淺談利用瓦斯地質(zhì)規(guī)律治理極薄煤層中的瓦斯

肖建明

（山東東泰礦業(yè)有限公司,山東 淄博 255154）

1 基本情況

1.1 煤層與煤

我礦區(qū)范圍內(nèi)4煤層屬于沉積穩(wěn)定的煤層，但大部分受巖漿巖侵蝕，其他較薄區(qū)域沒有被侵蝕。在開采區(qū)域內(nèi)，煤層厚度為0.55～0.75m，平均0.6m。煤層變質(zhì)程度較高。

4煤均一結(jié)構(gòu)，以鏡煤為主，夾少量亮煤和暗煤，為光亮型煤。煤層黑色，玻璃光澤，容重1.4t/m3,硬度較高，外生裂隙發(fā)育，斷口階梯～貝殼狀，灰份（Ad）：原煤14.57～18.47%，平均15.96%。揮發(fā)份（Vdaf）：原煤7.45～13.26%，平均11.79%。全硫（Std）：原煤1.59～2.06%，平均1.76%。發(fā)熱量（Qqrd）：平均28.46MJ/kg。粘結(jié)性指數(shù)（GRI）：1～2。綜上所述，4煤為低中灰、中硫、高發(fā)熱量、無粘結(jié)性的貧煤。

1.2 煤層開采

4煤層第一個采區(qū)為410采區(qū)，開采標高-202-420m地面垂深322～540m煤層瓦斯噸煤含量 6.0立方米/噸，能夠安全回采，現(xiàn)在開采的420采區(qū)，開采標高為-528～-617m，煤層埋深633.0～737.0m，比410采區(qū)增加200～300m左右，煤層瓦斯噸煤含量8.0 立方米/噸，工作面瓦斯含量增大，威脅安全生產(chǎn)。

1.3 工作面的頂?shù)装鍘r性

頂板：為一灰，厚度0.3～1.10m，平均0.7m，灰色，質(zhì)地不純，泥質(zhì)成分高，為較穩(wěn)定的標志層，含貝殼類、海百合莖、珊瑚及腕足類化石。其上覆為6～10m厚的頁巖，致密，韌性好；上為3.4～10.2m的砂質(zhì)頁巖；再向上為4～10.8m的細砂巖，弱含水層。底板：為砂質(zhì)頁巖，厚度6m左右，灰～灰黑色，為細粒長石石英砂巖，泥矽質(zhì)膠結(jié)，較堅硬，夾條帶泥質(zhì)結(jié)核，裂隙較發(fā)育，含植物根部化石，局部有薄層粘土頁巖偽底。

1.4 工作面的幾何尺寸及采煤方法

423采煤工作面位于420采區(qū)的東翼，東邊至巖漿巖侵蝕邊界，北邊與南邊都是實煤區(qū)，標高-586.3～-555.2m，工作面傾斜長80m，走向長270m，面積20805m ，煤層平均厚度為0.65m，儲量1.9萬t，煤層傾角8～12°。在工作面范圍內(nèi)有一條斷層。采煤方法為走向長壁后退式采煤方法，全部垮落法管理頂板的開采方法。工作面最大、最小空頂矩內(nèi)，采用單體液壓支柱配高強度板支護頂板，放頂歩距，見四回一板。

2 地質(zhì)構(gòu)造及瓦斯賦存

2.1 地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)構(gòu)造對瓦斯賦存影響較大，一方面造成瓦斯分布不均衡，另一方面形成了瓦斯賦存或瓦斯排放的有利條件。不同類型的構(gòu)造形跡，地質(zhì)構(gòu)造的不同部位、不同力學性質(zhì)和封閉情況，形成不同的瓦斯賦存條件。

2.2 瓦斯賦存

瓦斯是地質(zhì)作用的產(chǎn)物，瓦斯的形成和保存、運移和富集與地質(zhì)條件關(guān)系密切。煤層內(nèi)的瓦斯含量、瓦斯壓力和地應力隨地質(zhì)構(gòu)造復雜程度的不同存在著較大的差異，瓦斯賦存條件和分布區(qū)域的主要地質(zhì)因素。

（1）煤層埋藏深度。當煤層瓦斯賦存封閉條件好的前提下埋藏深度增大時，瓦斯一定深度范圍內(nèi)，煤層瓦斯含量亦隨埋藏深度的增大而增加；與煤層埋藏深度呈正比例關(guān)系。420采區(qū)與410采區(qū)比較煤層埋深增加200～300m左右，工作面瓦斯含量增加2 立方米/噸。煤層埋深每100m瓦斯含量增加1立方米/噸。

（2）巖漿活動。巖漿活動對瓦斯賦存影響比較復雜。巖漿侵入含煤巖系或煤層，在巖漿熱變質(zhì)和接觸變質(zhì)的影響下，煤的變質(zhì)程度升高，瓦斯生成量和吸附能力增大。在缺少隔氣蓋層或封閉條件不好時，巖漿的高溫作用可以強化煤層瓦斯排放，使煤層瓦斯含量減小。巖漿巖體有時會使煤層局部被覆蓋或封閉，形成隔氣蓋層.總體分析,巖漿侵入煤層有利于瓦斯生成和保存的現(xiàn)象較為普遍。

4層煤大部分受火成巖侵蝕，在侵蝕過程中形成大量的瓦斯，又因為4煤層圍巖封閉性好，火成巖本身致密，孔隙性差，大量的瓦斯被包圍在未被侵蝕的煤層中，被煤層吸收。423切眼處為火成巖侵蝕的邊界，瓦斯含量高。

（3）圍巖條件。煤層圍巖是指包括煤層直接頂、老頂和直接底板等在內(nèi)的一定厚度范圍的煤層頂?shù)讕r層。煤層圍巖對瓦斯賦存的影響，取決于它的隔氣和透氣性能。

4層煤頂板為一層灰?guī)r, 灰?guī)r上覆為6～10m厚的頁巖，直接底為砂質(zhì)頁巖，致密,封閉性好,利于瓦斯的保存。這也是423回采工作面瓦斯含量高的原因之一。

（4）煤變質(zhì)程度。瓦斯在煤巖層有兩種存在狀態(tài)，即游離態(tài)和吸附狀態(tài)。煤中賦存狀態(tài)以吸附狀態(tài)最多，約占煤中瓦斯總量的70%～95%。吸附能力取決于煤的孔隙率、變質(zhì)程度以及外界溫度和壓力。

在煤的變質(zhì)過程中，地壓作用使煤的孔隙率減小，煤質(zhì)漸趨致密。隨著煤的先一步變質(zhì)，在高溫、高壓作用下，煤體內(nèi)部因干餾作用而生成許多微孔隙，面積達到最大，瓦斯在煤中的吸附能力最強。不同變質(zhì)程度的煤，在區(qū)域分布上常呈帶狀分布，形成不同的變質(zhì)帶，這種變質(zhì)分帶在一定程度上控制著瓦斯的賦存和區(qū)域性分布。

4煤層孔隙與裂隙較為發(fā)育，變質(zhì)程度高，所以煤層對瓦斯的吸附能力強。煤層中賦存的瓦斯較高。

3 瓦斯的治理

4煤層為高瓦斯威脅煤層，按照《防治煤與瓦斯突出細則》相關(guān)規(guī)定，根據(jù)煤層的采高，制定特殊回采施工方案。工作面回采時，采用“工作面超前打炮眼預排瓦斯”的措施，回采工作面工藝流程：由原來的打眼--裝藥--放炮--裝煤—移溜—支柱—放頂。調(diào)整為裝藥--放炮--裝煤--打眼--移溜—支柱—放頂。留出6小時的時間，用來瓦斯釋放及卸壓。地質(zhì)構(gòu)造復雜區(qū)域高瓦斯煤層的瓦斯治理工作，必須高度重視，組織管理要全面，技術(shù)措施要嚴密，職責要落實，現(xiàn)場嚴格執(zhí)行“有瓦斯必疏，有瓦斯必排，預防為先”的原則，確保在安全的前提下，完成地質(zhì)構(gòu)造復雜區(qū)域高瓦斯煤層的采煤工作。

4 結(jié)語

在深井瓦斯地質(zhì)構(gòu)造復雜區(qū)域進行回采時，要根據(jù)區(qū)域地質(zhì)特征利用瓦斯的賦存規(guī)律，采取有效地治理瓦斯措施，解決回采工作面的瓦斯超限，防止造成瓦斯重大事故，確保礦井安全生產(chǎn)。