赵官矿井瓦斯赋存规律研究.pdf

l 0 4 撼差 纠技 2 0 1 6 年 第 1 2 期 赵官矿井瓦斯赋存规律研究 孔金浩 王 勇 王 旺旺 山东新矿赵官能源有限责任公司，山东 齐河 2 5 1 l 1 3 摘要 针 对赵 官煤矿地质构造 复杂，断层密集 ，煤种 多，顶板 含水层丰 富、受岩浆岩影响 大的特 点 ，进行 瓦斯地质控 制及赋存规律的研究，得出了赵官矿井瓦斯分布存在东高西低，深部高、浅部低的总体规律 关键词 瓦斯含量 瓦斯分布规律 岩浆岩 瓦斯富集 区 中图分类号T D 7 1 2 ． 5 文献标识码B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ．2 0 1 6 ． 1 2 ． 0 4 4 St udy o n t he l a w of g a s o c c ur r e nc e i n t he c o a l m i n e Ko n g J i n -ha o W a n gYo n g W a n gW a ng - wa n g S h a n d o n g x i n k u a n g Zh a o Gu a n e n e r g y l i mi t e d l i a b i l i t y c o mp a n y , S h a n d o n g Qi h e 2 5 1 1 1 3 Ab s t r a c t Th e g e o l o g i c a l s t r u c t u r e i n Zh a o g u a n m i n e i s c o mp l i c a t e d ，d e n s e f a u l t s ， ma n y c o a l t y p e s ， r o o f c o n t a i n i n g wa t e r r i c h ， a r e g r e a t l y i n fl u e n c e d b y t h e ma g ma t i c r o c k c h a r a c t e r i s t i c s ， s t u d y o n g a s g e o l o g i c a l c o n t r o l a n d o c c u r r e n c e r e g u l a r i ty, i t i s c o n c l u d e d t h a t t h e Z h a o Gu a n mi n e g a s d i s t r i b u t i o n i s h i g h i n t h e We s t a n d l o w i n t h e E a s t ，d e e p ， s h a l l o w l O W o f ． Ke y wo r d s g a s c o n t e n t g a s d i s t r i b u t i o n r u l e ma g ma t i c r o c k g a s e n ri c h me n t z o n e 1 矿井概况 赵官井田位于山东省西北部，属黄河北煤田的 一 部分。 矿井可采煤层 5 层 4 、 7 、 1 0 、 l 1 、 l 3 煤层 ， 可采区内平均总厚度 5 ． 9 0 m，矿井现开采 7 煤层 ， 平均开采厚度 1 ． O m。 2 赵官煤矿地质构造及其特征 2 ． 1 矿 井地 质构 造 赵官井 田位于黄河北煤 田的中西部 ，为一走向 北东，倾向北西的单斜构造。倾角一般 5～8 。， 部分地层 1 3 煤层露头部位及深部 大于 l 0 。。 本井田地质构造复杂程度属中等类型。矿区内发育 两组正断层，一组为北东向，一组为北东东向，北 东东向的为深部边界落差较大的断层。局部发育小 的逆断层。根据精查报告和采区三维地震报告，共 揭露断层 7 3 条，其中落差大于 2 0 m 含 2 0 m的 断层 1 2条，1 0 ～ 2 0 m 的 2条，小 于 l O m的 5 9条， 如 图 l 所示 。 2 ． 2 岩浆岩分布 收稿 日期 2 0 1 6 0 8 2 4 作者简介孔金浩，男，毕业于山东科技大学，助理工程师，现 任山东新矿赵官能源有限责任公司通防科科长， 据精查地质报告，井田内岩浆岩侵入时期为燕 山晚期，岩浆岩为花岗斑岩及花斑岩等。侵入的厚 度 ，面积和侵人层位均大于旦镇井 田、长清井田， 而且在 山西 、太原组煤 系地 层 中基本 形成三层 侵入 岩床 ， 活动较强烈， 对煤层 、 煤质均有相当大的影响。 上层主要侵入到山西组 2煤层层位附近，除浅 部被剥蚀外，广泛地分布在井田的中深部区域，由 南向东北和西北两个方向增厚。厚度达 7 2 ． 4 0 m。 图 1 赵官矿井构造示意图 中层主要侵入于太原组的顶部 5 煤层位置附近， 分布在中、东深部 ，最厚点位于 3 6 ． 1 号钻孑 L 处达 5 3 ． 8 6 m，向西南逐渐变薄，很可能是上层岩浆岩的 分层部分。 2 0 1 6 年第 1 2期 撼蒺 纠救 1 O 5 下层岩浆岩侵入 l 1 煤层附近，有的上冲到四 灰上下，其分布范围几乎波及整个井 田，呈岩床分 布，浅部薄，向深部逐渐增厚，厚度变化率较稳定 ， 井田内揭露最厚点为 9 5 ． 3 7 m。 受岩浆岩侵入影响，东部瓦斯含量明显高于西 部。甚至在局部地区形成瓦斯富集区，相对瓦斯含 量超过了 8 m3 ／ t 。这是由于东侧岩浆岩侵入厚度大， 封 闭效果好。而在 3 7 0 1 、3 7 0 2 、3 7 0 3 、3 7 0 4 综 采 T作面，也受岩浆岩影响，但是由于缺少隔气盖层 或者距离地表较近埋深较浅 ， 封闭性较差 ， 岩浆的 高温作用强化煤层瓦斯排放， 使煤层瓦斯含量较小。 2 - 3 煤层顶底板情况 赵官矿井现开采煤层为 7 煤层，该煤层位于太 原组中部，顶板为泥岩，底板为粘土岩 、粉砂岩， 可采区内煤厚 0 ． 7 0 ～ 1 ． 4 2 m，平均厚 0 ． 9 5 m，西南部 沉缺 ，可采性指数 0 ． 8 6 ，可采范围内的变异系数 2 2 ％。中部被岩浆岩吞蚀。属较稳定煤层。 2 ． 4 矿井构造 、地层对瓦斯赋存的影响 赵官井 田7 撑煤层作为单斜构造，矿区煤层总 体上由东南向西北倾斜 ， 区内南浅至深瓦斯含量由 2 ． 3 m ／ t 逐渐增高至 9 m ／ t 。虽然发育一定的正断层 ， 但由于埋深较大，埋深对瓦斯赋存有明显的影响和 控制作用。井田内煤层瓦斯含量随着埋深增大而增 大。另外矿区两侧岩浆侵入方式不同，对瓦斯的赋 存影响也是相反的。 3 矿井瓦斯分布规律研究 3 ． 1 矿 井瓦斯含量区域分布规律 根据地质勘探钻孑 L 的瓦斯含量数据和矿井生产 期间进行的瓦斯含量测定数据 ，利用 S U F E R软件 绘制了矿井瓦斯含量分布图 见图 2 ，总体上可 以看出矿井瓦斯含量在 3 - 9 m ／ t ，深部瓦斯含量大于 浅部瓦斯含量，无烟煤 、贫煤瓦斯含量大于粘煤 、 1 ／ 3 焦煤瓦斯含量 ，矿井瓦斯含量由浅部至深部、 由西南向东北逐渐升高，局部存在瓦斯含量异常区 域。根据瓦斯含量情况将矿井分为几个区域 I 区域该区域影响瓦斯含量的主要因素是埋 深，地质构造较简单，以贫煤为主，煤的硬度较大。 根据瓦斯含量 、压力等值线来看，含量与压力都较 大，煤层气储存量也较大。 Ⅱ区域该区域影响瓦斯含量的主要因素是断 层，断层密集 ，煤的破坏程度较大，硬度适中，瓦 斯含量、瓦斯压力都要高于同埋深其他区域。 Ⅲ区域 该区域影响瓦斯含量的主要因素是岩 浆岩 ，由于岩浆岩的侵蚀 ，煤变质为弱粘煤，瓦斯 吸附能力较弱 ，且因为埋深浅，瓦斯压力和瓦斯含 量都普遍较低。瓦斯治理难度不大。 Ⅳ区域 该区域上部为无烟煤 ，硬度较大，瓦 斯吸附能力强。下部受岩浆岩热力作用煤的变质程 度较高 ，瓦斯含量较高，但由于埋深浅，瓦斯压力 并不大 。瓦 斯含量 大 ，压力较小这 是该 区域 的主要 特征，可以根据此特征提出有针对性的瓦斯治理措 施 图 2 矿 井瓦斯含 量分布图 3 ． 2 矿井瓦斯含量分布特征 1 瓦斯含量成带状分布。瓦斯含量的带状 分布与矿井的煤层的埋深 、煤的变质程度以及褶曲 有着密切关 系。7煤层 ． 4 1 5 m以浅地带 ，瓦斯含量 一 般 处 在 4 m ／ t 以下 ，靠 近煤 层风 化带 ，属 瓦斯 风 化带 埋深 ． 4 1 5 m至 。 6 0 0 m之间瓦斯含量在 5 - 9 m ／ t ，局部达到 9 m ／ t 以上，基本在 8 m ／ t ，一 6 0 0 m以深 地带瓦斯含量在 l 0 ～ 1 l m ／ t ，属瓦斯带。结合 7 煤层 煤种变质程度的带状分布，总体上瓦斯含量由浅部 至深部 、由西南向东北瓦斯含量逐渐升高 ，成带状 分布 。 2瓦斯含量存在富集区。由于受 7 煤层 中 层岩浆岩、下层岩浆岩的侵蚀，7 煤层出现岩浆岩 侵蚀带，加速了煤的变质过程，对瓦斯的运移和扩 散有利；同时，矿井东北部区域受上覆层岩浆岩的 覆盖，以及中层岩浆岩的局部覆盖 ，使贫煤和无烟 煤之间的构造煤带的煤的原生结构被破坏 ，造成煤 层渗透率降低 ，阻碍了瓦斯的运移 ，这导致瓦斯赋 存 和分布具有 明显的富集区。最高瓦斯含量达到 9 m ／ t ，且与煤层的埋藏深度无关。 3工作面局部 瓦斯 含量变化较 大。 以现 2 1 7 0 3面为例，将推采过程 中测得的瓦斯含量数据 下转 第 l 0 7页 童 七 堇 燕 科技 1 0 7 主要技术内容有 1 预 先 在 3 ≠ } 横 川 预 留的插 管 系统 上 延 伸 1 趟 q b 3 5 5 m m管路至 4 3 1 2 1 巷北帮，并在管路末 端引m 3趟 l 6 0 mm蛇形管至T作面上隅角探头 以里 1 ～ 3 m 的不 同位置 蛇形 管末端距 顶板 不超过 0 ． 8 m，作为 2 ～ 3 ≠ } 横川问的上隅角抽采系统。示 意图见罔 2 。 2当] 作面煤壁线推进至 4 ≠ } 横川西帮正对 位置前，按 以上要求完成 3 -- -4 横川问的上隅角抽 采系统，并先保持关闭状态。其余横川均按本要求 图 2 新 U 型 通 风 系统 上 隅 角 瓦斯 治 理 模 式 3随着丁 作 面的不 断 推进 ，逐段 拆 除 、回 收上隅角抽采的蛇形管，确保蛇形管末端位于上隅 角探头 以里 l ～ 3 m 的不同位置 。 4当 r作面上隅角切顶线位置和横川东帮 正对时，将横川内的 3 5 5 mm管路拆除，保留插 管抽放 系统 。 5当下一横J J I 预留的上隅角蛇形管全部进 入 上 隅角探 头 以里 1 - 3 m 的不 同位 置时 ，必须 将 3 趟蛇形管全部打开抽放。并按照以上要求依次进行。 4 取得的效果 1 经济效益一个横川需要连接 l 6 0 m m 蛇形管 8 0 m， 1 6 0 m m蛇形管的单价为 1 4 2 元 ／ m， 总投 入为 8 01 4 2 1 1 3 6 0 元 。该 项 目实施后 实现 了 U型通风 ，取 消 了回风通道施 丁木垛 。按 照 1 个横 川 8 0 m，每 5 m施工 2个木垛计算 ，原系统维护回 风通道需要 至少施 工 3 2个木垛 ，1 个木垛 按照 1 万 元材料费计算，可节省费用 3 21 3 2万元。 2 4 3 1 2 综采工作面采用该项 目以来，采面 已经安全推进 2 0 0 m，顺利通过 1 、2 、3 ≠ } 通风横川 ， 未发生一起瓦斯超限事故，回采过程中，上隅角瓦 斯浓度保 持在 0 ． 2 ～ 0 ． 4 ％。而且 ，新增 的三 趟蛇形管 负压系统材料在拆除后可在下一横川重复利用，不 会造成浪费。通过在 4 3 1 2进行该项 目的实施 ，取 得 了良好 的效果 。 3 通过运行移动式负压系统提高上隅角瓦 斯治理效果这个项 目，在试验综采 作 面 U型通风 系统的过程中，未出现一次瓦斯报警情况，保证 u 型通风系统安全稳定运行。预期可在晋煤集团其他 主要大型矿井中推广使用。 上接 第 1 0 5页 利用 S U F E R软件进行分析，得 l叶 J 2 1 7 0 3 T作面瓦 斯 含量二维 示意 图 图 3。可 以看 H { ，即使一 个 T作面范围内瓦斯含量分布也不均匀。根据现场工 作面实际推采过程中的观察来看，受褶曲影响，煤 层底板岩层出现上反现象 ，致使煤层顶底板岩性为 粘土岩 、泥岩，且厚度为正常的 2倍，因此出现了 高瓦斯含量点。 图 3 2 1 7 0 3 X - 作面瓦斯含量三 维示意图 7 ； 4 结束语 赵官井田瓦斯分布呈现条带性和局部富集区的 特点，主要 与井田的岩浆岩 、褶曲构造以及煤种的 变化相关。赵官矿井总体呈现 “ 尔高西低 ，深部高 、 浅部低”的瓦斯分布规律。 【 参考文献 】 [ 1 ] 程远平 ， 付建华 ， 俞启香 ．中国煤矿瓦斯抽采技术 的发展 『 J ] ． 采矿与安全工程学报 ． 2 0 0 9 0 2 [ 2] 俞启香 ． 矿井瓦斯防治 【 M] ． 徐州 中国矿业大学 出版 社 ． 1 9 9 0 [ 3] 徐乃忠山东黄河北煤田地表沉陷规律研究 [ J ] ．煤 炭科学技术，2 0 1 1 ，6 6 9 7 ． 1 0 1 ． [ 4] 刘桂建 ． 黄河北煤田岩浆侵入体基本特征 f J ] ． 中 国煤 田地质 ， 1 9 9 4 ， 2 6 3 l 一 3 3 [ 5] 张子敏，高建良，张瑞林， 等 ． 关于中国煤层瓦 斯 区域分布的几点认识[ J ]。 地质科技 情报， 1 9 9 9 ． 1 8 4 7 6 7 0