小河嘴矿薄煤层瓦斯地质及瓦斯赋存规律

甘业忠

（四川达竹煤电（集团）有限责任公司小河嘴煤矿，四川 达州 635000）

小河嘴煤矿位于四川省达州市达川区南外镇高岩村，行政区划属达川区南外镇管辖，为四川省煤炭产业集团所属的国有重点煤矿之一，已形成300kt/a的实际生产能力。井田范围由21个座标圈定，井田位于中山背斜北部倾末端，南以16号勘探线与斌郎煤矿为界，北至扩大区1号勘探线为界，东西以储量深部－200m标高为界。南北走向长12.5km，东西宽3km，井田面积15.9415km2。开采深度355～555m，井田范围内准许开采煤层有须家河组第6段（T3XJ6）中的24、23、22、21、18、内连煤层；须家河组第5段（T3XJ5）中的14、12煤层，共8层煤，现目前只开采22、21煤层。本文主要介绍小河嘴矿薄煤层的瓦斯地质及瓦斯赋存规律。

1 矿井瓦斯情况

2012年瓦斯等级鉴定，矿井绝对瓦斯涌出量为33.52m3/min（其中抽放标况纯量为12.64m3/min），相对瓦斯涌出量74.59m3/t，属于高瓦斯矿井。

2 目前主采煤层瓦斯参数的测定

（1）矿井瓦斯压力0.5～0.6MPa，瓦斯含量5 m3/t。吸附瓦斯95～97%。测定方法：解吸法、煤层样等温吸附实验、WP-1型瓦斯含量快速测定仪。

（2）工作面放炮后，回风瓦斯的80%以上来至后方采空区，瓦斯量可升为3m3/min，风尾巷瓦斯容易超限。

（3）少掘或不掘岩石巷道，包括取消尾排巷道。K21和K22不宜联合布置。

（4）煤块瓦斯涌出强度。回采工作面爆落煤块瓦斯符合负指数关系曲线，表达式为：

K22煤层：qt=35.2132 e−0.2058(1+t)

K21煤层：qt=24.8404 e−0.2975(1+t)

其中，qt：煤块瓦斯涌出强度，mL/(kg·min)；t：时间，min。

（5）孔壁（煤壁面）瓦斯涌出强度：

q=1.4431e−0.3489(1+t)

t

qt：孔壁（煤壁面）瓦斯涌出强度，L/(m2·min)。

（6）煤层透气性系数在2.23～50.31m2/(MPa2·d)之间，巷道煤壁面经18到38天时，瓦斯涌出强度为0.71～1.39m3/(m2·d)。炮后工作面内瓦斯，以落煤块瓦斯为主。

（7）煤层吸咐瓦斯常数。2003年煤炭科学总院重庆分院对矿井提供的煤样吸咐瓦斯常数进行了实验测定，如表1。

表1 煤样吸咐瓦斯常数表

（8）2006年瓦斯参数的测定结果。矿井2006年与煤炭科学总院重庆分院合作进行了瓦斯基本参数的测定，测定情况如下。

402采区K21煤层在+100～±0m标高范围的瓦斯含量为3.44～4m3/t，K22煤层在+100～±0m标高范围的瓦斯含量为3.85～4.42m3/t；201采区K21、K22、K24煤层在±0m水平的瓦斯含量分别为4.53m3/t、3.58m3/t、4.18m3/t。

402采区K21、K22煤层在+100～±0m水平范围的综合瓦斯压力为0.35～0.42MPa；201采区K21、K22煤层在±0m水平的综合瓦斯压力为0.39MPa。

402采区K21、K22煤层的透气性系数小于0.88m2/MPa2·d；201采区K21、K22煤层透气性系数小于 0.83m2/MPa2·d。

402采区K21、K22煤层钻孔瓦斯流量的衰减系数大于0.41d-1；201采区K21、K22煤层钻孔瓦斯流量的衰减系数大于0.38d-1。

3 采掘工作面的瓦斯涌出情况

采用分源法及统计分析法，预测矿井采掘工作面的瓦斯涌出量。

（1）岩巷掘进工作面的瓦斯涌出量一般为0.1～0.3m3/min，在井田中山背斜轴部须家河组第6段第1带（T ）砂岩层掘进时，瓦斯的涌出量一般为0.5～0.8m/mi

n，局部达2～3m3/min，最大时达8m3/min。

（2）K24、K22、K21薄及极薄煤层煤巷的掘进工作面的瓦斯涌出量分别为0.27～0.63m3/min、0.2～0.56m3/min、0.2～ 0.68m3/min。

（3）K24、K22、K21薄及极薄煤层采煤工作面的正常瓦斯涌出量分别为0.7～0.8m3/min、0.7～0.95m3/min、0.7～0.9m3/min，上隅角存在局部瓦斯超限现象。

4 瓦斯地质分布规律

矿井瓦斯分布规律：矿井的极薄、极近距离煤层瓦斯不大，但邻近砂岩含瓦斯，且储盖条件好，易向中山背斜轴部储集，衰减很慢，可出现裂隙喷瓦斯象征。

矿井中山背斜T3xj6-1段砂岩中存在裂隙瓦斯，在该岩层掘进中，曾多次出现过异常的瓦斯涌出。2005年9月24日402采区+60石门在T3xj6-1段砂岩中掘进时发生了异常瓦斯涌出，工作面放炮后，位于碛头左侧顶板的一裂隙喷水射程达1m左右，半小时后裂隙水射程达6m左右；同时工作面的瓦斯浓度瞬间达到2.17%，回风流瓦斯浓度为3.6%，瓦斯涌出量逐渐增大，最后稳定在8.4m3/min，并伴有臭鸡蛋气味。矿井裂隙的瓦斯突然大量涌出，造成402采区+60石门及其回风流、402采区回风流的瓦斯超限。

5 瓦斯涌出的特征

井田主构造为背斜构造，在背斜的形成过程中，瓦斯逐渐向背斜轴部储集，瓦斯储集于轴部煤层及煤层顶、底板岩层中。在开采中表现为：掘进轴部巷道时，时常出现裂隙瓦斯喷出，处于背斜轴部的采煤工作面的风尾巷（“U”型通风时）时有瓦斯超限的情况发生，工作面及工作面回风巷瓦斯较为正常，-121采区属下山开采，瓦斯涌出量有所上升。

6 矿井瓦斯的主要来源

矿井瓦斯主要来源于煤层，矿井瓦斯涌出受采煤工作面回采的影响，在采空区上下形成大量的裂隙而渗入巷道，涌出量较大的主要集中在回采区；还有部分是因受矿井通风设施（密闭）的影响，使井下瓦斯从已采区的密闭及停掘工作面密闭中渗出。矿井生产过程中，瓦斯涌出极不均衡，总的情况是矿井中山背斜轴部瓦斯涌出量相对较大一些。现开采的K22煤层比K21煤层瓦斯涌出量相对较大。随着开采深度的增加和开采范围的扩大，瓦斯涌出量呈明显上升的趋势，在开拓准备101、201、402采区过程中，均出现过裂隙瓦斯。

7 瓦斯抽采的情况

矿井建立地面瓦斯固定抽采系统2BE1303-0瓦斯抽放泵2套（1台运行、1台备用）及KJ73N瓦斯抽采独立监控系统1套（9个监控测点）。现矿井配备了ZY-1250型钻机5台，ZDY-1900S型2台，KFB-B（2.4MP）封孔泵6台，注浆机1台，2BE1-303-0型水环式真空泵2台，2台IS100-65-250A型单级清水泵。地面瓦斯固定抽采系统于2010年5月投入运行，到2012年12月底已抽放1418万m3瓦斯、管路安装15000 m、钻孔施工进尺83000m。平均抽采浓度30%～35%，矿井瓦斯抽采率为34.2%～40.88%，抽采瓦斯纯量为8～11m3/min。

矿井配备工程技术人员2人，负责井下瓦斯抽采业务的技术管理和现场管理。抽采泵站的司机4人，负责抽采泵的正常运行和记录各种运行参数。井下打钻施工人员6人，负责井下瓦斯抽采钻孔的施工和其它钻探施工。管线工程施工、维修人员4人，负责瓦斯管线及抽采系统各种设施的安设、维修、调整、更换等。检测人员2人，负责对矿井抽采系统、钻场、管线、主要设备、设施的日常检查和抽采系统的测试、调整、试验，数据、资料的记录和整理等安全技术性的管理工作。