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

2020-05-09 10:22毛守君倪志远张兆仁
科技创新导报 2020年1期
关键词:治理技术

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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