孟村矿井瓦斯赋存规律研究与治理

摘 要：孟村煤矿位于陕西彬长矿区，地质类型复杂，煤层厚度及埋深大，具有强冲击倾向性， 井田内构造发育，为高瓦斯矿井。目前矿井处于基建阶段，随着下一步开拓及开采，瓦斯问题将越来越严重。 根据钻孔瓦斯测定参数，详细分析了矿井瓦斯分布规律及瓦斯地质因素，并根据矿井瓦斯与冲击地压并存的现状，提出了针对性的综合防治措施。

关键词：地质条件；瓦斯赋存；抽采；防治；管理

1矿井概况

1.1自然地理条件

孟村矿井及选煤厂位于陕西省咸阳市西北部，彬长矿区中北部，地处咸阳市彬县与长武县交界地带，行政区划隶属于陕西省咸阳市长武县管辖。井田东西长10.5km，南北宽6.5km，总体规划井田面积61.2km2。可采面积约58.77km2。矿井工业资源/储量为938.22Mt。设计资源/储量为912.54Mt。设计可采储量为644.92Mt。矿井设计生产能力：6.00Mt。服务年限为76.8a。

1.2井田构造

孟村井田地表大面积为黄土层所覆盖，沟谷中出露的白垩系产状较为平缓。总体趋势为南高北低，西高东低。井田构造特征与矿区完全一致，即以宽缓的褶曲为主。各褶曲轴向为NE～NEE，两翼倾角一般3～5o，最大7～8o；两翼起伏幅度80～180m，一般100m左右。褶曲对煤系、煤层的沉积分布及其厚度变化关系密切。一般向斜轴部煤系、煤层较厚，背斜轴部煤系、煤层较薄，沉积无煤区仅发育在七里铺～西坡背斜和董家庄背斜的轴部。

1.3矿井瓦斯情况

全井田4煤层瓦斯采样点17个，采集了23个样。4煤层自然瓦斯成分主要为氮气及甲烷。甲烷成分最高值为62.38%（M6-5孔），最高含量1.16ml/g.daf（M6-5孔）。瓦斯成分及分带的平面特征：井田西部7号勘探线以西，由于煤層遭受风化，瓦斯含量较低，形成了二氧化碳～氮气带；7线以东以氮气、甲烷为主，甲烷浓度增高，含量增大，形成氮气～甲烷带。瓦斯含量的基本规律：煤层埋深每增加100m，瓦斯含量增加0.27～0.52ml/g.daf，甲烷含量随甲烷浓度的增高而增加。

2瓦斯治理技术

2.1地面钻井抽采瓦斯

从地面打钻井预抽被保护层采动区卸压或被压裂煤层的瓦斯，以消除煤与瓦斯突出危险性、降低煤层开采过程中瓦斯涌出量。

在地面水平钻孔技术方面，大多数情况下，钻井液柱的静水荷载要大于储气层的内部压力，这样会减少瓦斯抽放量。同时压力作用于钻井液并使其割断媒体的节理，堵塞瓦斯涌出通道。为解决孟村矿井瓦斯问题，应采用双钻井系统。首先钻一口直径222.25m的穿过煤层的竖直井，然后将三个同心套管套入钻孔，在同心套管间的两个圆环中灌入泥浆以增强钻孔壁强度。套管延伸至煤层上方15m处，在煤层上下一定范围内留设一段无套管钻孔。然后通过底部扩孔机具将煤层周围钻孔的直径扩大至1.8m左右。第二口井眼距第一口90m，当竖直钻进距煤层60m以内的某点时，在此点应用定向钻孔技术使第二钻孔的水平部分位于煤层内，该钻孔的水平部分应严格按照第一个井孔监测的坐标方向钻进，当截断到第一个钻井时，就形成了欠平衡水平钻井系统。在第一口井的压缩空气作用下，钻孔处的气液体混合物将返回至交叉点钻液处，从而降低了垂直钻液柱的密度，形成了欠平衡钻井的条件。

随着长度达1200-1500m的水平钻孔的应用，水平瓦斯抽采网络也逐渐发展起来，它的轮廓像羽毛的对称结构和树叶的生长结构，由分布均匀的横向钻孔组成，这些钻孔的平均直径为11cm，位于中心井孔的左右两侧，主要用来抽放矿井内的瓦斯。四个中心井孔分别分布在四个象限上，从而能在360°范围上覆盖整个瓦斯抽放区域。在这种体系下，每个垂直钻孔范围上可以钻总长度达18000m的横向孔，这些横向孔的比表面积达1200英亩。水平横向钻孔的使用能减小地表扰动和相应成本，使瓦斯抽采均匀，并使矿井在瓦斯抽放期间能继续生产。

这种体系能实现井下气水分离，较容易地将水泵出。通过布置在垂直钻孔中心处水管将水排出，通过钻孔中心周围的套管圆环区将瓦斯抽出。

2.2抽采开采煤层瓦斯

地面钻井抽采瓦斯的预抽时间不够充足，开采层瓦斯可采用边抽边采技术。边抽边采的方法主要有采面浅孔和上下巷顺层长钻孔抽采。根据矿井实际情况可知选用顺层长钻孔抽采。在工作面机、风两巷向工作面前方煤层施工长钻孔，降低回采期间煤层瓦斯压力和含量，从而减少回采瓦斯涌出和降低突出危险性。

①钻孔布置有平行、交叉、迎向多种形式；

②钻孔间距根据预抽时间和钻孔的排放半径确定；

③钻孔深度在50m以上；

④在工作面、风巷掘进期间施工，钻孔滞后掘进工作面不大于100m，采用贯通钻孔全部打完；

⑤在巷道内敷设一趟抽采管路与矿井抽采系统相连接。

2.3采空区瓦斯抽采

回采工作面结束后，采空区仍会积聚大量瓦斯。瓦斯积聚在煤层上部的煤夹层和岩层处，并在支架后方采空区直接顶冒落后才大量涌出。处理采空区的瓦斯采用垂直钻孔法是一种非常有效的方法。

①钻孔地点

在工作面回采开始之前，根据工作面长度和瓦斯含量的不同，沿工作面中心线（走向）在地表钻三到三十个钻孔，第一个钻孔通常距开切眼相距46～153m，或布置在地表沉降盆地倾斜边缘附近。应在距离回采工作面较远距离时就提前钻好钻孔。

②设计

瓦斯钻孔直径为0.2～0.3m，内部套管直径为0.18～0.24m，该套管分两部分，第一部分由61m长的钢质割缝筛管组成，起于钻孔底部4.57m处（要注意的是允许瓦斯进入割缝筛管的长度与瓦斯涌出空间有关），第二部分是延伸至地表的固体套管，在固体套管内灌浆并在钻孔底部进行密封以防止水的侵入。

③性能

采空区钻孔会用到功率为10～75HP，通风能力为1500～1750ft^3/miin的通风机。当长壁工作面推进到距离钻孔几米时，瓦斯开始涌出此时通风机通电工作，钻孔开始进入活跃期。瓦斯起始流量较大，然后开始平稳下降，通常情况下通风机会持续运转三到五个月来抽瓦斯。

3增强瓦斯安全意识，落实瓦斯管理条例。

3.1提高安全意识

对安全问题更需科学认知。煤矿安全管理工作是一个更复杂的系统工程，这是因为：一是煤矿的生产条件在不断改变；二是煤矿在进行新装备、新技术、新工艺、新材料的革新和引进时有个适应过程；三是煤矿难以完全杜绝三违；四是小隐患可能导致大事故。

3.2强化技术，推进煤矿科技进步

加大资源整合力度，提高矿井规模 登封矿区最多时达到 200 百多对矿井，经过资源整合已降到 66 家， 二次整合中划归郑煤的有 34 家，划归永煤 4 家，登封地方管理剩下的 32 家，但二次整合中，没有矿井总数的减少， 也就是说没有扩大矿井规模，单个煤矿企业的管理模式变化不大，对安全生产管理是否更上新台阶影响不大。

4结论

通过对孟村煤矿高瓦矿井斯综合治理的研究与分析，笔者认为：煤矿企业唯有及早转变安全观念，建立超前防范意识，根据瓦斯治理的相关条例要求自觉增加安全投入，完善瓦斯综合治理系统和装备， 多方寻求安全力量，携手合作，共同谋求安全生产，才能真正提高煤矿安全管理水平，为企业安全形势的好转保驾护航。

参考文献：

[1]张子敏，张玉贵.瓦斯地质规律与瓦斯预测[M].北京：煤炭工业出版社，2005.

[2]胡殿明，林柏泉.煤层瓦斯赋存规律及防治技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2006.

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