赵庄井田3号煤层煤与瓦斯突出分析_图文.doc

赵庄井田 3号煤层煤与瓦斯突出分析 封云杰 晋城煤业集团 赵庄矿 , 山西 晋城 048007 [摘 要 ] 赵庄矿为高瓦斯矿井 , 在建井过程中曾发 生煤与瓦斯 动力现象 。 结 合井田瓦 斯地质 资料及实际施工中出现的煤 与瓦斯异常情况 , 分析了赵庄矿井煤与瓦斯突出的可能性及 区域 , 为指导 矿井开展防突工作明确了方 向 。 [关键词 ] 煤层 ; 瓦 斯 ; 突出 ; 分析 [中图分类号 ]TD71313 [文献标识码 ]B [文章编号 ]1006-62252008 02-0096-03 Analysis of Coal and G as Burst of 3rd Coal Sea m i n ZhaozhuangM ine F ield [收稿日期 ]2007-08-01 [作者简介 ]封云杰 1970-, 男 , 山西芮城人 , 工程师 , 现任晋城煤业集团赵庄矿地测部部长助理。 1 矿井概况 赵庄矿设 计生产 能力 6M t/a, 属 于高瓦 斯矿 井。设计初期开采范围处于低瓦斯区 , 但矿井煤与 瓦斯突出情况资料不详 , 未鉴定。实际在井巷施工 及综采回采中已经出现瓦斯涌出大、超限报警 , 甚 至在掘进工作面发生煤与瓦斯动力现象 , 造成巷道 瞬间瓦斯涌出量增大 , 煤壁严重片帮 , 顶板冒顶。 因此 , 必须对赵庄矿 3号煤层煤与瓦斯突出进行分 析 , 确保矿井安全回采。 2 井田 3号煤层瓦斯情况 211 地质勘探查明井田 3号煤层瓦斯含量 据以往勘探资料 , 3号煤层 C H 4含量为 013720112m L /gr, 平均 6178mL /gr; 15号煤 层 C H 4含 量 为 010126110mL /gr , 平 均 6188mL /gr 见表 1、图 1 。 表 1 主要煤层瓦斯含量 、 成分 煤层号 4-1 瓦斯成分 / CH 4 CO 2N 2 C 2C 8 3013720112415698164 094116 0801860116015 010126110012498155017528104 081136 00147 212 瓦斯分带 从瓦斯成分来看 , 3号煤层以 C H 4为主 , 其次 为 N 2和 CO 2, 重烃微量 见图 2 。 根据所测瓦斯成分 , 井 田主要划分为 C H 4带 和 N 2-C H 4带 , 3号 煤 层 沿 0704, 0804, 1004, 1305, 1407, 1504, 1607号孔一线以东主要为 N 2-C H 4带 , 以 西 主 要 为 C H 4带 , 仅 在 南 部 2203, 2204孔附近为 CO 2-N 2 带。 213 井田 3号煤层瓦斯赋存规律及定级情况 井田东部 3号煤层瓦斯含量一般较低 , 往西 -西北部随着煤层埋深增大 , 变质程度增高 , 瓦斯含 量亦逐渐加大。 井田地质构造以宽缓的背、向斜为主 , 伴有少 第 13卷 第 2期 总第 81期 2008年 4月 煤 矿 开 采 CoalM i n i ng T echno l ogy V o1113N o 12Ser i es N o 181 A pril 2008 量的断裂和陷落柱。这些构造对瓦斯含量的分布有 一定影响。一般背斜轴部瓦斯含量较低 , 向斜轴部 瓦斯含量相对较高。如 1004孔附近坡根向斜轴部 , 3号煤层 C H 4含量 7169mL /gr, 靠近地河背斜 轴 部 的 1502, 1603孔 C H 4含 量 只 有 0175, 1101mL /gr 。此外 , 正 断层对于瓦斯具有一定 的释放 性 , 在其周围 一般瓦斯含量 相对较低。另 外 , 煤层瓦斯含量在垂向分布上有一定的规律 , 即 上部 3号煤层 的 CH 4含 量一般 低于 下部 15号煤 层。 33号煤层瓦斯测试情况 对 3号煤层进行了包括煤层瓦斯压力、钻孔瓦 斯涌出量、钻孔瓦斯涌出衰减系数、煤层透气性系 数、煤样的工业分析指标、瓦斯吸附常数、煤的瓦 斯放散初速度、硬度系数以及瓦斯含量等煤层瓦斯 基本参数的测定工作。 311煤层瓦斯压力 井田 3号煤层瓦斯压力的测定结果 见表 2 。 从测压钻孔布置、封孔方法上分析 , 所测定的瓦斯 压力值是可靠的 , 因此取 0132M Pa 作为测定地点 3号煤层的原始瓦斯压力值。 表 23号煤层瓦斯压力测定 钻场 钻 孔 号 测定钻孔参数 夹角 /b 倾角 /b 长度 /m 定孔 长 /m 封孔长 度 /m 煤层瓦 斯压力 /M Pa 西翼 回风 大巷 19037010600104 29037010600110 39037010600101 49037010600132 59037010600106 312钻孔瓦斯涌出量 百米钻孔瓦斯涌出量测定结果见表 3。 3号煤 层测定范围内 2个瓦斯涌出测定钻孔中 , 百米钻孔 初始瓦斯涌 出量为 01000150100044m 3/min h m 。 钻孔瓦斯涌出衰减系数根据钻孔的瓦斯流量变化计 算求得 , 测定的 2个瓦斯涌 出钻孔的衰减 系数为 0109290101406d -1。 表 33号煤层瓦斯涌出测定 钻孔号 直径 /mm 测定钻孔参数 夹角 /b 倾角 /b 长度 /m 百米钻孔初始瓦斯涌出 量 /m 3mi n hm -1 透气性系数 /m2MPa 2d -1 瓦斯流量 衰减系数 /d-1 钻孔 位置 17590365010004401143969011406 47590365010001501000964010929 西翼回 风大巷 3133号煤层瓦斯基本参数 瓦斯基本参数测定煤样取自西翼胶带大巷。 313113号煤层的工业分析和瓦斯吸附常数 煤的工业分析及瓦斯吸附常数 测定结果 见 表 4 。可知 , 3号煤层属高变质煤 , 且其 a, b 值 较大 , 煤层对瓦斯的吸附能力很强。 表 4煤的工业分析及瓦斯吸附试验测定 取样地点 工业分析 吸附常数 M ad /A d /V da f / 真密度 /tm -3 视密度 /t m -3 孔隙率 / a /m3t -1 b /M Pa -1 西辅运一横川 01428158121731142113731522414533113059西辅运二横川 016614140121591148113681112816727112004 313123号煤层的瓦斯放散初速度 、 硬度系数 瓦斯放散初速度 P 是表征煤对瓦斯吸附 和解吸性能的一个重要指标。煤的硬度系数是表示 煤的强度性能指标。这两指标对煤与瓦斯突出危险 的判别非常重要。 表 5预测煤层突出危险性单项指标临界值 煤层突出 危险性 煤的破 坏类型 瓦斯放散 初速度 P 煤的硬度 系数 /f 煤层瓦斯 压力 P /MPa 突出危险 、 、 \10[015\0174 预测煤层 突出危险性的指标可用煤的破坏类 型、瓦斯放散 初速度指标 P 、煤 的硬度系数 f 和煤层瓦斯压力 P 。其判断煤层突出危险 性的临界值 , 因无实测资料 , 参考表 5中所列的数 据 , 只有全部指标达到或超过临界值时 , 方可划为 突出煤层。 井田 3号煤层的瓦斯放散初速度、硬度系数的 测定结果 见表 6 。瓦斯 放散初速 度 P 为 1016, 煤的硬度系数 f 为 01450147。由表 中指标分析 , 3号煤层的 P, f 均达到表 5中相应 指标的临界值 , 但煤层瓦 斯压力为 0132M Pa 见 表 2, 未达到相应临界值。 表 63号煤层煤的瓦斯放散初速度 、 硬度系数 煤样 瓦斯放散初速度 P 坚固性系数 f 取样地点 1100145西辅运一巷 2160147西辅运二巷 31313煤层瓦斯组分分析 封云杰 赵庄井 田 3号煤层煤与瓦 斯突出分析 2008年第 2期 对钻孔自然涌出瓦斯取样在实验室进行组份分 析 , 其结果 见表 7 。 表 7钻孔瓦斯实测组份 编号 取样地点 CH 4/N 2/CO 2及其他 / 1 4 西翼回风大巷 9614911721179 74185251090106 按煤层中气体成分可对煤层划分为 N 2-CO 2带、 N 2带、 N 2-C H 4带及 C H 4带 4个带 , C H 4带以上的 3个带通称为瓦斯风化带。 C H 4带与瓦斯风化带的 分界为 C H 4浓度大于 80、瓦斯压力大于 011 0115M Pa 。分析表 7的数据 , 矿井测定范围基本应 属 C H 4带。 314测定区域煤层瓦斯含量 煤层瓦斯含量由游离瓦斯含量和吸附瓦斯含量 两部分组成。其中 , 吸附瓦斯由煤对瓦斯的吸附特 性和煤层中的瓦斯压力决定 , 可由朗格缪尔方程确 定 ; 游离瓦斯由煤的孔隙率及煤层瓦斯压力决定。 煤层瓦斯含量的计算公式 W 1b P 100-A d -M ad 100 10131M ad r 1 式中 , W 为煤层瓦斯 含量 , m 3/;t a, b 为吸附常 数 ; P 为煤 层绝对 瓦斯 压力 , M Pa ; A d 为煤 的灰 分 , ; M ad 为 煤的 水分 , ; P 为 煤的 孔隙 体积 , m 3; r 为煤的视密度 t/m3。 将以上相关数据代入 1 式 , 计算得测定区 域 的 瓦 斯 含 量 分 别 为 7108m 3/,t 7102m 3/, t 取 7108m 3/t 作为测定区域的 3号煤层原始瓦斯含量。 43号煤层煤与瓦斯突出分析 411煤与瓦斯动力现象 2007年 4月 25日夜班 , 巷道发生煤与瓦斯动 力现象 , 瞬间工作面 瓦斯涌出量增大为 14115, 巷道瓦斯含量达 6, 回风立井瓦斯含量 1109, 整个过程瓦斯涌出量为 2200m 3, 现场观察工作面 煤壁发生片帮 , 顶板塌顶 , 煤质相当松软 , 用手抓 捏即碎。发生动力前预兆 , 煤炮频度及强度增大 , 瓦斯涌出量增大 , 工作面及两帮片帮极易发生。 412煤与瓦斯涌出条件分析 根据瓦斯参数测定 , 决定发生煤与瓦斯突出的 条件 瓦斯放散初速度 P 为 1016, 煤的硬 度系数 f 为 01450147, 3号煤层的 P , f 均 达到表 5中相应指标的临界值 , 但煤层瓦斯压力为 0132M Pa 见表 2, 未 达 到相 应临 界 值。因 此 , 测定区域不列为突出煤层。 根据井下发生瓦斯动力现象 , 结合图 1井田 3号煤层 C H 4含量等值线图 , 井田西部及北部将 进入高瓦斯区域 , 瓦斯压力可能超过临界值 , 可能 发生煤与瓦斯突出。井田东部及南部瓦斯含量低 , 不可能发生煤与瓦斯突出。 413煤与瓦斯突出规律分析 1 地质构造对瓦斯的分 布起控制作用 , 是 影响瓦斯分布的主要因素 , 是控制煤与瓦斯突出的 主导因素 , 突出多发生在地质构造带。 2 煤与瓦斯动力多发生掘进工作面。 3 随着开采向西向北延 伸 , 瓦斯动 力的强 度及频度可能增大 , 甚至发生煤与瓦斯突出。 4 瓦斯动力预兆 由 于生产作业在 发生煤 与瓦斯动力前的预兆 , 如煤炮声 , 煤层变酥软 , 顶 板来压 , 瓦斯涌出量忽大忽小等。 5防治煤与瓦斯突出措施及建议 1 编制瓦斯地质图和防 突预测图。针对赵 庄矿为高瓦斯矿井 , 3号煤层瓦斯参数很容易达到 煤与瓦斯突出条件。结合现有的 3号煤层瓦斯地质 资料及本次测试数据 , 矿井必须成立防突办公室 , 组织技术人员编制瓦斯地质图和防突预测图 , 对煤 层进行突出危险区域划分 , 通过掘进工作面防突预 测图 , 使瓦斯治理措施更有针对性 , 有力指导现场 安全施工。 2 地测部门充分利用精查 勘探及三维地震 资料 , 及时对地质构造进行预测预报 , 加强钻探探 测 , 同时对钻探反馈资料认真分析 , 补充预报。 3 严格执行 /四位 一体 0防突措施 , 摸索 适合本矿防突 组织保障体系。各司其职 , 各负其 责 , 共同防突。 4 施工队组掌握突出征 兆 过地质 构造区 段 , 瓦斯涌出忽大忽小 , 煤炮频率及强度增大 , 顶 板及两帮压力增大 , 煤质变得无光泽、变软等。 [参考文献 ] [1]张子敏 , 张子 戌 , 王兆 丰 1瓦 斯地 质理论 与实 践 [M]1长 春 吉林科学技术出版社 120051 [2]山西省第六地质工程勘 察院 1山 西省沁 水煤田 高平矿 区赵庄 勘探区勘探 精查 地质报告 [R]120021 [3]张子敏 , 张子贵 1瓦斯地质规律与瓦斯预测 [M]1北京 煤 炭工业出版社 , 20051 [4]王兆丰 , 张子 戌 , 张子 敏 1瓦 斯地 质研究 与应 用 [M]1徐 州 中国矿业大学出版社 , 20031[责任编辑 崔德仁 ] 总第 81期 煤 矿 开 采 2008年第 2期