤层在标高+430 m以浅区域无突出危险性，目前矿井的开拓开采区域已进入+430 m以深，最深已达+370 m。根据现场考察，双柳煤矿4（3+4）号煤层各单项指标中，煤样的破坏类型为Ⅱ类，构造带破坏类型为Ⅲ-Ⅳ类，部分区域存在软分层；测定的标高+430 m以深区域煤层的瓦斯压力最大值为2.4 MPa；煤样的坚固性系数最小值为0.36；煤样的瓦斯放散初速度最大值为12.9 mmHg。因此，从测定的4项单项指标来看，4（3+4）号煤层具有煤与瓦斯突出危险性。

表5 煤层透气性系数

4 结语

本文对双柳煤矿煤层瓦斯赋存规律进行了研究，掌握了4（3+4）号煤层的瓦斯含量分布规律和煤层瓦斯压力分布规律，即煤层瓦斯含量、瓦斯压力随开采深度增加而增大。对煤与瓦斯突出危险性4项指标进行了分析，得出了4（3+4）煤层具有煤与瓦斯突出危险性的结论，对指导煤矿做好防突工作具有重要意义。