1、专题部分 浅谈寺河矿瓦斯治理与利用技术摘 要: 总结了寺河矿井瓦斯综合治理的主要技术, 从技术与经济方面分析了地面瓦斯抽放和有效利用的可行性, 指出地面瓦斯抽放是解决寺河矿瓦斯问题的根本途径。关键词: 瓦斯治理; 地面瓦斯抽放; 安全生产;综合利用1 矿井概况晋煤集团寺河矿位于山西省晋城市西偏北，行政区划属山西省晋城市所辖，跨沁水、阳城、泽州三县，工业场地位于沁水县嘉峰镇嘉峰村与殷庄村之间，距沁水县城53km，距晋城市区70km。地理坐标：北纬353051353611，东经11227071124054。寺河井田南北走向长平均12km，东西倾斜宽平均14.4km，面积为173.2km2。井田划分
2、为东井区和西井区两个井区分别进行开拓建设，其中东井区为生产区域，西井区为基本建设区域。矿井周围的公路四通八达，侯月铁路纵贯井田西区东部，接入全国铁路网，井田内外交通便利。2 矿井煤层地质及瓦斯赋存情况2.1 地质特征寺河井田位于沁水复式向斜盆地的南端东翼，处于晋获褶断带、沁水盆地南缘东西北东向断裂带及阳城西哄哄晋城石盘东西向断裂带之间。井田内地层出露中常，自东向西有：石炭系上统太原组（C3t）、二叠系下统山西组（P1s）、下石盒子组（P1x）、上统上石盒子组（P2s）、石千峰组（P2sh）。井田构造形态为一倾向西北的单斜构造，在此基础上发育了一系列近南北北北东向的宽缓褶曲，断层较少。地层倾角3
3、15，一般在10以内，个别地段受构造影响岩层倾角变大。2.2 地质构造井田受新华夏构造太行山隆起带、断裂带、晋东南山字型构造的影响，构造以褶曲为主、断裂次之. 褶曲一般为幅度不大、两翼平缓、开阔的背、向斜。断层以高角度正断层为主，落差一般不大于20m。无岩浆活动。纵观全井田，构造属简单类型。（1）褶曲井田内近南北向的主要褶曲为15条，轴向为近南北向，构成井田内构造形态的骨架。另外还有一些低次序的褶曲分布于井田的局部区域，其长度一般不超过1200m，在井田内渐灭。井田东翼主要有18、58#向斜及59#背斜；中部主要有常店向斜、郑村背斜、潘河向斜、柿市沟背斜、磨掌向斜、马庄背斜等；西翼主要有刘家腰
4、向斜、町店背斜、石旺沟向斜、下黄崖背斜、上黄崖向斜、刘家庄背斜、东圪坨向斜。（2）断层井田内断层主要分布于西北部边界寺头正断层附近和西部 F12断层的两侧，多为次生断层。井田东翼的主要断层有F12、F13、F14逆断层和F15、F16、F4、F17正断层；中部的主要断层有F2(寺头断层)、F3、F4、F5、F6正断层；西翼的主要断层有F2正断层和F1逆断层。（3）陷落柱根据各阶段地质工作成果资料，井田内已发现岩溶陷落柱8个，其中地质填图地表发现3个，三维地震勘探发现5个，位于西井区中东部边界附近，长轴50250m，短轴50150m。除上述主要构造外，采掘作业过程中还实际揭露一定数量的褶曲、断层
5、、陷落柱，不同程度地影响到采掘活动。（4） 变薄、缺失区从三维地震及采掘揭露情况看，东区有2个变薄、缺失区（冲刷或其它原因造成），西井区存在13个冲刷带（煤层变薄区）。2.3 煤层特征井田主要煤系地层为二叠系下统山西组（P1s）和石炭系上统太原组（C3t），平均厚136.02m。含煤15层，煤层总厚14.67m，含煤系数10.8%，其中可采和局部可采煤层3层，总厚度10.32m，可采含煤系数7.6%。山西组（P1s）厚30.7059.10m，平均45.20m。含煤4层，自上而下依次为1、2、3、4#，煤层总厚6.89m，含煤系数15.2%，其中可采煤层1层（3#），平均厚度6.31m，可采含煤
6、系数14.0%。太原组（C3t）平均厚90.82m。含煤1113层，编号依次自上而下为5、6、7、8-1、8-2、9、10、11、12、13、13下、15、16#，煤层总厚7.78m，含煤系数8.6%，其中可采煤层2层（9、15#），平均可采厚度4.01m，可采含煤系数4.4%。2.4 瓦斯基础参数瓦斯是井下煤岩涌出的各种气体的总称，其主要成分是以甲烷为主的烃类气体，有时也专指甲烷，瓦斯的物理与化学性质一般都是针对甲烷而言的。瓦斯是在煤炭发育过程中形成的，故也称煤层气。瓦斯是一种温室气体，同比产生的温室效应是二氧化碳的20倍，在全球气候变暖中的份额为15%，仅次于二氧化碳。我国是煤炭生产和消费
7、大国，伴随着煤炭的开采，我国每年向大气排放瓦斯约194亿m3，约占世界采煤排放瓦斯的1/3，瓦斯对大气的严重污染已引起关注。瓦斯是一种优质洁净能源。瓦斯的燃烧热为37MJ/m3，相当于11.5kg烟煤燃烧产生的热量。瓦斯燃烧后的气体不含硫化氢，所产生的污染大体上只有石油的1/40、煤炭的1/800。瓦斯还是重要的化工原料，它还可以转化成合成原料气，制备出合成氨、合成醇、烃类等重要的化工产品。我国的瓦斯资源丰富，初步估计达30万亿35万亿m3，相当于450亿t标准煤。对煤矿瓦斯进行抽放并加以利用，既可大量减少瓦斯事故的发生，又能减少对环境的污染，同时为社会提供优质洁净能源和重要的化工原料，带来巨
8、大的经济效益。（1） 瓦斯放散初速度根据取样测定结果，东区3#煤层瓦斯放散初速度4045mmHg，西区3#煤层瓦斯放散初速度3347mmHg。（2） 煤的坚固性系数根据取样测定结果，东区3#煤层煤的坚固性系数为1.41.5，西区3#煤层煤的坚固性系数为1.051.88。（3）煤层瓦斯压力建井期间，西区打钻测压测定3#煤层的瓦斯压力为0.22.12MPa，东区施工钻孔测定瓦斯压力为0.10.29MPa。根据瓦斯地质图的描述结果，预计井下瓦斯压力更大：西区瓦斯压力可达3MPa，东区瓦斯压力可达1MPa（4）煤层瓦斯含量在西风井和西斜井采煤样测定3#煤层的瓦斯含量为15.0419.52m3/t,平均
9、为16.6m3/t。在东区测定3#煤层瓦斯含量为6.8811.28 m3/t，平均为9.03m3/t。根据瓦斯地质图，西区瓦斯含量最高达28m3/t，东区瓦斯含量最高达18m3/t。（5）煤层透气性系数根据现场测定和计算，3#煤层的透气性系数存在较大差异。在褶曲翼部和向斜轴部区域煤层透气性系数为0.02394.4529m2/MPa2.d，平均为0.244m2/MPa2.d；在背斜轴部等张性构造附近，煤层透气性系数为213728m2/MPa2.d，平均为331.47m2/MPa2.d。东井区测定煤层透气性系数为56.74195.39m2/MPa2.d（6）百米钻孔自然瓦斯涌出量及其衰减系数在距西
10、风井250m处到西斜井范围内测定了钻孔自然瓦斯涌出量及其衰减变化规律，3#煤层的百米钻孔自然瓦斯涌出量为0.0220.4m3/min.hm,平均为0.175m3/min.hm；百米钻孔自然瓦斯涌出衰减系数为0.0250.19d1。在东区测定3#煤层百米钻孔自然瓦斯涌出量为0.2421.026m3/minhm，平均0.544m3/minhm；百米钻孔自然瓦斯涌出衰减系数为0.00260.1505d-1。3 矿井瓦斯3.1 瓦斯赋存情况寺河井田煤层瓦斯赋存极不平衡。平面上总体看，井田西区瓦斯含量高，东区瓦斯含量低；从东向西由低瓦斯区向高瓦斯区过渡。从局部区域看，向斜轴部和翼部瓦斯含量高。垂向上随着
11、煤层埋藏深度的增加，瓦斯含量逐步增高。矿井东区开采区域一、三、四盘区中原始瓦斯含量从高到低分布，四盘区瓦斯含量相对最高，达1016m3/t；三盘区瓦斯含量相对最低，基本在610m3/t；一盘区瓦斯含量在612m3/t；局部区域出现瓦斯异常。西井区瓦斯含量基本在16m3/t以上。3.2 瓦斯涌出情况随着开采强度的不断增加和产量的提高，寺河矿瓦斯涌出量逐年增大，矿井投产以来瓦斯涌出情况如图1-2所示。020040060080010001200200220032004200520062007200820092010时间（年）矿井绝对瓦斯涌出量（m3/min)图1-2 寺河矿绝对瓦斯涌出量变化情况(m
12、3/min)2009年矿井瓦斯等级鉴定结果：东井区绝对瓦斯涌出量为473.6m3/min，相对瓦斯涌出量为21.39m3/t，为高瓦斯矿井；西井区绝对瓦斯涌出量为474.27m3/min，为煤与瓦斯突出矿井。2010年矿井瓦斯等级鉴定结果：东井区绝对瓦斯涌出量为497.8m3/min，相对瓦斯涌出量为20.56m3/t，为高瓦斯矿井；西井区绝对瓦斯涌出量630.64m3/min，为煤与瓦斯突出矿井。近五年寺河矿瓦斯等级鉴定情况见表1-2、表1-3。表3-1 东井区瓦斯等级鉴定情况表年度绝对瓦斯涌出量(m3/min）相对瓦斯涌出量(m3/t)鉴定结果2006486.621.9高瓦斯矿井20073
13、46.8521.63高瓦斯矿井2008360.1914.67高瓦斯矿井2009473.621.39高瓦斯矿井2010497.820.56高瓦斯矿井表1-3 西井区瓦斯等级鉴定情况表年度绝对瓦斯涌出量(m3/min）相对瓦斯涌出量(m3/t)鉴定结果2006123.4802007195.60煤与瓦斯突出矿井2008186.450煤与瓦斯突出矿井2009474.270煤与瓦斯突出矿井2010630.640煤与瓦斯突出矿井4 矿井生产情况矿井采用斜井、立井综合开拓方式，东井区共有6个进风井、4个回风井；西井区共有3个进风井、2个回风井；东、西回风立井、三水沟风井和各斜井均设有梯子间或行人台阶。矿井用
14、一个水平开拓3#煤层，水平标高为+350m。矿井设计生产能力一期为4.0Mt/a，核定生产能力为10.8Mt/a，主采3#煤层，煤层服务年限为24.79a（不含扩区范围储量）。井田采用盘区布置方式，东井区主、副斜井落底后，向东沿3#煤层底板开拓东轨、东胶两条大巷，延伸到东区后，分别向南、向北送盘区集中巷，工作面顺槽垂直集中巷布置。西井区主、副、回风斜立井到底后向西开拓西轨、西胶、西回三条大巷并与三水沟进回风立井井底车场向东延伸的三条大巷相连通。矿井东井区布置一、三、四盘区组织生产，共布置2个大采高综采工作面、1个综掘工作面、5个炮掘工作面、5个连采掘进面。西井区为基本建设区，目前共布置4个炮掘
15、头面。采煤工作面采用一次采全高采煤法，顶板管理为全面冒落法管理顶板。掘进工作面采用多巷平行掘进连采、连掘工艺。综采工作面采、装、运、支工序全部机械化。采掘工作面作业方式为“四六制”，三班生产，一班检修。5 瓦斯综合治理状况和实用技术根据晋煤集团统一部署，矿推行 “三级瓦斯治理模式”。（1）一是大力推进地面钻井抽采瓦斯。即井田采动之前，在瓦斯含量超过16m3/t的区域布置地面钻井，结合地面压裂对原始煤体进行预抽采。2004年开始，寺河矿开始采用300m300m的网格布置方式，施工地面钻井，2006年开始，结合井田地质特征以及瓦斯治理难度，寺河矿改用250m150m的网格地面钻井布置方式。（2）巷道掘进抽放和回采工作面抽放。寺河矿为高瓦斯矿井，如遇瓦斯涌出异常,百米巷道瓦斯涌出可达 10 15m3/m in。工作面走向 3 000 4 000m巷道掘进仅靠通风根本无法解决瓦斯问题, 必须采取抽放措施来降低瓦斯涌出量。在巷道帮上每隔 200 m布
