鹿台山矿低渗煤层瓦斯抽采问题分析
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鹿台山矿低渗煤层瓦斯抽采问题分析

2021-12-04 16:01:24 投稿作者: 点击:

摘 要:鹿台山煤矿是典型的低渗透抽采困难煤层。文章从介绍矿井的基本地质构造和特点出发,分析指出了该矿瓦斯抽采工作中存在的煤层均质性差且渗透率低、煤层组成复杂且临近层瓦斯源强、煤层脆性强且瓦斯钻孔塌孔易发、钻孔影响半径小且瓦斯抽采效率低四大问题;根据进行的分析指出了该矿煤层瓦斯抽采的应对措施。

关键词:低渗透;瓦斯;抽采;影响因素

1 鹿台山煤矿的地质特点

山西煤炭进出口集团鹿台山煤业有限公司位于沁水县西南14km处张村乡冯村村附近,主采2号煤层。在其井田范围内,二叠系下统山西组为其主要含煤地层之一,厚47.0~56.0m;底部以K7砂岩底与太原组地层分界,岩性主要为岩屑石英砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩和煤层,含丰富的植物化石,有二叠枝脉蕨、华北蕉羽叶、星轮叶等;上部以灰白色中粒砂岩、灰黑色粉砂岩为主,中夹黑色泥岩和极不稳定的1号薄煤层,煤层厚约0.13m。中部以灰黑色粉砂岩、泥岩、深灰色细粒砂岩及2号煤层组成。2号煤层为全区稳定可采煤层,煤层厚度1.35~3.20m,平均厚度1.97m。

井田位于沁水块坳的南端,东腰~尚庄区域性正断层的北侧(下盘)约300m。井田构造线方向与区域构造线方向一致,南部边缘有2号煤层露头出现,地层产状走向近于东西向,倾向北,倾角4~8°,为一向北缓倾的单斜构造。据采掘工程控制井田内发育三个小断层,其中较大的F1断层位于井田中西部,倾向北西,倾角65°、断距4m,延伸长度在950m左右;F2为分布于井田中东部走向近于北的小断层,长度在600m左右,倾向北西,倾角68°,断距3m;F3断层位于F2东侧,走向北西倾向南西,断距3m,延伸长度约250m。

2 鹿台山煤矿煤层瓦斯抽采实践中存在的问题

鹿台山煤矿煤层为典型的低渗透难抽采煤层,瓦斯抽采工作中困难重重,导致瓦斯抽采工作效果不佳。在瓦斯抽采工作中出现的主要问题包括:

2.1 煤层均质性差,渗透率低

鹿台山煤矿主采2号煤层,该煤层层理结构明显,且层理转折变化多,导致煤层内瓦斯流动通道变化多且已形成局部瓦斯集聚而影响游离瓦斯的运移,从而导致渗透率低;再者,该矿主采煤层内局部含有加矸层且沿煤层走向分布,且为泥质岩性透气性差,泥质加矸层的存在将该矿主采2号煤层分割为互相独立的几部分而形成局部封闭结构,导致煤层内瓦斯的解吸和运移受到明显影响而使渗透率降低。

2.2 煤层组成复杂、临近层瓦斯源强

鹿台山煤矿主采2号煤层,但在2号煤层顶板和底板各存在以不可采的极薄煤层且煤层瓦斯含量大,两个极薄煤层均处于2号煤层采动显著影响范围内,近似构成煤层群开采,并形成了典型的“主采煤层开采扰动影响富含瓦斯煤层群”。随着2号煤层的开采推进,由受采动卸压作用导致的上、下极薄煤层放散出的瓦斯均涌入2号主采煤层的采掘空间,从而导致2号主采煤层采空区瓦斯浓度大并增加了其采掘空间的瓦斯浓度,导致2号煤层开采过程中采掘空间瓦斯超限频繁,特别表现在上隅角范围内。

2.3 煤层脆性强、瓦斯钻孔塌孔易发

鹿台山煤矿主采2号煤层为中灰-高灰、低磷、特低硫、中热-高热值、高熔灰份的合成氨固定-气化和动力用煤,煤的内部微结构丰富且分布复杂,单轴抗压强度较大但脆性强,其内含有的泥质成分遇水后易膨胀而导致煤体受挤压而散碎。故,瓦斯抽采钻孔成果效果好但不宜保持,抽采钻孔服务期内布局塌孔严重而易于堵孔,导致瓦斯抽采钻孔失败。

2.4 钻孔影响半径小、瓦斯抽采效率低

鹿台山煤矿主采2号煤层的瓦斯压力为0.41-0.52MPa,百米钻孔初始瓦斯流量为0.0793m3/min,透气性系数为3.2238m2/MPa2·d,钻孔瓦斯流量衰减系数为0.0261d-1,百米钻孔瓦斯流量0.0793m3/min,钻孔瓦斯流量衰减系数α=0.0261d-1;煤层透气性系数λ=3.2238m2/MPa2·d,为典型的低渗透煤层,故瓦斯钻孔的有效影响范围小、有效影响半径小;又因为瓦斯钻孔难以维护且易于塌孔,故瓦斯抽采工作受到严重影响而效率较低下。

3 鹿台山煤矿煤层瓦斯抽采的应对措施

鹿台山矿是受瓦斯问题困扰非常严重的矿井之一,解决瓦斯治理问题对于维护该矿正常的生产秩序、挖掘该矿的生产潜力意义重大。因此,必须在掌握清楚该矿瓦斯赋存与涌出特性的前提下,有针对性的采取综合治理措施与技术方法体系,才能从根本上解决该矿的瓦斯问题。可从以下几个方面着手:

(1)思想上高度重视,以防控瓦斯为核心做安全生产的文章。从全煤炭行业来讲,瓦斯灾害是一次造成死亡人数最多的灾害,瓦斯不但对煤炭一线工人生命造成严重危害,也对煤炭生产企业造成沉重的负担,造成的负面影响巨大。而鹿台山矿煤层瓦斯含量大、煤层透气性差、瓦斯难抽采,就决定了瓦斯治理工作的艰巨性。因此,全矿上下必须从思想上高度重视瓦斯问题,树立“安全生产、瓦斯为天”的思想,牢牢扭住瓦斯治理这一牛鼻子,以瓦斯治理工作为核心开展全矿的安全生产工作。

(2)理清安全投入与保障生产的关系,增加安全投入。煤矿企业的根本任务就是生产煤炭,生产煤炭也是广大煤矿企业创造价值、产生利润的源泉,但其前提是安全生产。一旦发生各类灾害,造成直接经济损失、人员伤亡不可避免,耽误的正常生产时间更是无可挽回。因此,只有安全生产才能保障煤矿企业的产量、利润,但安全生产需要增加投入来保障其实现,包括思想上的投入、人力的投入和经济上的投入,短时间可能会表现为增加煤矿企业的生产成本。所以,必须理清保障安全生产与安全投入的关系,从大局角度着眼长远算综合账,提供切实的安全投入保障来保证安全生产的环境。

(3)尊重科学规律,从根源上认识瓦斯灾害、掌握瓦斯规律、制定瓦斯防治措施。包括矿井的五大灾害在内的全部矿井灾害的孕育、发生、发展都是有科学规律的,特别是瓦斯灾害,其孕育、发生、发展过程必然遵循瓦斯源、吸附瓦斯到游离瓦斯的转换过程、游离瓦斯的运移和放散出煤体过程、外界火源和氧气。对于具体矿上来讲,瓦斯源是相对固定的(即煤层的瓦斯赋存情况),外界火源是可以人为避免的,与氧气接触是无法断绝的,吸附瓦斯到游离瓦斯的转换过程与游离瓦斯的运移和放散出煤体过程是可以通过科学研究掌握的规律,并能根据其表现出的规律采取措施控制其速度的。因此,只要尊重科学规律,从根源上掌握上述过程表现出的规律并制定正确的应对措施,就可以防控瓦斯灾害的发生。

4 结束语

瓦斯问题位列矿井五大灾害,其导致灾害的预防工作任重道远。对鹿台山矿而言,只要结合该矿的实际情况并认识到该矿条件的独特之处,相信在充分认识重要意义、尊重科学规律和构建有效预防技术体系的基础上,一定能够逐步解决该矿的瓦斯问题。

参考文献

[1]李润求,施式亮,念其锋,等.近10年我国煤矿瓦斯灾害事故规律研究[J].中国安全科学学报,2011,21(9):143-151.

[2]罗海珠.中国煤矿瓦斯事故趋势及对策[A].中国职业安全健康协会首届年会暨职业安全健康论坛论文集[C].2004:34-41.

作者简介:孙百锁(1962-),男,山西临汾人,本科,工程师,现为鹿台山煤业有限公司董事长,主要从事煤矿安全生产方面的管理与研究工作。

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