国家庄煤矿瓦斯地质研究与防治

关键词：瓦斯地质; 研究与防治; 异常涌出; 预测预报 

    1．矿井瓦斯概述
国家庄煤矿隶属于山东肥矿集团，是一座设计年产45万吨的中型矿井，1975年投产，采用对角式通风，通风方法为抽出式。矿井现有二个开采水平，-70m水平已基本开采结束，-210m水平为主采水平，北翼由于受水威胁，现开采范围主要集中在南翼。矿井总进风量5485m3/min，总回风量5889m3/min，负压1463pa，等积孔3.05m2。井田内地质构造发育、水文条件复杂，有煤层冲刷和岩浆侵入（岩墙）现象，井田内有落差10米以上断层9条，还有两处向斜、三处背斜，背斜构造对瓦斯的富集起了较大的作用。井田内煤种为气煤和气肥煤，属中等变质程度煤种，煤层中的瓦斯含量理论上应该是比较高的，但据历年瓦斯鉴定结果和日常监测情况发现，瓦斯含量并不高，分析原因主要是由于井田内纵横交错的断层切割以及地下水径流活动的影响，造成煤层中瓦斯早期运移与排放。根据历年来瓦斯鉴定资料，CH4在3-7 m3/t之间，CO2在8-27m3/t之间，为低瓦斯高二氧化碳矿井，但是在掘进过程中发生过瓦斯异常涌出。
2．矿井瓦斯涌出来源分析
为了弄清井田内瓦斯涌出规律，每年的瓦斯鉴定工作中，在设点上实行了准备区、生产区、采空区分别控制和统计分析，基本掌握了各区域瓦斯涌出在矿井瓦斯涌出量中所占的比例，经统计历年来瓦斯鉴定三区含量比例，采空区约占55％，准备区占26％，生产区占19％。
     2．1采空区瓦斯涌出分析
     矿井开采已三十多年，采空区面积逐渐增大，通风流程不断加长，通风压力增高，采空区进回风压差变大，加之受动压影响，将封闭采空区的密闭墙压裂、压坏，以及新建密闭质量差等原因，造成密闭墙漏风，导致瓦斯大量外泄。
     2．2各煤层瓦斯涌出分析
     借鉴相邻矿井煤层瓦斯涌出规律，通过对所统计的各煤层瓦斯涌出量统计表进行分析表明，煤层瓦斯涌出量以七层煤最高，其次是三层、十层，最低的是八层，五层煤统计的相对涌出量不高，然而已发生异常涌出5-6起，也应列入瓦斯含量较高的煤层管理。统计各煤层瓦斯涌出量情况表如下：
              各煤层瓦斯涌出量（m3/min）统计表

  2．3矿井瓦斯异常涌出实例
     5301运中掘进工作面在掘进过程中，发现迎头炮眼内有声响，经检测3个炮眼内瓦斯浓度均达到10%以上，炮眼内氧气浓度为0，回风流中瓦斯浓度0.08%，二氧化碳浓度0.2%。通过对图纸资料及现场进行分析，发现5301运中掘进迎头前方距GF21断层10米左右，GF21断层为一正断层，落差0-16米。该断层属封闭性正断层，不能对瓦斯进行很好的释通、排放，聚集在断层带附近的瓦斯，通过断层附生裂隙或者受断层附近掘进迎头放炮震动影响等原因，进行释放。由于释放量较小，在正常通风情况下能及时进行稀释、排放，但在施工炮眼且处于煤层裂隙时，炮眼内能听到“嘶嘶”的声响，造成炮眼内瓦斯浓度高。根据矿井以往断层带瓦斯分布的特点，正断层属张扭性断层，煤系中砂页岩石占有较大的比例，而断层带又有断层泥充填，所以断层破碎带内空隙很小，不利于瓦斯集存，但断层附近的附生构造裂隙等，比较发育，有透气性，为瓦斯提供了积存空间，造成断层两侧瓦斯聚集带，但是分布不均匀，因此探放意义不大。经采取炮眼用黄泥封满填实，封堵裂隙，增加风量等措施，保证了安全施工。通过治理5301运中掘进工作面瓦斯异常涌出，掌握了瓦斯异常涌出的一般规律，得出掘进遇断层瓦斯异常区距离为10～20米，为今后对瓦斯异常涌出进行预测预报提供了经验值。
3．矿井瓦斯涌出的治理
3.1采空区瓦斯涌出的治理
针对采空区瓦斯涌出量较大的特点，加强采空区瓦斯管理是一个重要环节。首先要提高密闭的砌筑质量，按标准开帮、挖地槽进行施工，动压大处用料石砌筑。同时要加强闭前瓦斯和密闭质量的检查，发现隐患及时排除。还要注意调整通风系统的管理，特别是大的系统调整，要提前对采空区瓦斯涌出情况进行分析和预测，防止由于风压、风流方向的改变，致使采空区瓦斯大量溢出。特别要注意加强沿采空区掘进施工管理，坚持“有疑必探、先探后掘”的原则，提前打钻探放采空区的瓦斯，防止发生瓦斯事故。
3.2矿井瓦斯异常涌出的治理
经过分析，我们发现瓦斯异常涌出主要发生在掘进工作面。分析原因一般采区以较大断层为界，采区的__个工作面顺槽多数沿断层煤柱线掘进，巷道与断层走向一致，处在受断层影响而形成的瓦斯富集带内；沿断层的走向掘进，由于受断层影响，掘进巷道遇到的附生构造复杂，小断层、裂隙、褶曲较多，孔隙空间大，容气性好，为瓦斯赋存创造了良好的条件；开拓、准备巷道，特别是采区上下山等一般垂直或斜交煤层或断层，这类巷道在顶底板接近或揭露煤层及断层、构造时，易发生瓦斯异常涌出；全岩巷道瓦斯异常涌出以小断层、裂隙为连通渠道，因为巷道垂直通过构造复杂区域，范围较小，多数通过构造一段距离后即可恢复正常。鉴于构造附近瓦斯含量较高的特点，掘进工作面应列为瓦斯异常涌出管理的重点。对掘进工作面除进行正常的监测外，还应加强瓦斯地质方面的分析、研究。地质构造复杂块段，巷道施工前，地质部门要协助通风部门对瓦斯赋存情况进行分析，要提供预想剖面图，绘制瓦斯地质图。对可能发生的瓦斯异常涌出进行预测预报。掘进工作面接近断层或构造区域，提前20米停止掘进，进行打钻探查。掘进过程中加强瓦斯检测，特别注意对迎头炮眼瓦斯浓度的检测，发现炮眼内或裂隙中有带压气体涌出、炮眼口瓦斯浓度超过1%或风流中瓦斯浓度超过0.5%，应按照瓦斯异常区进行管理，并制定防治措施，确保矿井安全。
     4．结束语
国家庄煤矿经过三十多年的开采，上水平已基本结束，现主要开采下水平煤层，而随着埋深的加大，瓦斯含量、压力越来越大。通过对瓦斯地质方面的研究，特别是针对5301运中掘进接近断层时迎头炮眼内发生瓦斯异常涌出的治理，对今后掘进过程中遇断层等构造易发生瓦斯异常涌出进行预测预报提供经验，对今后的瓦斯防治具有指导意义。