孟村矿井瓦斯赋存规律研究与治理.docx

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孟村矿井瓦斯赋存规律研究与治理

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侯彪

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，由于煤層遭受风化，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、降低煤层开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