店坪矿局部区域瓦斯异常涌出原因分析及治理

郭临明

(1.河南理工大学 能源学院，河南 焦作 454000;2.霍州煤电集团 吕梁山煤电有限公司，山西 吕梁 033000)

店坪煤矿位于山西省吕梁市方山县大武镇王家庄村一带，井田东西长4.17 km，南北宽4.10 km，井田面积13.530 2 km2，批准开采2#、3#、5#、8#、9#、10#煤层，井田内仅有店坪煤矿开采，无其他矿井。井田外北部与山西方山金晖凯川煤业有限公司相邻(瓦斯矿井)，南部为霍州煤电集团木瓜煤矿(瓦斯矿井)。

1 瓦斯异常区域基本情况

1.1 问题的提出

店坪矿于2014 年2 月开始开采下组煤，在掘进10#煤层2031、2032、2071、2072 巷道期间出现过局部区域瓦斯涌出量异常增高的情况;在回采10 -203 工作面期间，推进到407 m 时上隅角、工作面、回风流瓦斯含量开始显著增高。

1.2 瓦斯异常区域采掘布置方法

瓦斯异常情况出现时，井下生产采区为830 水平二采区，采区布置为10 -205、10 -203 两个回采面，备用面10 -200 工作面，其中10 -203 工作面已推进858 m，距停采线还有75 m，10 -205 工作面停止生产;掘进工作面共布置有7 个，分别为10 - 2081、10 -2082、10 -2071、10 -207 切巷(现已经掘进到位)、10 -207 绕巷(岩巷)、10 -2091、830 南翼回风巷(半煤岩巷)。开拓系统巷道沿煤层走向布置，工作面运输巷沿倾向布置，采区整体形状呈不规整的长条带不等边形，双翼布置回采工作面。店坪矿采掘布置示意图见图1.

图1 店坪矿采掘布置示意图

1.3 瓦斯异常区域通防系统

店坪矿830 水平二采区回采工作面采用U 型通风，掘进工作面均采用压入式通风，各个工作面配风均按照AQ 规定配风。瓦斯监控系统型号为KJ70N，实现井下各类数据的实时监控。采区采用静压洒水，在巷道内各皮带机头、溜头转载点分别设有转载点喷雾设施;采煤工作面正、副巷距离工作面50 m 范围内各安设2 道净化水幕，回采前均进行煤体注水。定期对回采工作面采空区灌入黄泥和喷洒阻化剂防止遗煤自燃。

1.4 瓦斯异常区域地质情况

该井田地处晋西黄土高原，属吕梁山中段西侧的山区，地形复杂，地貌类型以侵蚀的黄土梁、峁为主，其次为黄土沟谷地貌中的冲沟，井田内总的地势为西高东低。10#煤层位于太原组下部，平均埋深405 m，上 距9#煤 层7. 30 ～13. 26 m，平 均12.52 m.煤层厚度1.65 ～4.50 m，平均2.98 m，结构简单-复杂，含夹矸0 ～4 层，属稳定全区可采煤层。10#煤层上部有1 层平均厚度为1.6 m 的深灰色细砂岩，坚硬致密，底板有1 层平均厚度为5.81 m的褐色砂质泥岩，泥岩夹细砂岩，致密、质纯，10#煤层上下部都存在1 层岩性致密的岩层，不利于10#煤层瓦斯的释放。

店坪矿井田内总体为不对称向斜(中阳-离石向斜)，并伴生次级短轴背斜及向斜，倾角一般3° ～14°，在井田西南部局部地段倾角达到20°，西北部局部地段倾角达到18°.井田内发育有5 m 以上的断层5 条，层间小断层数条，还发育有6 个陷落柱。

2 瓦斯异常涌出原因分析

2.1 9#煤层瓦斯涌出量分析

9#煤层已采5 个工作面，分别为:9 -200、203、205、207、209，在掘进和回采期间工作面未出现构造，掘进工作面瓦斯浓度最大为0.04%，回风流瓦斯浓度最大为0.06%;回采工作面瓦斯浓度最大为0.04%，上隅角瓦斯浓度最大为0.10%，回风流瓦斯浓度最大为0.06%，未发现明显异常。

2.2 10#煤层瓦斯涌出量分析

店坪矿于2007 年开始掘进下组煤皮带大巷和回风大巷，沿10#煤层布置，位于中阳-离石向斜轴部，掘进期间工作面瓦斯浓度最大为0.12%，回风流瓦斯浓度最大为0.24%，明显高于9#煤层。

10-203 工作面为10#煤层的首采面，切巷长度为240 m，顺槽长度为1 020 m，上部为9 -203、9 -205 工作面采空区。目前，203 工作面推进858 m. 10 -203工作面回采、掘进期间瓦斯浓度变化见表1.

通过表1 分析得出:10 -203 工作面采掘期间在距830 运输巷600 m 的地方瓦斯浓度达到最大。

同样，用上述方法可对10 - 205、10 - 2071、10 -2072、10 -200 工作面掘进期间瓦斯浓度情况进行分析(表格省略)，得到10 -2051 巷掘进期间在距830 运输巷600 m 的地方瓦斯浓度达到最大，10 -2052巷掘进期间在距830 运输巷580 m 的地方瓦斯浓度达到最大。10 -2001 巷掘进期间在距830运输巷380 m 的地方瓦斯浓度达到最大，10 -2002巷掘进期间在距830 运输巷400 m 的地方瓦斯浓度达到最大。10 -2071 工作面距830 运输巷600 m 的地方瓦斯浓度达到最大;10 -207 切巷工作面距830运输巷580 m的地方瓦斯浓度达到最大。

表1 10 -203 工作面回采、掘进期间瓦斯浓度变化情况表

在掘进施工10 - 2081、10 - 2082、10 - 2091、10 -207绕巷、830 南翼回风巷工作面期间，未发生瓦斯异常情况。

10#煤层在掘进和回采期间，工作面揭露的断层在0.6 ～3.5 m，并且揭露断层期间瓦斯浓度正常，说明断层对瓦斯没有明显影响。

将相关数据绘图后得到瓦斯地质图见图2.

从图2 可知:瓦斯异常区域分布在运输巷往西600 m、运输巷往东400 m 的1 000 m 左右范围内，呈现条带状分布，恰好与中阳-离石向斜区段相重合，并且在向斜轴部显现出瓦斯浓度达到最大。

在向斜区段瓦斯含量增大的主要原因是向斜处煤岩层受力挤压，岩层密度增大，致密性增强，不利于瓦斯释放。

综上分析得知:向斜地质构造是造成10#煤层局部瓦斯异常的主要原因。

图2 瓦斯地质示意图

3 瓦斯异常涌出区域综合治理手段

3.1 采掘工作面合理配风

合理配备采掘工作面风量，通过增大风量稀释瓦斯。采掘工作面配风时瓦斯涌出不均匀系数取1.7 计算，采煤工作面需风量为860 m3/min，掘进工作面需风量为200 m3/min.目前，店坪矿下组煤10#煤层采煤工作面实际配风量为1 400 m3/min，综掘工作面局部通风机全部为FBD - NO.6.3，功率为2 ×30 kW，局扇双节运行时出口风量为360 ～400 m3/min，大于掘进工作面需要风量，有效稀释瓦斯作用明显。

3.2 均衡生产

利用降低割煤速度的方法控制瓦斯涌出。降低回采和掘进割煤速度，确保瓦斯及时被风流稀释。同时，在准备割煤时，经实时观察，工作面瓦斯浓度达到0.40%时，立即停止割煤，将瓦斯浓度严格控制在0.5%以下。

3.3 其他手段

利用瓦斯稀释器稀释回采面上隅角瓦斯浓度。在回采面紧邻上隅角第二个支架上安设1 台瓦斯稀释器，稀释器与支架成45°夹角，出气口朝向工作面上隅角，将稀释器吸取的空气压缩至上隅角易于集聚瓦斯的范围内，从而增加上隅角区域的通风量，有效降低上隅角瓦斯浓度。在投入使用瓦斯稀释器以前，工作面上隅角瓦斯浓度一般情况下维持在0.4% ～0.5%，在投入使用瓦斯稀释器以后，工作面上隅角瓦斯浓度基本控制在0.3%以下。

4 结 论

店坪矿10#煤层在以830 运输巷为轴，往西600 m、往东400 m 的范围内，存在1 个条带状分布、与中阳-离石向斜区段相重合的异常区域，该区段瓦斯涌出量与该矿井其他区域相比较都明显增高。因此，当店坪矿在该范围内进行回采、掘进作业时，应当加强瓦斯管理，确保安全生产。

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［2］ 吴财芳，曾 勇，张子戌.低瓦斯矿井煤层瓦斯异常涌出的研究［J］.中国煤田地质，2003(2):22.

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