鸡西矿区瓦斯地质特征及瓦斯防治的研究

1、1 鸡西矿区瓦斯地质特征及瓦斯防治的研究庞贵智（鸡西矿业集团有限责任公司、黑龙江、鸡西158100）摘要：针对鸡西矿区的地质地形进行简述，分析了各地区的瓦斯赋存情况，对高沼气采煤工作面进行瓦斯分析，掌握了鸡西矿区井下工作面的瓦斯的来源。在煤层透气系数低，瓦斯涌出量大，根据煤层顶板的变化规律，采用多种方法进行瓦斯综合治理技术，消除了瓦斯经常超限问题，保证了安全生产，近几年煤炭产量在稳步的增产。实践证明瓦斯抽放是解决瓦斯超限，实现矿井安全生产的有效手段。关键词：瓦斯地质瓦斯抽采综合治理鸡西矿区1 矿区概况鸡西煤田开采于1906年，至今已有 103年的开采历史， 1948 年 7 月建局，2001

2、年 8 月改制为鸡西矿业（集团）有限责任公司。2004 年成立龙煤矿业集团有限公司鸡西分公司。鸡西矿区位于黑龙江省东南部，地跨鸡西、林口、穆棱、鸡东、密山等市县。其地理坐标在东经130015、-131045、北纬 44040、-45030、之间矿区东西走向135km，南北宽25km,矿区煤田面积3375km2，现在已经开发728km2。现有 15 对矿井，14 对生产矿井， 1 个建设矿井，年设计生产能力1562万 t。鸡西矿区全部开采薄及中厚煤层，开采煤层厚度大多在0.8-2.2m，顶板多为复合顶板，开采深度一般在600-1000m,全公司现有高瓦斯矿井13 对，煤与瓦斯突出矿井 1 对（滴

3、道矿立井）。全局采煤工作面38 个，掘进工作面152 个，其中瓦斯高突采煤工作面22 个，高突掘进工作面38 个。2008 年公司瓦斯鉴定矿井绝对涌出量为615.415m3/min,相对瓦斯涌出量最大为 27.69m3/min,采煤工作面最大绝对涌出量为46.6m3/min,掘进工作面最大绝对涌出量为 5.2m3/min。瓦斯灾害严重。所有煤层均有煤尘爆炸危险性。矿井涌水量大，矿井涌水量最大4500m3/h。鸡西矿区是水、瓦斯、顶板灾害并存的矿2 区，安全生产条件比较困难。2、地质特性2.1、地层鸡西出露的地层有太古麻山群， 中生界下白垩统， 以新生界和第四系沉积，按区域地层层序有老至新简述如

4、下：2.1.1、太古界麻山群：麻山群主要分配在鸡西煤田的西北边缘和南北条带中间隆起区。为本区最老的基底地层。主要有巨厚的海陆交互沉积地层，经区域变质及混合岩系，其注意岩性由片麻岩、片岩、石墨片岩、大理岩、白云岩、白粒岩等组成，本地层内石墨和磷灰石、矽线石等矿物具有工业价值，地层总厚1530 米。2.2、下白垩统鸡西群2.2.1、滴道组：标准发育地在滴道暖泉以北和正阳北山两地东西逐渐变薄和尖灭，本组主要由砾岩、砂岩、凝灰质砂岩、碳质泥岩夹薄煤层和变山质熔岩，凝灰岩组成。其底部为花岗质砾岩， 与下伏麻山群地层不整合接触。 厚度 100-300米。2.2.2、城子河组：城子河组在鸡西南北带普遍发育，

5、北部条带西起麻山东至黒台均有沉积，其厚度由西向东逐渐增加，如麻山只有150 米，城子河最大厚度达 700 米。本组岩性主要有底砾岩、中粗砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥岩、碳泥岩和化层组成。以区别于滴道组和上部的穆棱组。从岩相上看，构成数个较完整的沉积韵律，含化性较强滴道组和穆棱组，本组与下伏滴道组假整合。2.2.3、穆棱组：穆棱组分布范围大体与城子河组一致。岩性以灰绿色，灰色组碎屑为主，北部条带滴道至青龙山煤层发育较好。本组底部在麻山一带发育，有底砾岩，向东至滴道的相变为粗砂岩，至城子河已不复存在。2.3、下白垩统桦山群本群底层在鸡西煤田的南北条带普遍发育，其标准地点在梨树南猴石沟和麻3 山，北桦山

6、一带，另外老道沟及本勘探区西部清沟山一带，也甚发育本群组分两组。2.3.1 东山组：本组岩性变化较大，在猴石沟和桦南山一带主要为砾岩，成分为花岗岩及石英质岩石，砾径一般为2-10 厘米，但在清沟山和老道沟一带，为中性火山碎屑岩类，间夹宁灰岩、砂岩、泥岩等。厚50-100米，与下伏穆棱组呈假整合。2.3.2、猴石沟组：本组岩性主要以碎屑为主，上中段注意为中细砂岩，夹泥岩。下段则以细砂岩，砾岩，砂岩为主，其特点是本组多为绿色和赤褐色岩石，另外本组地层构成的地貌，多呈较高的山地。本组总厚度400-1500米，与下伏东山组整合接触2.4、第三系地层第三系地层，分布于南北条带的第三纪玄武岩地之下，又以不

7、整合覆于桦山群和既系群之上。在东麻山和凤山一带，注意以胶结松散的砂砾岩和泥岩组成，厚度小于 30 米，但在南部条带东边缘，鸡东县平阳镇一带，厚度最大近千米，夹有多层褐煤，构成煤系地层的盖层。富含阔叶植物化石。2.5、第四系冲积层第四冲积层广泛分布在穆棱河及其支流两岸，构成冲击平原，最宽可达 5000米。主要为河床、 河漫滩相， 冲击物为砂砾， 卵石层，上部有 0-0.5 米的腐殖土，厚度一般在 4-10 米。2.5.1、地质构造鸡西煤田在白垩纪煤层沉积之前，已初步形成了古构造骨架，存在着两个近东西向的凹陷盆地，在两凹陷盆地之间有一个东西向的麻山-平阳古北斜，这个古背斜对盆地早期沉积起了一定的控

8、制作用，使煤田早期底层有南北差异，从整个晚侏罗纪到白垩纪以接受沉积为主，中间有沉积断层，但无不整合，鸡西煤田构造的形成是在早白垩纪桦山群地层沉积之后，受到来自南北方向的主4 应力而形成褶曲，在古构造的基础上进一步的加强，形成两个主向斜及一个主背斜，随着应力的不均衡来自南北应力的强大，在主背斜轴都产生以压性为主的麻山平阳逆冲断裂带，把煤田进一步分割成了南北部两个条带，形成了今日的煤田构造轮廓。3 瓦斯涌出规律3.1、鸡西盆地煤层瓦斯涌出的特点在历年的瓦斯涌出量和近6 年瓦斯涌出量的分析，北部的矿井瓦斯涌出量较大，随着开采深度的增加和煤质赋存的成分的变化，瓦斯含量赋存也随着变化，北部凹陷盆地矿井瓦

9、斯相对涌出量一般在5.9-86.5m3/t,瓦斯绝对涌出量在2.3-92.3 m3/min。南部凹陷盆地矿井瓦相对涌出量一般在11.66-48.2m3/t, 瓦斯绝对涌出量在 4.47-67 m3/min。在表 1、中可以看出随着开采深度的变化瓦斯赋存的含量也在变化。见表1. 表 1 ：鸡西煤田矿井近6 年的瓦斯涌出量统计表2003 年2004 年2005 年2006 年2007 年2008 年ch4相对ch4绝对ch4相对ch4绝对ch4相对ch4绝对ch4相对ch4绝对ch4相对ch4绝对ch4相对ch4绝对滴道立井36.14 8.05 34.25 13.16 6.37 1.5 16.1

10、5.78 49.17 28.64 86.65 52.02 滴道三井5.75 2.79 8.45 2.80 9.02 4 7.2 2.6 4.29 1.34 8.6 1.2 滴道九井20.73 13.45 18.98 10.48 20.1 13.38 40.7 30.07 55.03 44.33 57.54 36.96 滴道十一井5.99 2.31 8.49 3.34 7.71 2.82 7.14 1.61 35.63 11.56 45.9 37.84 杏花矿17.96 51.51 15.34 43.00 21.69 64.9 26.33 87.28 13.04 57.25 23.4 92.3

11、城子河矿5.9 16.88 12.01 33.08 30.4 78.31 23.3 83.36 21.22 96.35 21.43 87.41 梨树矿一区44.89 10.07 14.24 6.70 12.93 6.95 11.66 6.53 16.6 4.47 21.05 3.065 梨树二区0 2.3 10.16 6.83 25.98 34.92 二道诃子矿13.3 20.5 22.10 20.53 12.43 23.65 14.4 26.94 29.17 13.43 23.18 29.61 正阳矿5.52 12.61 8.87 22.86 11.58 36.33 8.83 27.06 9

12、.93 33.37 14.8 41.4 张新矿26.09 16.66 24.69 16.59 27.39 25.37 13.04 15.78 15.35 17.53 19.97 25.95 东海矿24.68 63.73 25.89 69.60 24.37 56.1 23.3 55.6 29.8 66.7 21.24 63.76 平岗矿51.07 28.6 28.91 39.50 38.92 41.85 25.5 32.7 48.2 67 36.5 41.7 荣华斜井/ 1.65 22.52 4.54 36.9 6.2 15.4 6.4 23.28 13.56 15.03 8.42 新发矿7.3

13、6 5.71 7.57 7.73 8.3 10.2 4.77 5.34 6.18 6.92 6.42 7.19 东山矿19.81 25.07 10.28 20.92 4.84 13.78 20.2 40.7 10.51 37.66 15.38 51.67 注：ch4相对m3/t; ch4绝对m3/min. 5 3.2、工作面瓦斯涌出的特点在表 2 中分析瓦斯的来源于采空区、邻近层达到70%，而本煤层的瓦斯量达到 30%。从而看出采空区和邻近层的瓦斯大于本层的瓦斯。得到高瓦斯工作面的涌出规律，鸡西矿业集团的抽放采用仰角钻孔和高位近水平钻孔、顶板瓦斯巷及转角抽放采空区及裂隙带的瓦斯，来解决瓦斯超限

14、的问题。见表2. 6 表 2 高 突 采 煤 工 作 面 情 况 表矿队地点风量ch4%ch4%ch4绝ch4绝正常最大正常最大1 滴道矿128 五采左 3 路 28 层920 0.6 0.6 14.0 14.0 48 8 8 集中抽放45.9 10 10 局部抽放2 127 六采左 14 路 18 层810 0.6 0.6 11.18 11.18 25.3 25 25 局部抽放3 130 东采左 14 路 19 层890 0.8 0.8 31.64 31.64 57.9 10 10 集中抽放33 35 35 局部抽放35.9 20 20 局部抽放4 122 东采右 2 路 30 层1254

15、0.58 0.58 20.17 20.17 107.9 12 12 集中抽放5 杏花矿133 东三 30#条带采725 0.2 0.3 4.3 5.4 36 8 9 局部抽放6 136 30右 0 巷758 0.3 0.5 6.1 8.1 71 4 4.5 集中抽放82 1.1 1.4 尾排7 135 西二深部层左二1540 0.5 0.6 35 37.3 24 40 41 局部抽放49 13 14 局部抽放76 14 15 集中抽放8 城山矿145队3#层右三面1540 0.8 0.9 29 40.14 24 2 3 局部抽放24 1 5 19 局部抽放70 18 30 集中抽放9 145

16、准备队43#右二650 0.1 0.3 1.1 3 15 3 7 局部抽放10 安装队3#层俯五1250 0.88 0.9 22.8 24.23 59 20 22 集中抽放11 140队25#左四面630 0.6 0.7 8.18 10.57 22 20 28 局部抽放12 梨树矿157 14/ 左二采面876 0.4 0.5 12.92 14.94 21 5 6 局部抽放93 9 10 集中抽放13 156 3/ 右二采面916 0.3 0.3 6.48 6.92 22 17 19 局部抽放14 东山矿161 下五采 3#上左三1250 0.6 0.7 22.6 25.5 73 14 16

17、集中抽放220 2.2 2.3 尾排15 双河矿179 西区 2#左部二条带580 0.2 0.3 5.7 5.82 51 8 8 局部抽放16 正阳186 29#右四巷1140 0.6 0.6 16.4 16.4 46 20 20 局部抽放17 东海矿195 32#右九 /右十780 0.4 0.5 17.4 20.2 18 61 12 14 集中抽放42 2.5 3 局部抽放59 10 11 局部抽放19 196 23#右五 / 右六672 0.4 0.5 18.3 21.1 69 18 20 集中抽放45 5 6 局部抽放31 3 4 局部抽放20 193 32#右四 / 右五965 0

18、.4 0.5 3.9 4.8 21 平岗矿1202 东一 14#右一副1097 0.6 0.7 45.5 46.6 110 2.3 2.3 尾排56 22 22 局部抽放65 15 15 局部抽放65 22 22 集中抽放22 荣华矿1302 二采区左二巷470 0.2 0.3 2.2 2.7 138 0.1 0.15 尾排23 4 4.7 局部抽放- 7 - 4、 矿区瓦斯抽采技术鸡西矿区煤层透气性差，通过测定只能达到0.002-0.01mdc,孔隙度 1.40%-4.24%，本层抽放较困难，通过对工作面瓦斯来源构成的分析，矿区工作面的采空区和邻近层的瓦斯涌出量一般占总瓦斯涌出量的70%。实

19、施邻近层抽放和采后卸压抽放是鸡西矿区治理瓦斯的必由之路。2002 年开始，公司先后建立了 16 处地面集中瓦斯抽放系统， 装备移动瓦斯抽放泵72台，抽放钻机 89 台，投用抽放瓦斯管路10 万多米。为瓦斯抽放工作奠定了基础，同时取消了瓦斯尾排巷作为主要治理瓦斯的方法。矿区瓦斯抽排量逐年提高。产量也稳步提高。见表3。表 3 鸡西矿业集团瓦斯抽采量统计表年份瓦斯抽采量(万 m3) 综合瓦斯抽采率(%) 原煤产量（万吨）抽 放钻 孔 施 工量（米）全公司瓦斯涌出量（ m3/min ）2002 84 1.2 920 2003 715 6.5 1000 12705 292.9 2004 1665 11.

20、3 1100 60546 314.8 2005 6489 28.2 1200 115640 385.4 2006 9608 42.8 1246 228180 430.1 2007 10293 43.5 1365 306177 507 2008 12724 47.2 1477 446652618.4 4.1 瓦斯的抽采规律及抽采条件的分析鸡西矿区的地质条件是薄煤层累煤层开采，断层多地质构造复杂、 煤层透气性差，邻近层、采空区瓦斯涌出量所占比例大， 针对采后卸压裂隙带瓦斯抽放。 运用回采工作面采动影响上覆岩层移动的的“三区” 、 “三带” 、岩层采动的影响应力的分布。如图1 图 1 回采工作面采动

21、影响上覆岩层移动的“横三区”与“竖三带”a- 煤壁支撑影响区（a-b） ；b- 离层区（ bc） ；c-重新压实区（cd） ；- 冒落带；裂隙带；弯曲下沉带- 8 - 4.2 杏花矿 28#煤层 135采煤队瓦斯抽采技术杏花矿为高瓦斯矿井， 2006年在开采西二区28#煤层右 2 工作面时，煤层高1.7 米-2.0米，工作面长度140m 。利用 u型通风，采用仰角钻孔、顶板高位近水平钻孔，顶板高抽巷以外还在28#层与 30#层间的 6-8m的岩柱内，布置了底板钻场水平钻孔，钻场距50m ，钻孔 12-14 个，以控制 30#31#煤层的瓦斯向 28#采空区内涌出，采用两台 2yk-110型地面

22、集中抽放泵，并联抽放。顶板高位钻场 ch4 达40%,流量达 50m3/min. 底板钻场的近水平钻孔ch4达 25%,流量达 30m3/min.1台yd-vi 型移动抽放泵抽上巷仰角钻孔， ch4达 40%,流量 20m3/min.1 台 yd-vii 型移动抽放泵抽放顶板高抽巷ch4达 45%,流量 40m3/min 。4 台抽放泵， 3 套系统同时抽放，主管路采用400mm, 支管路采用 200mm. 该采煤工作面回风风量1200 m3/min 、ch40.8%，ch4绝对涌出量 73.1 m3/min 。抽放布置如图2。技术参数如表3，实现了高强度顶底板立体式抽放。抽采瓦斯量63.5m3/min, 抽采率达到了86.7%，通过多种瓦斯抽放治理技术，使该采面杜绝了瓦斯超限现象，保证了安全生产。也给鸡西矿区在瓦斯治理的技术方面积累了经验。图 2 135队高强度立体瓦斯抽放示意图仰角钻场高位钻场底