摘要：通过在玉华煤矿1420综采工作面的瓦斯抽放试验，测定矿井瓦斯压力、透气性系数、衰减系数等参数；以及对煤层及顶板中瓦斯储量的计算。以此来确定矿井瓦斯抽放的可行性以及抽放方案。
关键词：玉华煤矿；瓦斯；抽放；安全分析
0引言
瓦斯是煤矿生产过程中的一种灾害气体，同时也是一种非常规性天然气资源，煤层瓦斯作为一种储量巨大的新兴洁净能源日益受到世界各国的关注。因此玉华煤矿在防治瓦斯灾害方面应彻底转变观念，从采掘部署上把瓦斯抽采纳入正规生产的工艺流程，从时间和空间上给予充分保证，促进煤层瓦斯抽采规模化、系统化。只有这样，煤矿瓦斯灾害才会得到有效控制，治理瓦斯灾害费用才会减低、生产效率才能得到提高，宝贵、清洁的能源才不会被白白地浪费掉。
1地质概况
玉华井田位于陕西省铜川市西北37km处的焦坪矿区东北端，地处宜君、黄陵、旬邑三县交界处。井田位于黄陇煤田东段，区内地层平缓，岩层倾角一般3-5°，个别地段倾角可达20°。井田内构造简单,基本为一南西向倾伏向斜。区内广布巨厚白垩系地层，煤系地层出露甚少。井田东西宽约4Km，南北约11Km，面积约4源于：论文参考文献标准格式www.808so.com
0km2。
玉华井田内含煤地层为侏罗系延安组，共含煤4组9层。其中以4－2煤为主要可采层，4－2上煤和3－2煤层是次要开采层，其它各层仅局部或个别点可采。4－2煤赋存于延安组底部，煤层厚度0-31.53m，一般10m，属特厚煤层，煤级为弱粘煤。
2瓦斯抽放的可行性分析
玉华煤矿位于焦坪矿区北部，属低瓦斯矿井，但临近矿井陈家山和下石节煤矿矿井均为煤、油、气共生的高瓦斯矿井，矿井绝对瓦斯涌出量最高达74m3/min，综采、综放工作面瓦斯绝对涌出量一般在15～25m3/min以上，部分采面达到了30～40m3/min。两矿自投产以来，已发生数起瓦斯(油气)喷出、燃烧及爆炸事故，因工作面瓦斯超限，停产停工的现象更是频繁发生。而单纯采用通风方法解决工作面瓦斯超限问题己实属困难。原因是4—2号煤层属极易自燃煤层，发火周期短，工作面供风量不宜太大，否则尾巷排放易引起煤炭自燃，况且，随着采掘范围的扩大，瓦斯涌出量还在增大。玉华煤矿虽然是低瓦斯矿井，但本着“应抽尽抽”的原则，预防和处理油气及自燃火灾的危害与威胁，保证安全生产，采用抽放处理瓦斯超限成为一个优选手段。
井下瓦斯抽放性试验
钻孔的布置：经过地质资料分析和井下实际考察，结合玉华煤矿的实际条件，在1420灌抽巷1500m和1470m处布置了两个顺层测压钻孔（全煤巷），沿煤层的倾斜方向在煤层中测压；在1420高抽巷布置了3个测压钻孔测量3号煤层和围岩瓦斯压力（围岩）。压力测试钻孔位置示意图如下图1所示：
测压钻孔布置技术要求：穿层压力测试钻孔的开孔位置选择在岩石完整的位置；顺层布置测压钻孔应布置在顶底板完好，暴露时间较短，没有采动影响位置。钻孔施工按设计进行，并保证钻孔平直、孔形完整，穿透被测煤层。
图1 玉华煤矿瓦斯基本参数测试钻孔布置示意图
根据玉华煤矿井下1420工作面瓦斯抽放试验观测数据(表1)。受岩层渗透率不均匀和抽气钻孔封闭等原因影响，同一层砂岩，钻孔直径和孔底标高相同，流量不大相同。但煤层和岩层瓦斯抽放流量和衰减系数数据相比之下，岩层具有较好的抽放性，煤层抽放性低于砂岩。钻孔瓦斯抽放试验与对岩层、煤层渗透率和孔隙度的测试结果相一致。
表1井下瓦斯钻孔抽放试验结果
4矿井瓦斯储量计算
矿井瓦斯储量是指井田开发过程中，能够排放瓦斯的煤岩层赋存的瓦斯量。储量分资源量和可采量两种。以煤(岩)层瓦斯(甲烷)含量和煤炭储量(含气岩层体积)乘积计算的储量(含不能解吸和抽出利用的残余量)，属资源量，以矿井瓦斯实际测定的涌出量，计算的瓦斯储量(不含解吸不出及抽不出的残余量)，属于可采储量。在国内外，对研究程度较低的地区，通常以资源量的50%估算可采储量。玉华煤矿瓦斯由岩层和煤层瓦斯(甲烷)两部分组成。
4.1煤层瓦斯(甲烷)资源量
以2007年底煤炭保有储量与煤层瓦斯(甲烷)平均含量的乘积，计算矿井煤层瓦斯资源量为5.772×l08m3，其中可采储量2.886×l08m3，见表2所示。
表2 煤层瓦斯（甲烷）资源计算表
4.2煤层顶板砂岩瓦斯储量
玉华煤矿仅测定过4-2号煤层顶板砂岩的瓦斯含量，但据钻孔油气显示，3号煤层顶板砂岩的含气量不亚于4-2号煤层顶板砂岩，因此，对3号煤层顶板砂岩使用与4-2号煤层顶板相同的含量值进行储量计算。结果如表3所示。
表3 顶板砂岩瓦斯储量计算表
由于玉华煤矿煤层瓦斯含量低，平均5.445m3/t，开采中煤样解吸与损失的瓦斯量占总量的50%左右，因此煤释放的瓦斯对煤矿安全还不至造成大的危害，但井田内煤层厚度大，瓦斯总储量不少，可与岩层瓦斯同时抽放。
5煤岩层的可抽性评价
根据采面瓦斯主要来源于距离煤层顶面2-4m左右的老顶含气砂岩及3号煤层顶板含气砂岩，因此，评价钻孔瓦斯抽放可行性时，应重点考虑含气砂岩的抽放性。表4是研究区4-2号煤层及顶板含气砂岩的主要抽放实验参数。参照部颁《矿井瓦斯抽放管理规范》提出的煤层瓦斯抽放难易程度指标及划分方案(表5)。研究区4-2号煤层老顶砂岩层气及3号层顶板砂岩气均属容易抽放岩层，4-2号煤层属勉强可以抽放煤层。
表4煤层及顶板砂岩瓦斯抽放实验参数
6瓦斯抽放方案
原煤炭工业部有关规程明确指出，瓦斯超限就是事故，而且规定高沼气煤层、煤与瓦斯突出危险煤层必须先抽放煤层瓦斯，然后再进行采掘，做到先抽后采，不抽不采，采、掘、抽相平衡。目前，用于矿井瓦斯治理的方法很多，但基本以通风与抽放两种方法为主。大量实践证明，单纯依靠通风解决不了瓦斯问题，配合通风实施抽放是实现瓦斯问题最终解决的有效途径。根据前述分析，在煤油气共生的玉华煤矿，矿井瓦斯主要来自采煤工作面，而采面的瓦斯主要来自煤层顶板的含油气砂岩层，因此需围绕采面及顶板瓦斯开展抽放工作。为此，提出以下两种抽放方案。
6.1实行井下一体化抽放方案，包括三种方法:
①采前工作面预抽放:在工作面运输巷与回风巷每隔5m沿煤层倾向布置一个抽放钻孔，实施封闭性抽放，用来降低来自煤层中的瓦斯涌出。
②边掘边抽法，这是在未经预抽的条件下，解决煤巷掘进工作面瓦斯涌出量大的一种有效方法。该方法是在煤巷掘进的同时，从巷道的两帮向着近于推进方向的煤体中超前打扇形钻孔，并插管密闭进行抽放。随巷道的不断掘进，两帮的钻孔可不断抽排煤体中的瓦斯。当工作面向前掘进时，由于在巷道两帮和工作面前方一定的范围内能形成卸压区，造成煤壁的松动，故而从煤体中解吸出来的瓦斯就可直接被钻孔抽出，从而大大减少向巷道内的泄出。
③边采边抽法:在平行回风巷一侧的轨道中间巷，每隔50m布置一个钻场，由钻场向煤层顶板方向打3～4个仰斜放射形钻孔(打至卸压裂缝带)，然后滞后工作面抽放因回采时从顶板砂岩中涌出的瓦斯及来自采空区的瓦斯。
井下抽放系统为:
采面抽放钻场→回风巷
掘进面抽放钻场→联络巷
6.2建立地面抽放系统，实行地面一体化抽放方案：
针对玉华煤矿主采煤层埋藏较浅的情况，由地面施工大口径钻孔至开采层工作面内，初期用地面钻孔预抽煤层瓦斯及砂岩瓦斯，中期利用工作面掘成后形成的回采巷道，通过密封与地面垂直钻孔贯通，形成地面钻孔一巷道抽放系统，增加煤层瓦斯抽放的范围和力度，后期用地面钻孔再进行采空区瓦斯抽放，抽放来自砂岩层卸压的大量瓦斯及部分储存在底煤或遗煤中所释放的瓦斯。
7结论
1、玉华矿从目前开采水平至矿井深部区域，其4-2号煤层瓦斯含量在上述区域较大范围内将达到610m3/t，根据2006年国家安全生产监督管理总局令第10号之规定采用放顶煤开采时，必须将本煤层瓦斯含量降至6m3/t以下，因此玉华矿应当加大开采区域煤体采前预抽的力度，确保4-2号煤层残余瓦斯含量达到放顶煤开采的要求。
2、玉华矿4-2号煤层透气性能较差，直接预抽本煤层瓦斯效果不理想，可考虑采取水力扩孔或控制预裂爆破等技术措施增加煤层透气性能后再进行本煤层强化抽放，以提高预抽瓦斯效果。
3、玉华矿工作面瓦斯涌出50%以上来自邻近围岩层，因此，在充分考虑并切实采取了本煤层瓦斯预抽措施的同时，还应当试验研究围岩瓦斯、油气的拦截技术。
4、矿井瓦斯治理和防止4-2号煤层自燃是玉华矿安全生产的两大关键技术难题，这两大灾害治理措施存在相互矛盾，所以，在设计瓦斯抽放措施时必须制定严格的防灭火安全技术措施。
参考文献：［1］贾东旭，樊少武，马丕梁.玉华井田煤层瓦斯基础参数测试及赋存规律研究报告.煤炭科学研究总院.2008，4.
［2］张连栋，张子良，张铁生.陕西省铜川矿务局玉华煤矿矿井地质报告.1987.
作者简介：封华，(1974.9—)，陕西省子洲县人，研究生学历，采矿高级工程师，现任陕西陕煤煤业化工集团铜川矿业公司玉华煤矿矿长。
雷铁山，(1972.11—)，河南省新郑市人，本科学历，采矿工程师，现任陕西陕煤煤业化工集团玉华煤矿生产矿长、总工程师。
试议瓦斯玉华煤矿煤与瓦斯共采安全学报
更新时间：2024-02-28
作者：用户投稿
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