穿层钻孔瓦斯抽放半径

淮北矿业（集团）公司芦岭矿8煤层瓦斯抽采半径测定研究报告北京科技大学淮北矿业集团公司芦岭矿二○○八年一月目录目录 (1)1. 研究的内容与方法 (3)2. 矿井概况及开采范围 (5)3. 煤系地层及煤层赋存情况 (7)3.1. 地层 (7)3.2. 含煤地层 (9)3.3. 煤层赋存情况 (12)3.4. 煤质特征 (17)3.5. 地质构造特征 (21)3.6. 水文地质情况 (25)3.7. 矿井水文地质类型及水害威胁程度 (30)3.8. 煤层瓦斯赋存、煤尘及煤的自燃情况 (31)4. 8煤层瓦斯基本参数 (32)4.1. 8煤层原始瓦斯压力分析 (32)4.2. 8煤层原始瓦斯含量分析 (33)4.3. 8煤层瓦斯流量的测定 (35)4.4. 8煤层透气性系数的测定 (38)4.5. 8煤层其他瓦斯地质参数 (40)5. 8煤层瓦斯抽采半径与相关参数分析 (43)5.1. 有效抽采半径与时间之间的关系 (45)5.2. 抽采半径与负压之间的关系 (46)5.3. 抽采半径与钻孔直径之间的关系 (47)5.4. 抽采半径与煤层透气性系数之间的关系 (47)6. 总结 (49)1.研究的内容与方法芦岭矿是淮北矿业集团公司煤与瓦斯突出最为严重的矿井，自建井以来已经发生大小有记录的煤与瓦斯突出或动力现象20余次。

特别是2000年以来突出发生的频率和强度不断增大，其中2002年4月7日发生在Ⅱ一采区Ⅱ818采面3#煤眼斜石门的煤与瓦斯突出极其强烈，共突出煤量8924t，喷出瓦斯量多达123万m3；日常生产期间也经常有不同程度的小型突出或动力现象发生。

突出隐患的存在不仅极大增加了企业的生产成本，而且随着生产规模的日趋展开或开采水平的不断延深将严重威胁着安全生产，形势非常严峻。

随着矿井煤与瓦斯突出危险性的不断提高，相应的安全管理和决策工作也必将面临更加严重的考验。

首先是现场工程技术人员从意识上要更加重视对突出煤层瓦斯赋存、运移、涌出特征及煤与瓦斯突出规律的分析与掌握；其次是在此基础上逐步总结出比较适合本矿井实际条件的瓦斯预测技术及其指标体系，并力求加以应用、推广；最后达到跟踪采掘进程及时制定出有效安全措施的目的。

鉴于此，在淮北矿业集团公司领导的积极关注和支持下，由集团公司通防处牵头并周密组织，芦岭煤矿与北京科技大学土木与环境工程学院联合开展了“芦岭煤矿8煤层穿层钻孔瓦斯抽采半径测定”工作，该项目主要包括以下几方面的研究内容：1）收集与整理芦岭矿8煤层瓦斯相关参数测量的数据，包括压力、流量、透气系数及K1、Δh2、Smax等进行分析。

2）8煤层煤的工业性指标（f、a、b和ΔP等）测试分析。

3）确定8煤层穿层钻孔瓦斯抽采半径。

研究方法的主要依据：1）《煤层煤样采取方法GB482-95》；2）《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法MT／T 638-96》；3）《钻孔瓦斯涌出初速度的测定方法MT／T 639-96》；4）《钻屑瓦斯解吸指标的测定方法MT／T 641-96》；5）《煤矿瓦斯抽放技术规范MT／T 692-97》；6）《煤矿安全规程》；7）《煤与瓦斯突出矿井鉴定规范MT637-96》；8）《煤的工业分析方法》；数据分析的方法主要运用MATLAB软件对瓦斯渗流方程编程求其数值解；运用ORIGIN软件进行现场实验数据的分析与制图。

2.矿井概况及开采范围芦岭煤矿位于皖北宿州市东南20余公里处，北距淮北市（集团公司所在地）82公里。

井田中心位于北纬33°35′59″，东经117°06′30″。

东以F32断层为界，经淮煤地[1998]300号文批准，西以补13线和6-7线为界与朱仙庄煤矿相邻，浅部以10层煤露头为界，深部以-800m等高线为界，走向长约8.2km，倾斜宽3.6km，勘探面积29.5 km2，主井坐标：X=3712619.34，Y=39516759.99，Z=25.00；采矿登记面积（包括生活区）为33.877km2。

X=3710155～3717195，Y=39510865～39520175。

芦岭煤矿西临津浦铁路，距芦岭火车站9km，矿区专用铁路在此与津浦铁路接轨，井田北有宿（县）—泗（县）省道、南有宿（县）—蚌（蚌埠市）101省道穿过，各有9km矿区公路与之相连，阴雨无阻。

井田范围内除采矿形成的塌陷湖外，均为农田，地形平坦，呈西高东低的趋势变化，标高在22～25m之间。

井田内的水系主要是塌陷湖及沱河。

沱河是一条经人工修整的季节性河流，斜切井田南部，另有孟家沟、卜陈沟与沱河相通，地表水系较为简单整齐，且多为人工修整的沟渠。

矿井设计由华东煤炭公司设计院承担，设计年生产能力为150万吨，设计服务年限66.1年。

1960年12月开始建井，1969年12月简易投产，以后边生产边基建，于1976年达到并超过设计生产能力，后来又经过多次局部技术改造，使矿井年生产能力稳定在180万吨以上，最高年产量突破200万吨。

根据原煤炭部[87]煤生开字第65号文批准，从1988年起进行矿井改扩建工程，改扩建后的年生产能力为240万吨，并于1993年12月完成。

但由于矿井向深部及两翼伸展后煤层赋存条件复杂，至今尚未能达到改扩建的生产能力。

矿井开拓方式为竖井石门分水平开拓，共划分三个水平，Ⅰ水平为-210m～-400m，Ⅱ水平为-400m～-590m，经原淮北矿务局设计处、地测处商定，Ⅲ水平下限定为-800m。

采区开拓前进式，工作面回采后退式，实行跨上山无煤柱回采。

采煤方法：走向长壁全陷落和厚煤层低位放顶煤开采方法。

通风方法为抽出式，通风方式为中央边界、两翼并列式。

表2-1 矿井生产系统情况简表矿井于1981年开始进行Ⅱ水平延深，1990年8月Ⅱ水平第一个工作面投产，历时9年，现Ⅰ、Ⅱ两个水平生产，共有生产采区四个，即Ⅱ一采区、Ⅱ二采区、八采区、810采区；开拓采区为Ⅱ三采区、Ⅱ八采区，开采煤层为8、9、10三层。

矿井生产能力1980年经原煤炭部核定为150万吨/年，1997年核定为180万吨/年，2002年核定为230万吨/年，现矿井生产能力每年稳定在180万吨以上。

芦岭煤矿储量丰富，但煤层赋存条件、开采技术条件复杂，存在瓦斯大、透气性低、地压高、顶板差、及水、火等不利的开采因素，对资源回收影响较大。

芦岭选煤厂为坑口选煤厂，设计年入选原煤能力为180万吨。

后经多次技术改造，现实际年入选原煤能力在180万吨以上。

1991年修改地质报告储量核算结果为：矿井总储量为23681.3万吨，工业储量20042.2万吨，高级储量11563.2万吨，可采储量11421.2万吨。

截止到2004年末，矿井剩余总储量为21923.8万吨，工业储量为18929.0万吨，高级储量为6875.0万吨，可采储量9059.1万吨。

矿井剩余服务年限为28.1年（储量备用系数取1.4）。

3.煤系地层及煤层赋存情况3.1. 地层本区属华北型石炭～二叠纪煤系地层。

受古生代加里东早期构造运动的影响，华北地区地壳整体隆起，遭受风化剥蚀，沉积间断，致使本区缺失了上奥陶统、志留系、泥盆系和下石炭统地层。

石炭纪早期，本区地壳缓慢下沉，接受沉积，并具备有良好的成煤环境，沉积了一套煤系地层，总厚度约1185m。

二叠纪后期，受海西、印支构造运动的影响，地壳再次抬升，遭受剥蚀，缺失了石千峰组、三迭系、侏罗系、白垩系地层。

经喜山运动之后，本区再次缓慢下沉，沉积了第三系、第四系松散层。

各时代岩性组合关系自下而上简述如下：1.古生界（P Z）⑴奥陶系中奥陶统（O2）中奥陶统由灰、深灰色厚层状隐晶质、细晶质及白云质灰岩组成。

79-O水1孔穿过灰岩厚度为133.47m，灰岩裂隙、溶洞发育，其中裂隙多被方解石充填，并见有黄铁矿晶体。

⑵石炭系（C2+3）与下伏奥陶系灰岩呈假整和接触。

控制厚度175m左右，下部以泥岩为主；中部以砂岩为主。

夹薄层石灰岩，含3～4层薄煤；上部以灰岩为主，夹薄层泥岩或砂岩。

生物组合关系为：下部以蜓类化石为主，上部蜓、贝类化石和科达、羊齿类化石为主。

⑴二叠系（P）与下伏石炭系地层呈整和接触，为主要含煤地层，含煤岩系总厚度约1010m。

含煤19～58层。

下部山西组厚度102～167m，平均厚度120m。

以过渡相沉积为特征，中部含主采煤层10煤，岩性以泥岩、砂岩为主，植物化石以羊齿为主，动物化石以贝壳类为主。

中部下石盒子组厚度约245～325m，平均厚度280m，主要岩性为砂岩和泥岩，含可采煤层5层，其中主采层2层，化石以羊齿类为主。

上部上石盒子组已控制厚度大于610m，以杂色陆相沉积为特征，下部含煤8～12层，局部可采煤层1～2层，植物化石以羊齿和轮叶类为主。

2.新生界（K Z）本区新生界松散沉积物厚度120～250m，由东南120m向西北增厚至250m。

一般厚度为170～240m。

按区域剖面对比及区内采集的部分化石资料，依相组韵律等特征自下而上划分为：⑴第三系（R）与下伏二叠系呈不整和接触。

下部为棕黄色至棕红色砂质粘土，未胶结的砂砾、砂土层，砾石成分多为石灰岩及砂岩碎块，砂粒多为碳酸盐碎屑，偶见块状泥灰岩。

上部为棕红色粘土及砂质粘土，顶部带有灰绿色斑纹及薄层理，见铁锰质和钙质结核，植物化石含量少。

相当于保德红土层。

总厚0～15m，属山麓洪积及残坡积物。

⑵第四系（Q）①下更新统（Q1）底部为灰绿色、褐黄色粘土，夹数层未胶结的中、细砂及砂砾，有时与泥灰岩互层，总厚0～15m，分布不稳定，下部为灰绿色粘土、砂质粘土和钙质粘土，致密，粘性大，常见滑面，其顶部常见有石膏晶体，呈晶块团聚体及单晶体。

上部主要为灰白色泥灰岩，夹灰绿色钙质粘土，硬泥灰岩顶部卡斯特溶洞裂隙极为发育，洞径大者有0.2～1.0m，小者密如蜂窝，为剥蚀面。

泥灰中见淡水螺化石、蜗牛及灰褐色螺类化石碎片，粘土中间夹有少量的棕红色砂块，含石膏晶体及植物化石碎片，总厚65m。

本统含化石：直隶扁卷螺②中更新统（Q2）底部为灰百色中细砂，夹有灰岩砾石，有时相变为砂质粘土。

下部为褐黄色及肉红色砂砾与黄褐色及灰绿色砂质粘土、钙质粘土、泥灰岩互层，局部砂层成半胶结状，砂砾有时为粘土质，一般厚25m，向北及北东方向变薄，其顶部产哺乳类动物化石，常见肢骨及牙化石。

上部为棕红色及肉红色粘土和砂质粘土，夹薄层砂，粘土中带有灰绿色网纹状斑纹，顶部见水平层理及波状层理，厚20m，本统总厚度45m，从下至上由山麓沉积相逐渐转变为湖泊相。

③上更新统（Q3）下部为黄灰色中、细砂层，北部变为砂土层，砂砾以石英为主，最底部有石英砾石层，砂层中间有粘土球，共厚30～45m。

上部为褐黄色砂质粘土与粘土互层，含砂礓及铁锰结核，厚20m。

本统总厚65m，为平原河流相沉积。

本统含化石：扭船形蚌、牛科、细纹丽蚌④全新统（Q4）底部分布1至数层灰黑色粘土，富含腐植质及小螺化石。