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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,由于煤层遭受风化,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、降低煤层開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.
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,由于煤层遭受风化,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、降低煤层開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.