运用瓦斯地质类比法预测新建矿井瓦斯涌出量-.doc

硕士学位论文运 用瓦斯地质类比法预测新建矿井瓦斯涌出量中图分类号TD712.52 运用瓦斯地质类比法预测新建矿井瓦斯涌出量 专业名称地质工程 研究生姓名黄平华 导师姓名宁超副教授 黄 平 华 河 南 理 工 大 学河 南 理 工 大 学 二OO四年五月 中图分类号TD712.52密 级公开UDC单位代码10460 运用瓦斯地质类比法预测 新建矿井瓦斯涌出量 姓 名黄平华学制三年专业名称地质工程研究方向瓦斯地质导 师宁超职 称副教授论文提交日期 2004.4 论文答辩日期2004.6 河南理工大学 摘要 运用瓦斯地质的理论,采用相邻生产矿井统计出的瓦斯资料,求出瓦斯比值,用于类比地质、开采条件相似的新建矿井的瓦斯涌出量。 该方法具有简便、易行、符合生产实际,预测精度较高等优点。 本文在分析研究井田地质和开采技术方法对煤层瓦斯含量的分布规律影响作 用基础上,求出具有相似的地质、开采条件的邻近矿的瓦斯比值,与新建井田钻孔煤层瓦斯含量一起计算得出新建矿井瓦斯涌出量。首先,分析井田地质条件和井田瓦斯含量资料,统计煤层瓦斯含量基础数据,研究矿井初步设计方案。其次,统计出邻近矿井的瓦斯含量资料,及生产矿井的瓦斯涌出量资料,计算出邻近生产矿井已知的矿井瓦斯涌出量与钻孔煤层瓦斯含量的比值,即瓦斯比值。最后,将该瓦斯比值与新建矿井已知的钻孔煤层瓦斯含量相乘分别计算出,回采工作面、采区和全矿井的瓦斯涌出量。 本文通过一系列统计、分析,使用计算与作图相结合的方法,找出“最佳比值”。运用瓦斯地质类比法预测新建矿井瓦斯涌出量,进一步提高预测精度,使瓦斯地质理论,进一步深化,向量化方向发展。 关键词瓦斯比值;瓦斯涌出量;瓦斯含量;类比法;预测 Abstract We use the theory of gas geology, adopt the gas materials counted in produce mine adjointly and work out the gas ratio, which is used in analogy gas emission rate with geology and exploitation of the newly-built mine with similar conditions . It is one simple and convenient predicting of high precision accord with reality of produce Base on analysing and researching well field geology and exploiting technological s influencing the distribution laws of gas emission rate, we make certain which the gas ratio near the ore with similar geology, exploitation condition is regarded as the foundation. we may work out gas emission rate by using new well hole gas content materials and the gas ratios . First of all, analyse well field geology terms and content of well field gas materials,count coal seam gas content basic data and study the preliminary plan of design of the mine . In the next place, count materials of the gas content near mine and gas emission rate in produce mine , calculate the ratios of gas content which gas emission rate near produce mine divide gas content of coal seam which have gained already, Namely the gas ratio. At last, by those ratios multiplying gas content of coal seam in newly-built mines that know already , we may work out gas emission rate working face and the whole mine. By counting, analysing and using the of calculating and map combined together we find out“ best ratio“. Using gas geology analogy predict gas emission rate in newly-built mine ,which may raise the predicting precision further, make gas geological theory deepen further and develop toward quantization. Key words gas ratio; gas emission rate; gas content; analogy ; prediction 目录 1 概论 1 1.1瓦斯涌出量预测的意义 1 1.2国内外有关瓦斯涌出量预测的研究现状 1 1.3瓦斯地质数学模型法 2 1.4瓦斯地质类比法 3 2 正村煤矿井田概况 4 2.1 井田位置、范围及交通 4 2.1.1位置与范围 4 2.1.2交通 4 2.2 井田地质 5 2.2.1含煤岩系与煤层 5 2.3地质构造 14 2.3.1区域构造 14 2.3.2井田构造 14 3 正村井田煤层瓦斯赋存特征及影响因素分析 15 3.1井田瓦斯含量 15 3.2井田二1煤层瓦斯分布影响因素分析 15 3.2.1煤层瓦斯含量预测 15 3.2.2 煤厚对瓦斯赋存的影响 18 3.2.3 围岩对瓦斯赋存的影响 18 3.2.4 煤层埋深对瓦斯赋存的影响 20 4 邻近生产矿井瓦斯特征 22 4.1矿井概况 22 4.2勘探期间瓦斯含量资料 22 4.3矿井瓦斯 22 4.3.1巷道一般瓦斯涌出量 22 4.3.2分层巷道瓦斯涌出量 23 4.4影响巷道瓦斯涌出量因素分析 27 4.4.1埋深对巷道瓦斯涌出量的影响 27 4.4.2其它地质因素对巷道瓦斯涌出量的影响 29 4.4.3煤层小断层对巷道异常瓦斯涌出量的影响 30 4.5回采工作面瓦斯涌出规律 30 4.5.1炮采工作面瓦斯涌出规律 30 4.6炮放工作面瓦斯涌出规律 37 4.6.1工作面瓦斯涌出规律 37 4.7影响回采工作面瓦斯涌出量因素分析 40 4.7.1影响绝对瓦斯涌出量因素分析 40 4.7.2影响相对瓦斯涌出量因素分析 41 4.8轻型综放工作面瓦斯涌出规律 41 目录 5 正村煤矿开发方案 43 5.1开拓方式 43 5.2井口与工业场地位置 43 5.2.1影响井口与工业场地位置 43 5.2.2井口及工业场地位置选择方案 43 5.3水平划分及标高 43 5.4大巷布置 44 5.5通风系统 44 5.6采区划分及开采顺序 44 5.7采区布置及生产能力 44 5.8采区生产能力及工作面个数 45 5.9矿井达到设计产量是井巷工程量 45 6 矿井瓦斯涌出量预测 46 6.1预测方法 46 6.2类比条件 46 6.2.1地质条件 46 6.2.2开采条件 47 6.3 瓦斯比值 47 6.3.1 比值计算依据 48 6.3.2瓦斯含量 52 参 考 文 献 57 致 谢 61 附录Ⅱ 二 煤层瓦斯含量等值线图 62 1 1 概论 1.1瓦斯涌出量预测的意义 随着采矿工业的不断发展,开采深度的不断增加,机械化程度和工作面单产的进一步提高,随之而来的将是矿井瓦斯涌出量的急剧上升。瓦斯因素已经成为制约矿井安全生产和经济效益的主要因素之一,因此,准确、快捷的进行生产前的瓦斯涌出量预测一直是国内外学者十分关注的研究课题。 矿井瓦斯涌出量预测是新建矿井和改扩建矿井通风设计,生产矿井的安全管理和制定瓦斯防制措施的重要依据。瓦斯涌出量预测精度,直接影响着矿井安全生产和企业的经济效益,故准确地预测矿井瓦斯涌出量对煤矿生产具有十分重要的意义。 1.2国内外有关瓦斯涌出量预测的研究现状 一些较先进的西方国家如英国、德国、法国等很早以前就开始了用煤层瓦斯含量预测矿井瓦斯涌出量的研究[1-3],并陆续提出了适合各自国家煤层条件的瓦斯涌出量预测方法。据知有荷兰的斯图夫康法,德国的舒尔茨法、弗里格法、温特尔法,法国煤炭研究中心的根特法,前苏联采矿研究所的李金法,英国采矿研究所法,波兰巴尔巴拉法等近十种。这些方法的共同之处在于都是以煤层瓦斯含量为预测的主要参数,通过计算井下各种瓦斯涌出源的涌出量得到回采工作面、采区或全矿井的瓦斯涌出量预测值,不同之处在于每种方法考虑的影响因素不同,物理模型不同,预测公式不同,其中德国的温特尔法,苏联采矿研究所的李金法、英国采矿研究所法,在预测实践中取得了比其它几种方法较好的效果,但其预测精度仍不能令人满意。 我国的矿井瓦斯涌出量预测方法的研究起步较晚,长期以来一直用矿山统计法预测矿井涌出量,该法虽简单明了,但没考虑地质、开采等因素的影响,难以在开采地质条件差别大的矿井或新矿井中应用,也不能预测同水平未采区的涌出量。八十年代中期,我国开始了分源计算法预测矿井瓦斯涌出量方法的研究,1986年于良臣教授首次将苏联方法应用于淮南矿务局潘一矿。七五期间,抚顺煤科分院与阳泉矿务局等合作,对苏联公式中的个别参数加围岩的瓦斯涌出量系数、采落煤炭的残存瓦斯含量、巷道煤壁瓦斯涌出初速度、采空区瓦斯涌出系数等进行考虑,提出了我国煤层条件下瓦斯含量法分源计算法[4-6]。该法经国内十几个局、 矿的实践,被认为是目前精度较高的预测方法,其不足之处是预测工作量较大,应用不大方便。 1.3瓦斯地质数学模型法 瓦斯地质数学模型法[6-9]是近几年由焦作工学院袁崇孚教授、张子戌教授通过多年的研究提出的一种新的矿井瓦斯涌出量预测方法。 该方法通过对瓦斯地质规律研究,分析瓦斯涌出量的变化规律,筛选影响瓦斯涌出量变化的主要地质因素。在此基础上,根据矿井已采地区的瓦斯涌出量实测资料和相关的地质资料,综合考虑包括开采深度在内的多种影响因素,采用一定的数学方法,建立预测瓦斯涌出量的多变量数学模型,利用所建立的数学模型,对矿井未采区域的瓦斯涌出量进行预测。 该方法是一种可以同时处理定性变量和定量变量的多元统计分析方法,亦可只包含定性或定量变量,因此,具有广泛的适用性。 瓦斯地质数学模型c c c b b b n 2211n 2211n n δδδx x x y ⋅⋅⋅⋅⋅⋅ 式中 y 为瓦斯涌出量预测值,m 3/t; b 1、b 2、b n 为定量自变量常数; x 1、x 2、x n 为定量自变量; c 1、c 2、c n 为定性自变量常数; δ1、δ2、δn 为定性自变量。 公式的显著性可用复相关系数r 进行检验。预测效果可以采用已知统计单元进行检验,比较实测值与计算值的大小,对预测工作面或掘进巷道可行性进行实践性检验。有时为了提前验证,在已知单元较多时,可以留出一些统计单元不参加建立数学模型,用来检验预测效果。瓦斯涌出量预测不可能达到100的准确,只要预测误差在允许范围内,便可认为预测结果是可靠的。一般生产要求预测误差在1520以内。 瓦斯地质数学模型法是建立在对研究区深入的地质条件研究和开采因素研究基础上,通过对已知区大量统计数据统计分析,从而建立预测模型的方法。同其它预测方法一样,也有一定的适用范围。另外,由于该方法提出的较晚,在今后的实践中必将得到进一步的完善。 纵观国内外矿井瓦斯涌出量的预测现状,虽然预测方法为数不少,但都存在要么预测精度不尽人意,要么预测方法繁琐、应用不便等缺陷。鉴于上述情况,提出一种预测精度高, 简单易行,便于矿井使用的瓦斯涌出量预测方法无疑是十分必要的。 1.4瓦斯地质类比法 瓦斯地质类比法由焦作工学院杨力生教授80年代中期提出,并在淮南、焦作、平顶山矿区应用于新井瓦斯涌出量预测,取得了较好的效果,本论文主要以该方法进行新安正村矿新建矿井瓦斯涌出量预测。 2正村煤矿井田概况 2 正村煤矿井田概况 2.1 井田位置、范围及交通 2.1.1位置与范围 正村井田位于新安县城北15km,跨新安县正村乡、苍头乡,东距洛阳市40km。 其地理坐标为东经11209′43″11214′45″、北纬3447′30″3451′41″。井田范围北西以新安县石寺镇洞子崖煤矿、正村石泉煤矿、二道桥煤矿及新安煤矿深部边界即二 1 煤层底板等高线-200-300m水平为界;北东以 31勘探线为界;南东以二 1 煤层底板等高线-600m水平标高为界;南西以19勘探线为界;井田最大勘查深度为1000m。井田勘查范围与勘查许可证批准范围完全一致,由以下15个坐标点圈定,详见表2-1。井田走向大致呈45225。走向长约6.3km,倾向宽约5.5km,面积28.7444km2。 表2-1 正村井田范围拐点坐标一览表 点号 X Y 点 号 X Y 1 11209′43″3449′16″ 9 11211′58″ 3451′41″ 2 11211′58″ 3447′30″ 1011211′01″ 3450′36″ 3 11213′31″ 3448′29″ 1111211′40″ 3450′08″ 4 11214′45″ 3450′01″ 1211211′09″ 3449′42″ 5 11212′42″ 3451′24″ 1311210′59″ 3449′50″ 6 11212′30″ 3451′17″ 1411210′15″ 3449′10″ 7 11212′14″ 3451′33″ 1511209′58″ 3449′26″ 8 11211′58″ 3451′20″ 2.1.2交通 本区交通极为便利,陇海铁路在井田以南15km处通过,在新安县城、南岗、铁门镇均设有车站。新安煤矿的运煤专线距本区5km,在南岗与陇海线接轨,支线长18km。郑州潼关公路也在井田以南15km处通过。由新安县城至正村乡往北至北冶的公路由井田内通过,往西经石寺庙头与郑潼公路连通,均为柏油公路,由正村乡向东经孟津县横水乡至孟津县城亦有柏油路连通。洛阳三门峡高速公路在本区以南15km处通过,并与连云港霍城高速公路贯通,构成纵横交错的交通运输网详见正村矿交通位置图2-1。 图2-1正村矿交通位置图 2.2 井田地质 2.2.1含煤岩系与煤层 2.2.1.1井田地层 正村井田为半裸露区,大部分地区被第四系地层覆盖,基岩主要出露于井田北部的沟谷及半山坡以下地带。从全区的基岩出露情况来看,上、中元古界震旦系、洛峪群、汝阳群、熊耳群和下古生界寒武系及奥陶系中统主要分布于本井田以外的西部及西北部;石炭系中、上统出露于井田以外的北部地区;二叠系、三叠系则出露于井田的北部及中部,第三系发育于井田的南部外围;第四系大面积分布在整个井田,不整合于下伏各时代地层之上,由西向东逐渐增厚。 根据正村井田地表出露及钻孔揭露情况,区内地层由老到新依次为奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、第三系、第四系。兹由老至新分述如下 2.2.1.1.1奥陶系 中统O 2 马家沟组O 2 m 由灰、深灰色厚层状石灰岩组成,上部含铁质较高,常呈淡红色,揭露厚度大于73.58m。 2.2.1.1.2石炭系C 与下伏奥陶系地层平行不整合接触,缺失石炭系下统地层,厚度42.38 63.60m,平均厚度58.34m。 ①中统C 2 本溪组C 2 b 自O 2m顶至一 1 煤层底板砂砾岩底,厚度6.8915.30m,平均厚度10.96m。底 部偶见黄铁矿层,不稳定,呈透镜状;下部为浅灰色铝质泥岩,含星散状黄铁矿晶体;上部为具鲕状或豆状结构的灰色铝质岩,局部夹薄层砂质泥岩,含植物化石碎片。 ②上统C 3 太原组C 3 t 自一 1煤层底板根土岩之底至二 1 煤层底板砂岩之底,厚度35.4948.30m,平 均厚度42.80m。与下伏地层整合接触。按岩性可分为四段 1 底部砂泥岩段 自一 1煤层底板根土岩之底至一 3 煤层底,平均厚度27.97m。岩性由灰、灰白色 中粗粒石英砂岩及深灰色砂质泥岩组成,局部相变为灰、深灰色石灰岩L 1 。其 底部为一 l 煤层,较稳定,为不可采的薄煤或煤线。 2下部灰岩段 自一 3 煤层底至灰岩顶,平均厚度14.00m。岩性为灰、深灰色厚层状石灰岩, 局部含燧石结核及大量动物化石,石灰岩一般有 2层L 3、L 4 ,灰岩底部发育薄 煤层一 3、一 4 。 3中部灰岩段 自 L 4灰岩顶至 L 7 灰岩顶,平均厚度8.57m。岩性为深灰色中厚薄层状灰岩、 深灰色泥岩或粉砂岩,底部具有一层较稳定的深灰色细粒砂岩。灰岩含有大量的 海相动物化石,灰岩一般发育有 3层L 5、L 6 、L 7 ,L 5 、L 6 灰岩发育均不稳定,常 相变为砂质泥岩、泥岩或粉砂岩,L 7 灰岩层位稳定,且厚度较大,一般多在4m以 上。 L 5、L 6 、L 7 灰岩之下各发育有薄煤一层一 5 、一 6 、一 7 煤层,均属不可采煤 层。 4上部泥岩段 自 L 7灰岩顶至二 l 煤层底板砂岩之底,平均厚度5.25m。岩性为深灰色、黑灰 色泥岩、硅质泥岩等。底部发育厚层的硅质泥岩,坚硬,节理发育,俗称“铁里石”。上部泥岩中亦夹有23层薄层硅质泥岩或菱铁质泥岩,顶部一般含薄煤二 层一 8、一 9 ,但均未见可采点。 2.2.1.1.3二叠系P a.下统P 1 1山西组P 1 S 本组整合于太原组地层之上,自太原组顶界至砂锅窑砂岩底。一般厚度 78.28135.11m,平均厚度95.66m 。为本区主要含煤层段,赋存于其底部的二 1 煤层为本区主要可采煤层。与下伏地层整合接触。按岩性特征分为四段 ①二 1 煤层段 自太原组顶界至大占砂岩底界,平均厚度11.87m,下部为二 l 煤层底板砂岩,岩性为灰、深灰色中厚层状细粒石英砂岩、粉砂岩夹薄层状泥岩、砂质泥岩,具 波状、透镜状及脉状层理,含植物根化石。上部为二 1 煤层,厚度014.30m,平均厚度4.15m,为黑色粉状、鳞片状,含黄铁矿结核,基本全区可采。 ②大占砂岩段 自大占砂岩底至香炭砂岩底,平均厚度30.26m。下部为灰、深灰色厚层状中 粒石英砂岩,俗称大占砂岩Sd,层面富含白云母片及炭质,层位稳定,为二 1 煤层间接或直接顶板,属主要标志层之一。上部为灰、深灰色砂质泥岩、泥岩及粉 砂岩夹二 2、二 3 煤层。 二 2、二 3 煤层偶见可采点。 ③香炭砂岩段 自香炭砂岩底至二 4 煤层顶板砂岩底,平均厚度30.26m。下部为灰、浅灰色厚层状中、细粒石英砂岩,具交错层理,含菱铁质结核及泥质包体,俗称香炭砂岩Sx。上部为深灰色砂质泥岩、泥岩及粉砂岩,含菱铁质假鲕结核,偶见薄煤一 层二 4 。 ④小紫泥岩段 自二 4 煤层顶板砂岩底至砂锅窑砂岩底,平均厚度16.76m。下部为灰色中厚层状细粒砂岩,泥质胶结。上部为灰、深灰色泥岩、砂质泥岩,含菱铁质假鲕,具紫斑及暗斑,俗称小紫泥岩。 2下石盒子组P 1 x 本组自砂锅窑砂岩底至田家沟砂岩St底,厚度221.60268.80m,平均厚度247.80m。含三、四、五、六共四个煤段,含煤23层。 ①三煤段 自砂锅窑砂岩底至四煤底板砂岩,平均厚度57.63m。岩性为紫红色砂质泥岩、泥岩、灰白色细、中粒砂岩,含极不稳定且不可采的薄煤层3层。底部为灰绿、灰白色厚层状细、中粒石英砂岩,含暗色岩屑和泥质包体,底部常含石英岩及燧石细砾,俗称砂锅窑砂岩Ss。下部为浅灰、紫红色泥岩,鲕状、豆状结构,具 大量暗斑、紫斑,俗称大紫泥岩,偶夹薄煤一层三 1 。中、上部为灰、紫灰色砂 质泥岩、泥岩、粉砂岩及细粒砂岩,含薄煤二层三 2、三 3 。 ②四煤段 自四煤底板砂岩底至四、五煤段分界砂岩底.平均厚度61.41m。底部为四煤底板砂岩,其岩性为浅灰色中粒砂岩,含较多暗色岩屑,具波状及交错层理,含菱铁质假鲕,其上为深灰色砂质泥岩、泥岩、灰白色细、粉砂岩细粒砂岩和薄煤层组成,含薄煤12层,产丰富的植物化石。 ③五煤段 下至四、五煤段分界砂岩底界,上至五、六煤段分界砂岩底,平均厚度63.19m,为灰、浅灰色中粒砂岩、紫红色砂质泥岩或紫斑泥岩及薄煤层组成,偶含薄煤层富含植物化石。 ④六煤段 下至五、六煤段分界砂岩底,上至田家沟砂岩St底,平均厚度63.12m,为灰、紫灰色砂质泥岩,夹不稳定的粉砂岩,局部夹有灰色砂质泥岩、细粒砂岩及薄层中粒砂岩及透镜体。 b.上统P 2 分上石盒子组和石千峰组。 1上石盒子组P 2 s 下界止于田家沟砂岩底,上界至平顶山砂岩底界面,厚度 156.70218.63m, 平均厚度195.99m,含七、八煤段。 ①七煤段 自田家沟砂岩底至七、八煤段分界砂岩底界,平均厚度118.65m。底部田家沟砂岩St为灰色、浅灰色中、粗粒砂岩,底部偶见细砾岩,局部相变为细粒砂岩或粉砂岩。具交错层理,硅质胶结。其上部岩性为紫色、紫灰色砂质泥岩夹深 灰色砂质泥岩、泥岩,含薄煤2层七 2、七 3 ,其中七 2 煤层偶见可采点。 ②八煤段 自七、八煤段分界砂岩底至平顶山砂岩底界面,平均厚度77.29m。为灰、紫灰、深灰色砂质泥岩、泥岩、粉砂岩及中、细粒砂岩。 2.2.1.2煤层、煤质 2.2.1.2.1煤层 本区含煤地层由老至新依次为太原组、山西组、下石盒子组及上石盒子组,地层总厚度582.25m,划分为8个煤段,含煤13层,煤层总厚度5.95m,含煤系 数 1.02。区内可采煤层为二 1、二 2 煤层,二 l 煤层全区可采,为区内主要可采煤 层。二 2 煤层为局部可采煤层,其它属不可采或偶尔可采煤层。可采煤层厚度为 4.84m,可采含煤系数0.83。现对各组含煤性叙述如下 ①太原组 本组厚度42.80m,共含煤8层一 1一 8 煤,煤层总厚0.38m,含煤系数0.89 。含煤特征是层数多,厚度薄,且连续性差。煤层多形成于海退末期,直接顶板多为灰岩。海水的频繁进退使聚煤作用较为短暂,难于形成较厚的煤层。故本组仅发育的煤层均为不可采的薄煤或煤线。勘探阶段未见煤层可采点。 ②山西组 本组厚度95.66m,含煤4层二 1二 4 煤层,煤层总厚4.86m,含煤系数5.08 。其中,二 1煤层为全区主要可采煤层,二 2 煤层为局部可采煤层。可采煤层平均 厚度为4.84m,可采含煤系数5.06。二 1 煤层底板为厚层的中、细粒砂岩或粉砂 岩.为以河流相为主的三角洲平原沉积,由河流砂坝、分流河道、天然堤和泥炭沼泽组成。在废弃后的分流河道砂岩之上或分流河道之间的低洼地带形成泥炭沼 泽相的二 1 煤层。适宜的环境使森林植物生长茂盛,为泥炭的堆积提供了丰富的物 源。长期稳定的成煤条件,使二 1 煤层具有厚度大、结构较简单、分布广等特点。其后该区又经历了河流砂坝、分流河道、天然堤等沉积环境,天然堤后的低洼地 带沼泽化而形成局部可采的泥炭沼泽相的二 2 煤层。 ③下石盒子组 本组厚度247.80m,仅含碳质泥岩或煤线。该组共分为四个含煤段三、四、五、六含煤段,现分述如下 三煤段厚度57.44m,在区内仅见有薄煤层三 8 煤层或煤线发育。 四煤段厚度61.41m,发育有l 层薄煤或煤线四 4 煤,但未见可采点。 五煤段厚度63.19m,发育23层不可采的薄煤或煤线五 2、五 3 煤。 六煤段厚度63.12 m,在区内未见有煤层或煤线发育。 ④上石盒子组 本组厚度195.99m,含薄煤12层,七 2七 3 煤层,煤层总厚0.63m,含煤 系数0.32。分为二个煤段七、八煤段。七煤段发育有七 2、七 3 两层薄煤或煤 线,七 2 煤层发育较稳定,平均厚度0.60m。井田浅部见有 5个可采点,25012孔见煤点最厚为 0.97m。5个可采点连续性较差,多呈孤立点状。八煤段未见煤层或煤线发育。 2.2.1.2.2可采煤层 井田内主要可采煤层为二 1煤层[10],二 2 煤层为局部可采煤层,现分述如下 ①二 1 煤层主要可采煤层 赋存于山西组下部,上距砂锅窑砂岩88.99m,下距L 7 灰岩12.60m。煤层底板为灰、深灰色粉砂岩或细粒砂岩,夹黑色泥质条带;煤层直接顶板多为炭质泥岩、泥岩、砂质泥岩,间接顶板为中、细粒砂岩大占砂岩,局部地段直接顶板为大占砂岩。据相邻矿井井下观察,煤层项板平整,底部有起伏现象。由于顶板平整,底板起伏,致使煤层厚度发生变化,底板下凹处煤层变厚,底板上凸处则煤厚变 薄乃至尖灭。另外,局部区域大占砂岩为二 1 煤层直接顶板时,古河流的冲刷作用 也是造成二 1 煤层变薄的重要因素。 该煤层层位稳定,全区发育,井田内竣工的44个钻孔包括7个普查钻孔全 部穿过二 1 煤层层位。其中见煤点42个,尖灭点1个,断失点1个。所穿见的见煤点中可采点41个,不可采点l个。煤层厚度。014.30m,平均厚度4.15m。可采指数95,煤层厚度方差2.81,变异系数68,煤层结构较简单,42个见煤点中20个含有夹矸,一般夹矸层数12层,唯23020孔夹矸达4层。夹矸单层厚度0.05 1.00m,平均0.30m.夹矸岩性为黑色砂质泥岩、泥岩或炭质泥岩。二 1 煤层局部具有 分叉现象,在井田西南部的2105、 23021、23022三孔分为二 1下和二 1上 两层,其间 距分别为5.0l m, 6.85m, 6.26m,其它区域多以泥岩或炭质泥岩夹矸的形式存在。 二 1 煤层稳定性属较稳定型。 二 1 煤层厚度在区内有一定变化,但规律性较明显,总体呈中部和西部煤层较厚,尤其是井田中部煤厚条带东西向展布;东南部煤层较薄,且薄煤点多成孤立点存在的变化趋势。 ②二 2 煤层局部可采煤层 二 2煤层发育于山西组中下部,上距砂锅窑砂岩64.30 m,下距二 1 煤层24.69m。煤 层顶、底板均为深灰色砂质泥岩,间接顶板为中、细粒砂岩,间接底板为大占砂岩。 煤层层位稳定,全区较发育,井田内竣工的44个钻孔包括7个普查钻孔全部穿过二 2 煤层层位。其中见煤点32个,尖灭点12个。所穿见的见煤点中可采点15个,不可采点17个。煤层厚度02.63m,平均厚度0.69m.。可采指数34,煤层厚度方差0.70,变异系数101。煤层结构较简单,32个见煤点中4个含有夹矸,一般夹矸层数1层,唯2603孔夹矸达2层。夹矸单层厚度0.030.25m,平均0.15m.夹矸岩性为黑色砂质泥岩、泥岩或炭质泥岩。 二 2 煤层稳定性属不稳定型。 二 2 煤层属局部可采煤层,煤厚变化具较明显的规律性,可采区域主要位于井田的东部。煤厚变化大致为厚煤带在井田中部成北北西-南南东向展布,西部多薄煤或尖灭的变化趋势。 2.2.1.3煤的物理性质 二1煤为灰黑色,条痕黑灰色,具玻璃光泽,多呈粉状产出,组织疏松。煤芯中含大量黄铁矿结核,但分布不均。宏观煤岩类型属半亮型煤。煤的视密度平均为1.61t/m3,真密度为1.51t/m3。 二2煤层为灰黑色,粉末状产出,组织疏松,呈粉状产出,属半亮型煤。煤的显微组分 煤中有机组分平均为90.8,其中镜质组73.1,半镜质组15.8,半丝质组1.3,丝质组0.6;无机组分平均为9.2,其中大部分为粘土矿物质,含量达7.4,占无机组分含量的90。镜质组最大反射率平均为2.30。 2.2.1.4化学性质、工艺性能及煤类 2.2.1.4.1煤类 按执行国家煤炭分类方案,分类指标主要是浮煤干燥无灰基挥发分、粘结指数和胶质层厚度。但就本区实际情况而言,二1、二2煤层浮煤干燥无灰基挥发分均小于20,焦渣特征均为1或2,故粘结指数一般为0;并参考二1煤浮煤干燥无灰基氢含量平均值为4.15;镜质组最大反射率平均为2.30。因此二1、二2煤层均定为贫煤。 2.2.1.4.2有害组分 ①水分 二1煤层原煤空气干燥基水分平均为1.14。经1.5比重液洗选后,浮煤空气干燥基水分平均为0.90,变化不大。二2煤层原煤空气干燥基水分平均为0.85。经1.5比重液洗选后,浮煤空气干燥基水分平均为0.95,略有增高。 ②灰分 本区主要煤层二1煤原煤灰分大部分属于低中灰中灰分煤 [11] ,个别点灰分大 于30,属于中高灰分煤,全层平均灰分为21.42。二2煤层全层平均为23.12。 各煤层原煤灰分计算均不包括夹矸在内,但在开采时,部分伪顶底板及夹矸要 混入煤中,故商品煤的灰分较勘探阶段统计的灰分将有所增高。因此若夹矸计算在内,二1煤灰分提高为22.01。 浮煤灰分按分选密度 1.5计,各煤层浮煤灰分二1煤层为8.46,二2煤层为 8.19。另外,本次试验还对23022、19016孔二1煤灰成分进行了测定,结果表明SiO 2为45.66和Al 2O 3为39.56, 以上两项占灰成分的85以上;其次Fe 2O 3为5.28、CaO为3.53、SO 3为3.15、MgO为0.43、TiO 2为1.11;由各成分含量可以推断出二1煤层灰熔融性较高。 ③全硫 本区二1煤全硫的特点是低中硫至高硫,因黄铁矿结核的出现垂向上分布极不均匀,即在一个采样点的各小分层之间,全硫相差悬殊,最高相差5.33以上。平面上分布从西向东有增高的趋势。但规律性不明显。全硫最低点位于井田西部的19016孔,为1.09,最高点为2704孔,高达5.05,全区平均为2.23,属中高硫煤。原煤经1.5比重液洗选后,浮煤全硫一般都有降低,并且随着原煤全硫的增加降幅有所增加。 ④有害元素磷、氯、砷 本井田二 1 煤中磷、氯、砷含量很低,不影响煤在工业方面的利用。本次对25015、2604ˊ孔的样品测试结果表明 磷含量为0.004和0.02,属特低磷、低磷煤。 氯含量为0.081和0.096。 砷25015孔试验结果为0μg/g,2604ˊ孔试验结果为1μg/g。 2.2.1.4.3煤的元素组成 二 1 煤层的元素含量共测定3个点,为减少无机组分中碳、氢、氧、硫等组分的影响,均以浮煤测定。测定结果表明炭含量平均为92.78,氢为4.15,氮含量为1.16,均与其变质程度相适应。 2.2.1.4.4煤的发热量 二 1 煤层原煤发热量进行了普遍测定。原煤干燥剂高位发热量最低为23.809MJ/kg,最高为31.144 MJ/kg,平均为27.912MJ/kg;并且与灰分关系明显,灰分越高发热量越低。 对二 1 煤层的空气干燥基低位发热量按照经验公式进行了换算,换算公式 Q net,ad Q gr,ad -206H ad -23M ad 式中 Q net,ad 空气干燥基低位发热量; Q gr,ad 空气干燥基高位发热量; H ad 空气干燥基氢含量; M ad 空气干高基水分。 经换算二 1 煤空气干燥基低位发热量最低为23.174MJ/kg,最高为30.375MJ/kg,平均为27.187MJ/kg。 按照我国现行的煤炭发热量分级GB/T15224.394规定,以收到基低位发热量为标准,而收到基低位发热量一般低于空气干燥基低位发热量,其差值取决于收到基水分的高低。根据本区原煤空气干燥基低位发热量分析,二1煤应属中高热高热值煤。 二 2煤层与二 1 煤层情况相似,也属中高热高热值煤。 2.3地质构造 2.3.1区域构造 新安煤田位于中朝准地台南缘,华熊台缘拗陷的渑池确山陷褶断束北西部。区域内发育较大的褶曲构造为新安向斜。断裂构造主要为北西一南东向或近东西向的一组张性断裂[12-15]。如龙潭沟断层、许村一香坊沟断层、省磺矿断层等。 2.3.2井田构造 本井田位于新安向斜的北翼,为一平缓的单斜构造。地层走向45225,倾向135,地层倾角515,一般为 610。区内为简单的单斜构造, 断层的影响,发育有宽缓的褶曲形态。正断层位无大的褶皱。仅北部地段由于F 29 于井田的中部,由井田北部赵庄进入本区,经老代窝、孔沟、中岳村,向深部延伸。该断层多被第四系覆盖,仅在井田北部区外地表见七 煤层被错开。在区内 2 2802、2703、2602’、25014孔对该断层进行了控制。2802孔于 373m见,断层破碎带,破碎带宽度 22m,四煤段断失约 30m。2703孔于 266m见断层,断层破碎带,破碎带宽度 20m,六煤段断失约 20m。2602’孔于 60877m处见断层,断层破碎带,破碎带宽度0.30m,二 煤层及顶底板断失约 10m。25014孔子601、40m处见巴。 1 断层破碎带,破碎带宽度125m,四煤段断失约25m。断层走向近南北,倾向西,倾角 6570,落差130m。该断层贯穿井田南北,区内延展长度约 7km。如上所述,本区构造复杂程度应属简单。 3 正村井田煤层瓦斯赋存特征及影响因素分析 3.1井田瓦斯含量 全井田二1煤层共采集瓦斯煤样7个,全部用解吸罐采取。25014因采样不合格,不予采用。另外6孔野外解吸瓦斯含量分布不均,最小为160ml,最大为1204m.l。2602孔位于断层附近,储藏条件较差,瓦斯易于逸散,其中甲烷含量全区最低为61.81,其余各孔甲烷含量均为70,全井田总瓦斯含量 4.02 12.19m 3/t,平均为7.22m 3 /t,全部处于沼气带、氮气沼气带范围,且沼气带、氮 气沼气带互相穿插,分带与深度关系不明显。 由瓦斯试验成果来看,本区游离瓦斯含量较高,吸附瓦斯占全部瓦斯含量的 41.8693.55,平均为70.06。瓦斯采样分析结果见表3-1。