煤层瓦斯赋存规律综合研究_图文.doc

收稿日期2007-03-08 基金项目国家“十五”科技攻关资助项目2005BA813B0711 作者简介秦法秋1971- , 男, 河南辉县人, 现任郑煤集团大平煤矿总工程师, 主要从事煤矿安全管理与生产 工作。 煤层瓦斯赋存规律综合研究 秦法秋 郑州煤业集团有限责任公司大平煤矿, 河南登封 452473 摘 要利用多源数据融合和瓦斯地质要素分析的方法, 研究了勘探和生产期间实测瓦斯含量, 利用瓦斯参数和瓦斯含量等数据及数据融合, 并通过丰富翔实的钻孔资料建立起瓦斯含量预 测公式, 实现了对矿井瓦斯含量的预测。 关键词煤层; 瓦斯赋存规律; 预测 中图分类号T D712 15 文献标识码B 文章编号1671-09592007 0820069203 大平煤矿隶属于郑煤集团, 属于突出矿井, 2004年10月20日21轨道下山岩巷掘进工作面发生了特大型煤与瓦斯突出事故。瓦斯地质研究、预测与防治成为矿井的中心工作之一。目前, 煤层瓦斯含量主要依靠勘探和生产期间实测获得, 数据来源比较单一。文章利用多源数据融合分析的方法, 综合生产期间实测瓦斯含量、反算的瓦斯含量、预测的瓦斯含量等几组数据, 1 , 测点 14个。21采区及其附近, 其它区 域测点稀少。 由于采样质量、测定方法不同等原因, 实测瓦斯含量测值并不全部真实可靠, 需要进行分析校正, 如集气法瓦斯含量测值乘112的损失系数、瓦斯带煤样甲烷成分低于80时剔除等 [1] 。根据以上可靠性分析原则, 获得勘探期 间合格钻孔点15个, 生产期间14个见表1 。合格点瓦斯 含量与埋深具有较好的线性关系, R 2 018, 评价结果可靠。 2 计算瓦斯含量 煤层瓦斯含量计算公式如下 X X 1X 2 式中 X 煤层瓦斯含量, m 3/t; X 1煤层中游离瓦斯含量, m 3/t; X 2煤层中吸附瓦斯含量, m 3 /t 。 1 煤层中游离瓦斯含量按气体状态方程求得 X 1V PT /T 0P 0K 式中 V 煤的孔隙容积, V 01064m 3/t; P 煤层绝对瓦斯压力, M Pa; P 0标准状况下的压力, 0 MPa; K 甲烷压缩系数, K T 0, 0273K; T 293K 。 Lang muir 方程计算2 1bP e n t n -t 10110010058V r M ad ・100-A -M 100 式中 a 、b 吸附常数; e 自然对数的底, e 21718; t n 吸附试验温度, 取30℃; t 煤层温度, 取20℃; V r 、M ad 、A d 煤中挥发分含量、水分含量、灰分含量, 。 研究中, 共收集瓦斯压力点15个, a 、b 值21个, 实际计算瓦斯含量点14个, 其中21采区7个, 与实测含量点重复, 只作为多源数据融合分析的依据; 16采区7个, 换算后作为最终瓦斯含量数据表1 。14个瓦斯含量点与埋深具有较好的线性关系, 可决系数R 2 017, 说明计算结果可靠。 3 利用瓦斯涌出量反算瓦斯含量 瓦斯含量是瓦斯涌出量的主要影响因素之一, 在其它 条件相同或相似时, 可以利用瓦斯涌出量反演瓦斯含量[2-3]。其计算公式是 W 1-C q K R 0 式中 W 原煤甲烷含量, m 3/t; 9 6 2007年第8期 煤 炭 工 程 研究探讨 Q 绝对瓦斯涌出量包括抽放量 , m 3/min; 日平均产量, t; R 残余瓦斯含量可实测获得 , R 2m 3 /t; C 扣除系数, C A 式中A 工作面采场长, m, B 工作面上下顺槽释放宽度, B 15m ; K 本煤层瓦斯涌出构成, 老顶初次来压前取1, 老顶初次来压后计算值为0171。 根据以上计算公式, 计算了4个保存资料较好、月份回采正常的工作面瓦斯含量, 计算结果见表1。瓦斯含量与埋深具有较好的线性关系, R 2 016, 计算结果可靠。 表1 煤层瓦斯含量汇总表 4 瓦斯含量多源数据融合分析 多源数据融合分析的方法是通过相同测点不同数据源瓦斯含量进行一系列的对比校正, 最后使多源数据间能够进行有效互换和数据统一, 共同而真实的反应煤层瓦斯含量值。通过对以上四组数据对比有如下特点 1 从整体上看, 四组数据瓦斯含量值总体上能表现出 一致性的变化规律, 对应性较好, 见图1。 2 勘探和生产期间实测的瓦斯含量值耦合较好, 数据 间相对误差较小, 一般在10以内, 可以作为对比的依据。 3 利用瓦斯参数和瓦斯涌出量反算的瓦斯含量值总体偏 大, 与实测的瓦斯含量值对比相对误差一般在30左右, 在利用时应当校正, 校正成实测瓦斯含量的平均比例为0175。 5 瓦斯含量预测 根据井田瓦斯地质要素分析, 影响煤层瓦斯含量的地 1瓦斯涌出量反算值; 2勘探实测值; 3生产实测值; 4参数计算值 图1 四组瓦斯含量对比图 质因素有煤层基岩埋深、顶板岩性厚度、顶板岩层含砂率、 煤层厚度、水分、灰分等[4-5]。 单因素瓦斯含量相关分析是以18个可靠的瓦斯含量点为基础进行的, 分析结果见表2。从表中可以看出, 煤层基 7 研究探讨 煤 炭 工 程 2007年第8期 岩埋深是影响瓦斯含量的最重要地质因素, 其次是煤层顶板含砂率, 煤层煤质等对瓦斯含量影响较小。 井田内瓦斯地质要素是已知的, 瓦斯含量在大部分区域是未知的, 通过建立已知煤层瓦斯含量与各地质要素之间的关系, 可以实现对未知区的瓦斯含量预测。为了突出主要因素和实用, 研究中仅以煤层基岩埋深和煤层顶板岩层含砂率参与拟合, 其它次要因素不参加拟合。 瓦斯含量与相关地质要素的拟合以18个可靠的瓦斯含量点和地质要素数据为基础, 利用DPS 软件进行线性回归, 回归公式是 Q 31573070101682K 1-114268K 2 式中 Q 瓦斯含量, m 3/t; K 1基岩埋深, m; 表2 煤层瓦斯含量与地质因素相关系数一览表 影响因素基岩埋深 煤层参数 煤厚 水分 灰份 围 岩 顶板岩性 顶板泥岩顶板砂质泥岩 含砂率 相关系数 016592 010144 010289 010008 010759 010389 010955 K 2含砂率。 利用该模型计算的煤层瓦斯含量相关系数为01818443, 说明瓦斯含量与上覆基岩厚度和煤层顶板岩层含砂率线性关系密切。图2为实测钻孔瓦斯含量与根据上述公式预测的瓦斯含量关系折线图, 从图中可以看出, 两条折线基本一致, 说明利用上述公式进行预测是可信的。井田内75 个钻孔进行了回归预测。 图2 实测值与预测值关系折线图 根据以上五组数据共计125个瓦斯含量点绘制了井田瓦斯含量等值线图, 见图3。从图中可以看出, 瓦斯含量等值线形态及变化与煤层底板等高线近似一致, 说明瓦斯含量受埋深影响较大。 6 结 论 1 对瓦斯参数计算和瓦斯涌出量反算的瓦斯含量乘0175系数校正后可以和实测数据一起使用, 实现了矿井瓦 斯多源数据融合。 2 勘探和生产期间实测以及利用瓦斯参数计算和瓦斯 涌出量反算的瓦斯含量值均与埋深有很好的线性关系; 通过研究矿井瓦斯地质要素与煤层瓦斯含量的关系, 确定了煤层基岩埋深是控制瓦斯含量的主要因素, 并以此建立了 图3 大平煤矿瓦斯含量等值线图 瓦斯含量预测数学模型, 实现了对未知区域的瓦斯含量预测。 3 依据实测、计算和预测的瓦斯含量绘制了井田瓦斯 含量等值线图, 可用于指导矿井瓦斯灾害预测与防治的 工作。参考文献 [1] 王兆丰, 刘军. 方庄煤矿二1煤瓦斯赋存规律探讨[J ].煤 炭工程, 2005, 3 53～55. [2] 程五一, 王魁军, 张建国. 工作面相对瓦斯涌出量反序求解 瓦斯含量的方法[J ].矿业工程与环保, 2000, 275 20 ～21. [3] 张瑞林, 张彬, 李东印. 基于瓦斯地质编图中煤层瓦斯含量 与瓦斯涌出量关联特征的探讨[J ].煤矿安全, 2004, 35 11 36～37. [4] 汤友谊, 王言剑. 煤层瓦斯含量预测方法研究[J ].焦作 工学院学报, 1997, 162 68～72. [5] 王生会. 煤层瓦斯含量的主要控制因素分析及回归预测 [J ].煤炭科学技术, 1997, 259 45～47. 责任编辑 崔永丰 1 7 2007年第8期 煤 炭 工 程 研究探讨