雞西礦區(qū)瓦斯地質(zhì)特征及瓦斯防治的研究

1、雞西礦區(qū)瓦斯地質(zhì)特征及瓦斯防治的研究龐貴智(雞西礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司、黑龍江、雞西158100摘要:針對雞西礦區(qū)的地質(zhì)地形進(jìn)行簡述,分析了各地區(qū)的瓦斯賦存情況,對高沼氣采煤工作面進(jìn)行瓦斯分析,掌握了雞西礦區(qū)井下工作面的瓦斯的來源。在煤層透氣系數(shù)低,瓦斯涌出量大,根據(jù)煤層頂板的變化規(guī)律,采用多種方法進(jìn)行瓦斯綜合治理技術(shù),消除了瓦斯經(jīng)常超限問題,保證了安全生產(chǎn),近幾年煤炭產(chǎn)量在穩(wěn)步的增產(chǎn)。實(shí)踐證明瓦斯抽放是解決瓦斯超限,實(shí)現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)的有效手段。關(guān)鍵詞:瓦斯地質(zhì)瓦斯抽采綜合治理雞西礦區(qū)1 礦區(qū)概況雞西煤田開采于1906年,至今已有103年的開采歷史,1948年7月建局, 2001年8月改制為雞西

2、礦業(yè)(集團(tuán)有限責(zé)任公司。2004年成立龍煤礦業(yè)集團(tuán)有限公司雞西分公司。雞西礦區(qū)位于黑龍江省東南部,地跨雞西、林口、穆棱、雞東、密山等市縣。其地理坐標(biāo)在東經(jīng)130015、-131045、北緯44040、-45030、之間礦區(qū)東西走向135km,南北寬25km,礦區(qū)煤田面積3375km2,現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)728km2?，F(xiàn)有15對礦井,14對生產(chǎn)礦井,1個建設(shè)礦井,年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1562萬t。雞西礦區(qū)全部開采薄及中厚煤層,開采煤層厚度大多在0.8-2.2m,頂板多為復(fù)合頂板,開采深度一般在600-1000m,全公司現(xiàn)有高瓦斯礦井13對,煤與瓦斯突出礦井1對(滴道礦立井。全局采煤工作面38個,掘進(jìn)工作面1

3、52個,其中瓦斯高突采煤工作面22個,高突掘進(jìn)工作面38個。2008年公司瓦斯鑒定礦井絕對涌出量為615.415m3/min,相對瓦斯涌出量最大為27.69m3/min,采煤工作面最大絕對涌出量為46.6m3/min,掘進(jìn)工作面最大絕對涌出量為5.2m3/min。瓦斯災(zāi)害嚴(yán)重。所有煤層均有煤塵爆炸危險性。礦井涌水量大,礦井涌水量最大4500m3/h。雞西礦區(qū)是水、瓦斯、頂板災(zāi)害并存的礦區(qū),安全生產(chǎn)條件比較困難。2、地質(zhì)特性2.1、地層雞西出露的地層有太古麻山群,中生界下白堊統(tǒng),以新生界和第四系沉積,按區(qū)域地層層序有老至新簡述如下:2.1.1、太古界麻山群:麻山群主要分配在雞西煤田的西北邊緣和南

4、北條帶中間隆起區(qū)。為本區(qū)最老的基底地層。主要有巨厚的海陸交互沉積地層,經(jīng)區(qū)域變質(zhì)及混合巖系,其注意巖性由片麻巖、片巖、石墨片巖、大理巖、白云巖、白粒巖等組成,本地層內(nèi)石墨和磷灰石、矽線石等礦物具有工業(yè)價值,地層總厚1530米。2.2、下白堊統(tǒng)雞西群2.2.1、滴道組:標(biāo)準(zhǔn)發(fā)育地在滴道暖泉以北和正陽北山兩地東西逐漸變薄和尖滅,本組主要由礫巖、砂巖、凝灰質(zhì)砂巖、碳質(zhì)泥巖夾薄煤層和變山質(zhì)熔巖,凝灰?guī)r組成。其底部為花崗質(zhì)礫巖,與下伏麻山群地層不整合接觸。厚度100-300米。2.2.2、城子河組:城子河組在雞西南北帶普遍發(fā)育,北部條帶西起麻山東至黒臺均有沉積,其厚度由西向東逐漸增加,如麻山只有150米

5、,城子河最大厚度達(dá)700米。本組巖性主要有底礫巖、中粗砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖、碳泥巖和化層組成。以區(qū)別于滴道組和上部的穆棱組。從巖相上看,構(gòu)成數(shù)個較完整的沉積韻律,含化性較強(qiáng)滴道組和穆棱組,本組與下伏滴道組假整合。2.2.3、穆棱組:穆棱組分布范圍大體與城子河組一致。巖性以灰綠色,灰色組碎屑為主,北部條帶滴道至青龍山煤層發(fā)育較好。本組底部在麻山一帶發(fā)育,有底礫巖,向東至滴道的相變?yōu)榇稚皫r,至城子河已不復(fù)存在。2.3、下白堊統(tǒng)樺山群本群底層在雞西煤田的南北條帶普遍發(fā)育,其標(biāo)準(zhǔn)地點(diǎn)在梨樹南猴石溝和麻山,北樺山一帶,另外老道溝及本勘探區(qū)西部清溝山一帶,也甚發(fā)育本群組分兩組。2.3.1東山組:本組

6、巖性變化較大,在猴石溝和樺南山一帶主要為礫巖,成分為花崗巖及石英質(zhì)巖石,礫徑一般為2-10厘米,但在清溝山和老道溝一帶,為中性火山碎屑巖類,間夾寧灰?guī)r、砂巖、泥巖等。厚50-100米,與下伏穆棱組呈假整合。2.3.2、猴石溝組:本組巖性主要以碎屑為主,上中段注意為中細(xì)砂巖,夾泥巖。下段則以細(xì)砂巖,礫巖,砂巖為主,其特點(diǎn)是本組多為綠色和赤褐色巖石,另外本組地層構(gòu)成的地貌,多呈較高的山地。本組總厚度400-1500米,與下伏東山組整合接觸2.4、第三系地層第三系地層,分布于南北條帶的第三紀(jì)玄武巖地之下,又以不整合覆于樺山群和既系群之上。在東麻山和鳳山一帶,注意以膠結(jié)松散的砂礫巖和泥巖組成,厚度小于

7、30米,但在南部條帶東邊緣,雞東縣平陽鎮(zhèn)一帶,厚度最大近千米,夾有多層褐煤,構(gòu)成煤系地層的蓋層。富含闊葉植物化石。2.5、第四系沖積層第四沖積層廣泛分布在穆棱河及其支流兩岸,構(gòu)成沖擊平原,最寬可達(dá)5000米。主要為河床、河漫灘相,沖擊物為砂礫,卵石層,上部有0-0.5米的腐殖土,厚度一般在4-10米。2.5.1、地質(zhì)構(gòu)造雞西煤田在白堊紀(jì)煤層沉積之前,已初步形成了古構(gòu)造骨架,存在著兩個近東西向的凹陷盆地,在兩凹陷盆地之間有一個東西向的麻山-平陽古北斜,這個古背斜對盆地早期沉積起了一定的控制作用,使煤田早期底層有南北差異,從整個晚侏羅紀(jì)到白堊紀(jì)以接受沉積為主,中間有沉積斷層,但無不整合,雞西煤田構(gòu)

8、造的形成是在早白堊紀(jì)樺山群地層沉積之后,受到來自南北方向的主應(yīng)力而形成褶曲,在古構(gòu)造的基礎(chǔ)上進(jìn)一步的加強(qiáng),形成兩個主向斜及一個主背斜,隨著應(yīng)力的不均衡來自南北應(yīng)力的強(qiáng)大,在主背斜軸都產(chǎn)生以壓性為主的麻山平陽逆沖斷裂帶,把煤田進(jìn)一步分割成了南北部兩個條帶,形成了今日的煤田構(gòu)造輪廓。3瓦斯涌出規(guī)律3.1、雞西盆地煤層瓦斯涌出的特點(diǎn)在歷年的瓦斯涌出量和近6年瓦斯涌出量的分析,北部的礦井瓦斯涌出量較大,隨著開采深度的增加和煤質(zhì)賦存的成分的變化,瓦斯含量賦存也隨著變化,北部凹陷盆地礦井瓦斯相對涌出量一般在 5.9-86.5m3/t,瓦斯絕對涌出量在2.3-92.3 m3/min。南部凹陷盆地礦井瓦相對涌

9、出量一般在11.66-48.2m3/t, 瓦斯絕對涌出量在4.47-67 m3/min。在表1、中可以看出隨著開采深度的變化瓦斯賦存的含量也在變化。見表1.表1 :雞西煤田礦井近6年的瓦斯涌出量統(tǒng)計(jì)表 注:CH4相對m3/t; CH4絕對m3/min.3.2、工作面瓦斯涌出的特點(diǎn)在表2中分析瓦斯的來源于采空區(qū)、鄰近層達(dá)到70%,而本煤層的瓦斯量達(dá)到30%。從而看出采空區(qū)和鄰近層的瓦斯大于本層的瓦斯。得到高瓦斯工作面的涌出規(guī)律,雞西礦業(yè)集團(tuán)的抽放采用仰角鉆孔和高位近水平鉆孔、頂板瓦斯巷及轉(zhuǎn)角抽放采空區(qū)及裂隙帶的瓦斯,來解決瓦斯超限的問題。見表2.表2 礦 1 2 滴道礦 3 130 隊(duì) 128

10、127 高 突 采 煤 工 作 面 情 況 表 地 點(diǎn) 風(fēng)量 920 48 45.9 810 25.3 890 57.9 33 35.9 1254 107.9 725 36 758 71 82 1540 24 49 76 1540 24 24 70 650 15 1250 59 630 22 876 21 93 916 22 1250 73 220 580 51 1140 46 780 61 42 59 672 69 45 31 965 1097 110 56 65 65 470 138 23 6 CH4% 正常 0.6 8 10 0.6 25 0.8 10 35 20 0.58 12 0.2

11、 8 0.3 4 1.1 0.5 40 13 14 0.8 2 1 5 18 0.1 3 0.88 20 0.6 20 0.4 5 9 0.3 17 0.6 14 2.2 0.2 8 0.6 20 0.4 12 2.5 10 0.4 18 5 3 0.4 0.6 2.3 22 15 22 0.2 0.1 4 CH4% 最大 0.6 8 10 0.6 25 0.8 10 35 20 0.58 12 0.3 9 0.5 4.5 1.4 0.6 41 14 15 0.9 3 19 30 0.3 7 0.9 22 0.7 28 0.5 6 10 0.3 19 0.7 16 2.3 0.3 8 0.6

12、20 0.5 14 3 11 0.5 20 6 4 0.5 0.7 2.3 22 15 22 0.3 0.15 4.7 CH4 絕 正常 14.0 11.18 CH4 絕 最大 14.0 11.18 集中抽放 局部抽放 局部抽放 集中抽放 局部抽放 局部抽放 集中抽放 局部抽放 集中抽放 尾排 局部抽放 局部抽放 集中抽放 局部抽放 局部抽放 集中抽放 局部抽放 集中抽放 局部抽放 局部抽放 集中抽放 局部抽放 集中抽放 尾排 局部抽放 局部抽放 集中抽放 局部抽放 局部抽放 集中抽放 局部抽放 局部抽放 五采左 3 路 28 層 六采左 14 路 18 層 東采左 14 路 19 層 31.

13、64 31.64 4 5 6 杏花礦 7 122 133 136 東采右 2 路 30 層 東三 30 條帶采 30 右 0 巷 # 20.17 4.3 6.1 20.17 5.4 8.1 135 西二深部層左二 35 37.3 8 145 隊(duì) 3#層右三面 29 40.14 9 10 11 12 城山礦 145 準(zhǔn)備隊(duì) 安裝隊(duì) 140 隊(duì) 157 43#右二 3#層俯五 25#左四面 14/左二采面 3/右二采面 下五采 3#上左三 西區(qū) 2#左部二條帶 29#右四巷 1.1 22.8 8.18 12.92 6.48 22.6 5.7 16.4 3 24.23 10.57 14.94 6.9

14、2 25.5 5.82 16.4 梨樹礦 13 14 15 16 17 18 東海礦 19 20 196 193 23#右五/右六 32#右四/右五 195 32#右九/右十 東山礦 雙河礦 正陽 156 161 179 186 17.4 20.2 18.3 3.9 21.1 4.8 21 平崗礦 1202 東一 14#右一副 45.5 46.6 尾排 局部抽放 局部抽放 集中抽放 尾排 局部抽放 22 榮華礦 1302 二采區(qū)左二巷 2.2 2.7 4、 礦區(qū)瓦斯抽采技術(shù) 雞西礦區(qū)煤層透氣性差，通過測定只能達(dá)到 0.002-0.01mdc,孔隙度 1.40%-4.24%，本層抽 放較困難，通

15、過對工作面瓦斯來源構(gòu)成的分析，礦區(qū)工作面的采空區(qū)和鄰近層的瓦斯涌出量 一般占總瓦斯涌出量的 70%。實(shí)施鄰近層抽放和采后卸壓抽放是雞西礦區(qū)治理瓦斯的必由之 路。 2002 年開始， 公司先后建立了 16 處地面集中瓦斯抽放系統(tǒng)， 裝備移動瓦斯抽放泵 72 臺， 抽放鉆機(jī) 89 臺，投用抽放瓦斯管路 10 萬多米。為瓦斯抽放工作奠定了基礎(chǔ)，同時取消了瓦 斯尾排巷作為主要治理瓦斯的方法。礦區(qū)瓦斯抽排量逐年提高。產(chǎn)量也穩(wěn)步提高。見表 3。 表3 年份 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 瓦斯抽采量 (萬 m 3 84 715 1665 6489 9608 10293

16、 12724 雞西礦業(yè)集團(tuán)瓦斯抽采量統(tǒng)計(jì)表 綜合瓦斯抽采率 (% 1.2 6.5 11.3 28.2 42.8 43.5 47.2 原煤產(chǎn)量 （萬噸） 920 1000 1100 1200 1246 1365 1477 抽放鉆孔施工 全公司瓦斯 量 涌出量 3 /min） （m （米） 12705 60546 115640 228180 306177 446652 292.9 314.8 385.4 430.1 507 618.4 4.1 瓦斯的抽采規(guī)律及抽采條件的分析 雞西礦區(qū)的地質(zhì)條件是薄煤層累煤層開采， 斷層多地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、 煤層透氣性差， 鄰近層、 采空區(qū)瓦斯涌出量所占比例大， 針對采

17、后卸壓裂隙帶瓦斯抽放。 運(yùn)用回采工作面采動影響上覆 巖層移動的的“三區(qū)”“三帶” 、 、巖層采動的影響應(yīng)力的分布。如圖 1 圖 1 回采工作面采動影響上覆巖層移動的“橫三區(qū)”與“豎三帶” A-煤壁支撐影響區(qū)（a-b） ；B-離層區(qū)（bc） ；C-重新壓實(shí)區(qū)（cd） ； -冒落帶； 裂隙帶； 彎曲下沉帶 -7- 4.2 杏花礦 28#煤層 135 采煤隊(duì)瓦斯抽采技術(shù) 杏花礦為高瓦斯礦井，2006 年在開采西二區(qū) 28#煤層右 2 工作面時，煤層高 1.7 米-2.0 米，工作面長度 140m。利用 U 型通風(fēng)，采用仰角鉆孔、頂板高位近 水平鉆孔，頂板高抽巷以外還在 28#層與 30#層間的 6-

18、8m 的巖柱內(nèi)，布置了底板 鉆場水平鉆孔，鉆場距 50m，鉆孔 12-14 個，以控制 30#31#煤層的瓦斯向 28#采空 區(qū)內(nèi)涌出， 采用兩臺 2YK-110 型地面集中抽放泵， 并聯(lián)抽放。 頂板高位鉆場 CH4 達(dá) 40%,流量達(dá) 50m3/min.底板鉆場的近水平鉆孔 CH4 達(dá) 25%,流量達(dá) 30m3/min.1 臺 YD-VI 型移動抽放泵抽上巷仰角鉆孔， 4 達(dá) 40%,流量 20m3/min.1 臺 YD-VII 型移 CH 動抽放泵抽放頂板高抽巷 CH4 達(dá) 45%,流量 40m3/min。4 臺抽放泵，3 套系統(tǒng)同時 抽放，主管路采用400mm,支管路采用200mm.該采

19、煤工作面回風(fēng)風(fēng)量 1200 m3/min、CH40.8%，CH4 絕對涌出量 73.1 m3/min。抽放布置如圖 2。技術(shù)參數(shù)如表 3，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度頂?shù)装辶Ⅲw式抽放。抽采瓦斯量 63.5m3/min,抽采率達(dá)到了 86.7%，通過多種瓦斯抽放治理技術(shù)，使該采面杜絕了瓦斯超限現(xiàn)象，保證了安 全生產(chǎn)。也給雞西礦區(qū)在瓦斯治理的技術(shù)方面積累了經(jīng)驗(yàn)。 圖2 135 隊(duì)高強(qiáng)度立體瓦斯抽放示意圖 回 風(fēng) 巷 仰 角 鉆 場 高 位 鉆 場 瓦 斯 抽 放 管 路 高 抽 巷 底 板 鉆 場 瓦 斯 抽 放 管 路 進(jìn) 風(fēng) 巷 -8- 表 3、頂板高位及仰角鉆孔高抽巷主要參數(shù)的確定 序 號 1 2 3 4 5 6 高抽 巷 參數(shù)范圍 高位鉆場 50-70 采高 8-12 倍 90-110 6 200 20-40 仰角鉆場 30-40 終孔位置是采高 8-12 倍