矿井瓦斯赋存规律研究

收稿日期:

2009-05-06

作者简介:黄建平(1969-),男,河南商丘人,采矿工程师,工学硕士,1992年毕业于焦作矿业学院采矿工程专业,

现就职于洛阳义安矿业有限公司,主要从事矿井工程技术工作。

矿井瓦斯赋存规律研究

黄建平1

,许彦鹏2

,冯利民3

,王玉钦

4

(1 洛阳义安矿业有限公司,河南新安 471821;2 河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作 454150;3 河南煤化焦煤公司生产管理处,河南焦作 454150;河南煤化焦煤公司小马村矿,河南焦作 454150)

摘 要:为了预测瓦斯含量和瓦斯压力,超前防治矿井瓦斯灾害,在测试和计算了煤层瓦斯含量、瓦斯压力和吸附常数等瓦斯基本参数的基础上,通过讨论影响瓦斯分布的地质因素,回归分析煤层瓦斯含量、瓦斯压力与埋藏深度之间的关系,研究了煤层瓦斯赋存的基本规律,根据研究结果绘制了煤层瓦斯分布预测图,对指导瓦斯防治工作具有重要作用。 关键词:瓦斯含量;瓦斯压力;埋藏深度;瓦斯赋存规律

中图分类号:TD712 文献标识码:B 文章编号:1671-0959(2009)09 0083 03

为了科学指导煤矿瓦斯灾害防治工作,达到超前预测瓦斯灾害的目的,必须掌握矿井开采煤层的瓦斯赋存规律。本文在对洛阳义安矿业有限公司(以下简称义安煤矿)二1煤层的瓦斯含量和瓦斯压力等瓦斯基本参数测试的基础上,结合瓦斯含量和压力的主要影响因素,采取回归分析的方法,研究了瓦斯压力和含量分别与煤层埋藏深之间的关系,绘制了矿井瓦斯分布预测基本图纸。

1 矿井概况

义安煤矿属于义马煤业集团的大型矿井之一。井田面积28 744k m 2

,可采储量10708万t ,生产能力120万t/a ,服务年限63 7a 。矿井采用立井多水平开拓方式。初期投产

东11、西12两个采区,分别布置一个炮采、一个综采工作面。矿井通风方式为抽出式,采取中央并列式通风系统,主、副井进风,中央风井回风。主采二1煤层厚0~14 30m,平均4 05m,倾角5~15 ;煤层不易自燃,煤尘有爆炸危险性。掘进期间,二1煤层曾发生2次瓦斯动力现象,

2007年鉴定为煤与瓦斯突出矿井。

2 瓦斯压力和瓦斯含量测定2 1 地勘瓦斯含量测试结果

地勘期间,义安矿采用解吸罐采集瓦斯煤样共7个,其中获得可靠的瓦斯含量5个,瓦斯采样分析结果如表1。

表1 义安矿地勘期间二1煤层瓦斯含量测试结果

钻孔孔号取样深度

/m 瓦斯成分CO 2CH 4N 2瓦斯含量/m 3 t -1工业分析/%

M ad A ad V df 21013171 8688 299 846 020 7712 4213 2621083652 7992 195 027 740 7924 2712 3222033844 5772 8422 606 560 7911 5813 0525014395 6879 5514 776 460 6011 0210 992802

622

1 84

95 57

2 59

12 19

0 51

8 42

12 34

2 2 井下瓦斯基本参数测定

2 2 1 煤层瓦斯含量和吸附常数测定

为了分析义安煤矿煤层瓦斯分布情况,在井下选择合适位置,采取井下钻屑瓦斯解吸法测定了二1煤层原始瓦斯含量,煤层瓦斯含量井下钻屑解吸法测定原理是:井下实测采集煤样的瓦斯解吸量,根据煤样的井下瓦斯解吸规律推算煤样采集过程中的损失瓦斯量,然后测定煤样的残存瓦斯量,最后根据煤样的损失瓦斯量、瓦斯解吸量、残存瓦斯量和煤样重量计算煤层瓦斯含量。采取井下钻屑解吸法测定瓦斯含量共6个;同时,试验室测定煤的瓦斯吸附常数(a 、b 值)6套,如表2。2 2 2 煤层瓦斯压力测定和计算

煤层的瓦斯压力是矿井瓦斯基本参数之一,它对于确定煤层瓦斯含量,进行矿井瓦斯涌出治理,瓦斯抽放以及

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煤与瓦斯突出的防治等工作均具有十分重要的意义。煤层瓦斯压力测定方法:

1)直接法瓦斯压力测定。煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法的测定原理是通过钻孔揭露煤层,安设测定仪表并密封钻孔,利用煤层中瓦斯的自然渗透原理测定在钻孔揭露处达到平衡的瓦斯压力。义安矿测试瓦斯压力时,根据直接测定方法的要求,在井下选取具备测压条件的地点,施工 75mm的钻孔,采用聚氨酯、水泥砂浆封孔技术进行了测定。

2)间接法瓦斯压力计算。为了尽可能多地获得瓦斯压力资料,准确分析煤层瓦斯压力规律,除了直接测定瓦斯压力外,还可以根据!煤矿瓦斯抽采基本指标∀的规定,采用该井田范围地质勘探期间实测的煤层瓦斯含量和井下实测的瓦斯含量,用间接法反算得到瓦斯压力,间接法计算瓦斯压力公式如下:

W=

abP

1+bP

#1

1+0 3M

ad

#100-M ad-A d

100

+

10 P

k

(1)式中 W∃∃∃纯煤(煤中可燃质)的瓦斯含量,m3/t;

P∃∃∃煤层瓦斯压力,M P a;

a∃∃∃吸附常数,试验温度下煤的极限吸附量,m3/t;

b∃∃∃吸附常数,M Pa-1;

M

ad

∃∃∃煤中水分含量,%;

A

d

∃∃∃煤中灰分含量,%;

∃∃∃煤的孔隙容积,m3/t;

k∃∃∃甲烷的压缩系数,k=1 09。

采取上述两种方法,直接测定了合格的二

1

煤层瓦斯压力4个,依据井下瓦斯基本参数实测值反演计算了部分地点的瓦斯压力5个,其结果见表3。

表2 义安矿二

1

煤层瓦斯含量、吸附常数和工业分析测试成果

采样位置埋深/m

工业分析/%

M ad A d V df

瓦斯含量

/m3t-1

a/m3t-1b/M Pa-1

西胶带大巷A8测点里74 1m5911 4117 0722 5312 6140 370 59东胶带大巷外160m处5851 5617 3822 089 7640 480 56东胶带风门外5960 6314 1812 189 5540 420 53第二中部车场联络巷口西26m5621 1211 3613 619 3039 880 40西轨大巷第二中部车场西48m5871 9215 9819 2214 5140 750 47 12011胶带顺槽开口里56m处4341 2616 2820 3111 8741 060 52

表3 义安煤矿二

1

煤层瓦斯压力测定和计算结果

编号测压地点埋深/m绝对瓦斯压力/M Pa备 注1西胶带向西86 6m3290 47

2东胶带距提升机窝机修硐室10m6371 47

3东胶带风门外5961 51井下实测4西翼首采面胶带顺槽距开口32m3830 60

5西胶带A8测点向西74 1m5911 37

6东胶带大巷外160m处5851 00

7第二中部车场联络巷口西26m5621 14反演计算8西轨大巷第二中部车场西48m处5871 57

912011胶带顺槽开口以里56m处4341 29

3 煤层瓦斯赋存规律分析

3 1 煤层埋深与瓦斯赋存的关系

煤层瓦斯赋存受埋深、煤厚、围岩及煤质等多种因素的影响,正是由于这些因素的影响,使得煤层不同区域瓦斯含量大小不同。表4为与义安煤矿相邻、煤层相接、瓦斯地质条件相似的新安煤矿二

1

煤层瓦斯含量影响单因素分析结果,从表4中可以看出,煤层埋深是影响瓦斯含量的

最重要地质因素,其它的煤层煤质及围岩等因素对瓦斯含量影响不大。因此,可以通过分析煤层埋深与瓦斯含量和

压力之间的关系,研究义安煤矿二

1

煤层的瓦斯赋存规律。

表4 新安煤矿二

1

煤层瓦斯含量与地质因素相关系数分析一览表

影响因素埋深

煤层煤质

煤厚水分灰份

围 岩

顶板岩性厚度

顶板泥岩顶板砂岩

含砂率影响系数

相关系数0 78680 07220 00250 14490 01730 05890 00270 1042 84