废弃煤矿瓦斯资源量预测模型的构建与应用.pdf

书书书 第 4 2卷第 9期能 源 与 环 保 V o l . 4 2 N o . 9 2 0 2 0年9月 C h i n aE n e r g ya n dE n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o nS e p . 2 0 2 0 檾檾檾檾檾檾檾 檾 檾檾檾檾檾檾檾 檾 殧 殧 殧 殧 安全与环境 收稿日期 2 0 2 0－ 0 5－ 1 3 ； 责任编辑 郭海霞 D O I 1 0 . 1 9 3 8 9 ／ j . c n k i . 1 0 0 3－ 0 5 0 6 . 2 0 2 0 . 0 9 . 0 0 1 作者简介 胡长勤（ 1 9 6 4 ） ， 男， 河南商丘人， 工程师， 2 0 1 1年毕业于中国地质大学（ 武汉） ， 主要从事钻井技术工作。 通讯作者 刘坤鹏（ 1 9 8 7 ） ， 男， 河南商丘人， 工程师， 2 0 0 9年毕业于河南理工大学， 现从事地质勘探工作。 引用格式 胡长勤， 刘坤鹏. 废弃煤矿瓦斯资源量预测模型的构建与应用［ J ］ . 能源与环保， 2 0 2 0 ， 4 2 （ 9 ） 1 - 6 ， 1 2 . H uC h a n g q i n ， L i uK u n p e n g . E s t a b l i s h m e n t a n da p p l i c a t i o no f p r e d i c t i o nm o d e l f o r g a s r e s o u r c e s i na b a n d o n e dc o a l m i n e s ［ J ］ . C h i n aE n e r g y a n dE n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n ， 2 0 2 0 ， 4 2 （ 9 ） 1 - 6 ， 1 2 . 废弃煤矿瓦斯资源量预测模型的构建与应用 胡长勤1 ， 2， 刘坤鹏1 ， 2 （ 1 . 河南省煤田地质局， 河南 郑州 4 5 0 0 5 3 ； 2 . 河南省能源钻井工程技术研究中心， 河南 郑州 4 5 0 0 5 3 ） 摘要 准确预测废弃煤矿的瓦斯资源量及瓦斯资源类型， 可以为其抽采可行性评价和抽采方案设计提 供重要依据。以沈北煤田废弃的清水二矿为研究对象， 针对矿井不同位置的煤炭剩余量、 孔隙率、 受 采动影响程度和内部瓦斯赋存状态的差异， 将矿井瓦斯资源划分成采空区、 冒落带、 裂隙带等裂隙空 间中的游离态瓦斯和采动影响区、 遗煤、 邻近层、 未采区的吸附态瓦斯 7类， 并分别建立了相应的瓦斯 资源量预测数学模型。将清水二矿研究区划分为不同块段， 分析各块段瓦斯资源的构成类型， 并使用 所建立的数学模型进行计算， 得到了研究区整体的瓦斯资源量。结果表明， 清水二矿的瓦斯资源总量 为2 7 6 1 0 6m3 ， 未采区的吸附态瓦斯含量最多， 占比达到 7 6 . 9 8 ％， 邻近层卸压区域的吸附态瓦斯含 量最少， 占比不足1 ％； 游离态瓦斯资源总量占比整体不超过 1 0 ％， 其中游离态瓦斯资源量占比裂隙 带 ＞ 冒落带 ＞ 采空区。研究为废弃矿井瓦斯资源量的准确计算提供了一种方法。 关键词 废弃煤矿； 瓦斯资源量； 赋存状态； 赋存位置； 预测模型 中图分类号 T D 7 1 2 . 5 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 3－ 0 5 0 6 （ 2 0 2 0 ） 0 9－ 0 0 0 1－ 0 6 E s t a b l i s h me n t a n da p p l i c a t i o no f p r e d i c t i o nmo d e l f o r g a s r e s o u r c e s i na b a n d o n e dc o a l mi n e s H uC h a n g q i n 1 ， 2， L i uK u n p e n g1 ， 2 （ 1 . H e n a nB u r e a uo f C o a l G e o l o g y ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 5 3 ， C h i n a ； 2 . H e n a nP r o v i n c e D r i l l i n gE n g i n e e r i n gT e c h n o l o g yR e s e a r c hC e n t e r ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 5 3 ， C h i n a ） A b s t r a c t A c c u r a t e l yp r e d i c t i n g t h e a m o u n t o f g a s r e s o u r c e s a n dt h e t y p e s o f g a s r e s o u r c e s i na b a n d o n e dc o a l m i n e s c a np r o v i d e a ni m - p o r t a n t b a s i s f o r t h ef e a s i b i l i t ye v a l u a t i o no f t h e i r e x t r a c t i o na n dt h ed e s i g no f e x t r a c t i o ns c h e m e s . I t w a s t o o kt h ea b a n d o n e dQ i n g s h u i N o . 2M i n ei nt h eS h e n b e i C o a l f i e l da s t h er e s e a r c ho b j e c t ， t h em i n eg a s r e s o u r c e s w e r ed i v i d e di n t om i n e d - o u t a r e a s a n dg a s - f l o o d i n g a r e a s a c c o r d i n g t o t h e d i f f e r e n c e i nc o a l r e m a i n i n g a m o u n t ， p o r o s i t y ， d e g r e e o f i n f l u e n c e b y m i n i n g a n di n t e r n a l g a s o c c u r r e n c e s t a t u s a t d i f f e r e n t l o c a t i o n s o f t h em i n e . T h e r ew e r es e v e nt y p e s o f f r e eg a s i nt h ef r a c t u r e ds p a c es u c ha s t h ef a l l i n gz o n ea n dt h ef r a c t u r ez o n e a n dt h ea d s o r b e dg a s i nt h e m i n i n g - a f f e c t e da r e a ， r e m n a n t c o a l ， a d j a c e n t l a y e r s ， a n du n m i n e da r e a s ， a n dt h e c o r r e s p o n d i n g m a t h e m a t i c a l m o d e l s f o r p r e d i c t i o no f g a s r e s o u r c e s h a db e e ne s t a b l i s h e dr e s p e c t i v e l y . T h e s t u d y a r e a o f Q i n g s h u i N o . 2M i n e w a s d i v i d e di n t o d i f f e r - e n t s e c t i o n s ， t h ec o m p o s i t i o nt y p e s o f g a s r e s o u r c e s i ne a c hs e c t i o nw e r ea n a l y z e d ， a n dt h em a t h e m a t i c a l m o d e l e s t a b l i s h e dw a s u s e dt o c a l c u l a t e ， a n dt h eo v e r a l l g a s r e s o u r c e so f t h es t u d ya r e aw e r eo b t a i n e d . T h er e s u l t ss h o w e dt h a t t h et o t a l a m o u n t o f g a sr e s o u r c e si n Q i n g s h u i N o . 2M i n ew a s 2 7 6 1 0 6m3. T h e u n m i n e da r e a h a dt h e m o s t a d s o r b e dg a s c o n t e n t ， a c c o u n t i n g f o r 7 6 . 9 8 ％， a n dt h e a d j a c e n t l a y e r p r e s s u r er e l i e f a r e ah a dt h el e a s t a d s o r b e dg a s c o n t e n t ， a c c o u n t i n gf o r l e s s t h a n1 ％； t h et o t a l f r e eg a s r e s o u r c e s a c c o u n t e df o r n o m o r et h a n1 0 ％ o f t h e t o t a l ， o f w h i c ht h e f r e e g a s r e s o u r c e s a c c o u n t e df o r t h e f r a c t u r e z o n e ＞ c a v i n g z o n e ＞ g o a f . T h e r e s e a r c hp r o v i d e s a m e t h o df o r t h ea c c u r a t ec a l c u l a t i o no f g a s r e s o u r c e s i na b a n d o n e dm i n e s . K e y w o r d s a b a n d o n e dc o a l m i n e ； g a s r e s o u r c e s ； s t a t eo f o c c u r r e n c e ； o c c u r r e n c ep o s i t i o n ； p r e d i c t i o nm o d e l 1 万方数据 2 0 2 0年第 9期 能 源 与 环 保第 4 2卷 0 引言 我国自 2 0世纪 8 0年代实施综合机械化采煤方 法以来， 煤炭产量逐渐升高， 经过 4 0余年的开采， 存 在大量的废弃煤矿。废弃煤矿的残存瓦斯资源量预 测是进行抽采利用可行性评价的关键， 国内外研究 者对此进行了卓有成效的研究。目前常用的废弃瓦 斯资源量估算方法主要有物质平衡法、 下降曲线法、 气藏数值模拟法、 类比法等。物质平衡法通过分别 计算原始状态下的、 煤炭开采过程中排放和抽出的、 矿井报废后逸散的瓦斯资源量来获取剩余瓦斯资源 量［ 1 - 4 ］， 该方法的计算公式相对简单， 但在计算矿井 报废后的逸散资源量时往往因数据缺失使计算精度 难以保证。下降曲线法是根据瓦斯涌出速度对时间 的下降曲线来求取废弃矿井的瓦斯资源量［ 5 - 7 ］， 由于 废弃煤矿中存在大量煤炭受开采影响较小， 储层压 力未降到临界解吸压力以下， 用该方法估算这部分 煤炭内部的吸附气资源量时误差太大。气藏数值模 拟法是以储层参数和矿井生产数据为基础， 通过建 立地质模型、 气藏模型， 借助计算机软件模拟未来可 采储量［ 8 - 1 0 ］。由于软件是“ 黑箱” 模型， 地质储层条 件的差异性及描述精度决定了气藏模型的适用性， 最终影响着预测结果的准确性。类比法基于对矿井 地质条件、 储层条件的认识， 利用与类似条件矿井的 相关性获取瓦斯含量等参数进行瓦斯资源量计 算［ 1 1 ］， 该方法计算的准确性受 2个矿井地质条件、 储层条件相似度的制约明显。 为了较准确地对废弃矿井的瓦斯资源量进行估 算， 本文针对沈北煤田清水二矿， 从瓦斯的赋存状态 及赋存位置差异出发， 将瓦斯资源划分为采空区、 垮 落带、 裂隙带等裂隙空间中的游离态瓦斯和采动影 响区、 遗煤、 邻近层、 未采区的吸附态瓦斯 7类， 分别 建立瓦斯资源量计算数学模型， 并用该模型对清水 二矿研究区的瓦斯资源量进行了计算， 以期为废弃 煤矿瓦斯资源量的计算提供一种新方法。 1 矿井概况 清水二矿位于沈北煤田东南部， 矿山平面上呈 不规则的长方形， 北东南西向长约 4 . 8 9k m ， 北 西南东向宽约 2 . 7 7k m ， 面积 1 3 . 5 3 3k m 2。清水 二矿地质构造如图 1所示。根据图 1清水二矿地质 构造所示， 煤田区域内断层相对发育， 断层方向多为 北东和北西向， 以北东向为主， 并切割北西向断裂。 地层产状大体为走向北东、 倾向北西， 倾角 1 5 ～ 3 0 。矿井含煤岩系中自上而下主要发育甲 1和甲 2两层煤， 甲1煤层厚1 . 5～ 1 2 . 7m ， 平均厚5 . 3 1m 。 甲 2煤层厚 1 . 5～ 2 3 . 0m ， 平均厚 7 . 4 9m 。含煤岩 系走向北西、 倾向南西， 倾角 5 ～ 1 5 。煤层含气量 较低， 为 3 . 6 6～ 8 . 9 6m 3／ t ， 平均 4 . 3 1m3／ t 。两层煤 相距约 1 5m ， 中间为粉砂岩和中细砂岩。含煤岩系 底板主要为杂色泥岩及凝灰岩， 厚 1 0～ 9 0m 。顶板 岩性以灰黑色、 黑色泥岩及粉砂岩为主， 夹有薄层菱 铁矿， 顶板层厚 5 5～ 1 7 0m ， 一般厚 1 0 0m 。 断层符号 井田边界 研究区 N ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋＋＋ ＋ ＋＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 图 1 清水二矿地质构造 F i g . 1 G e o l o g i c a l s t r u c t u r ema po f Q i n g s h u i N o . 2Mi n e 2 废弃瓦斯资源量预测模型的构建 2 . 1 废弃矿井瓦斯资源类型 废弃煤矿中主要存在游离态和吸附态 2种赋存 状态的瓦斯［ 1 2 ］， 不同状态瓦斯赋存的位置不同。而 对于受采动影响较大的采空区“ 三带” ， 由于具有良 好的卸压途径， 游离态瓦斯资源量大大增加， 在废弃 煤矿中， 吸附态和游离态资源量都不可忽略， 瓦斯储 量估算时需从 2方面同时进行。游离态瓦斯主要存 在于采空区及上覆冒落带和裂隙带内， 由于 3个位 置的孔隙度、 孔隙体积等存在差异， 不能使用同一方 法进行计算， 分别建立数学模型； 吸附态瓦斯主要赋 存于煤炭孔隙中， 包括采动影响区、 采空区遗煤、 邻 近煤层、 未开采区 4部分。 2 . 2 废弃矿井游离态瓦斯资源量预测模型 （ 1 ） 采空区内游离态瓦斯。采空区由于岩石孔 隙率较大， 内部含有大量游离态瓦斯， 瓦斯资源量的 计算公式为 2 万方数据 2 0 2 0年第 9期胡长勤， 等 废弃煤矿瓦斯资源量预测模型的构建与应用 第 4 2卷 Q 采 ＝ η 采 V 采／ K （ 1 ） 式中， Q 采为采空区内游离态瓦斯资源量； η采为采 空区内瓦斯体积分数； V 采为采空区体积； K为岩石 碎胀系数， 一般取 1 . 2 5～ 1 . 5 0 。 其中， 采空区体积计算公式为 V 采 ＝ H 采 S 采 （ 2 ） 式中， H 采为煤层采厚； S采为采空区面积。 （ 2 ） 冒落带中游离瓦斯。冒落带中游离态瓦斯 计算公式为 Q 冒 ＝ V 冒孔 η 冒 （ 3 ） 式中， Q 冒为冒落带中游离态瓦斯资源量； V冒孔为冒 落带孔隙体积； η 冒为冒落带中瓦斯体积分数。 其中， 冒落带孔隙体积可由开采面积、 冒落带高 度及冒落带孔隙率计算得到 V 冒孔 ＝ V 冒 P 冒 ＝ （ H 冒 － H 采） S采 P 冒 （ 4 ） 式中， V 冒 为冒落带体积； P 冒 为冒落带孔隙率； H 冒 为冒落带高度。 （ 3 ） 裂隙带中游离瓦斯。裂隙带中游离态瓦斯 资源量的计算公式为 Q 裂 ＝ V 裂孔 η 裂 （ 5 ） 式中， Q 裂为裂隙带中游离态瓦斯资源量； V裂孔为裂 隙带中孔隙体积； η 裂为裂隙带中瓦斯体积分数。 V 裂孔 ＝ V 裂 P 裂 ＝ （ H 裂 － H 冒） S采 P 裂 （ 6 ） 式中， V 裂 为裂隙带体积； P 裂 为裂隙带孔隙率； H 裂 为裂隙带高度。 2 . 3 废弃矿井吸附态瓦斯资源量预测模型 （ 1 ） 采动影响的瓦斯资源量。采动影响的吸附 态瓦斯主要指保护煤柱一定范围内经过充分解吸排 放后依然残留的瓦斯资源量， 其计算公式为 Q 1＝ M1q1＝ A 1h d q1 c o s θ＝ L k h d q 1 c o s θ （ 7 ） 式中， Q 1为受采动影响的残存煤柱中吸附态瓦斯资 源量； M1为受采动影响的煤炭总质量； q 1为受采动 影响的煤炭中残余瓦斯含量； A 1为采动影响煤柱面 积； d 为开采煤层的视密度； L为采动影响范围内煤 柱充分排放带宽度； k 为受采动影响煤柱长度； h为 开采煤层有效厚度； θ 为煤柱倾角。 （ 2 ） 采空区遗煤残存瓦斯含量预测。采空区内 大部分煤炭采集完后， 仍会有小部分煤没采干净或 者生产过程中遗落， 这些遗煤内残存的吸附态瓦斯 资源量计算公式为 Q 2＝ M2q2＝ M2（ X2＋ Xb） （ 8 ） 式中， Q 2为采空区内遗落煤残余吸附煤层气资源 量； M2为采空区内部遗落煤总量； q 2为采空区内遗 煤的残余瓦斯含量（ 包括可解吸但未排放瓦斯和不 可解吸瓦斯 2部分） ； X 2为遗煤未排放瓦斯量； Xb 为不可解吸瓦斯量。 在一恒定温度下， 瓦斯吸附量与瓦斯压力的关 系较好地符合朗格缪尔方程［ 1 3 - 1 4 ］， X 2可由吸附常数 及瓦斯压力计算得到 X 2＝ a b p 1＋ b p （ 9 ） 式中， p 为瓦斯压力； a 、 b 为吸附常数。 不可解吸瓦斯量的计算公式为［ 1 5 ］ X b＝ 0 . 1 a b 1＋ 0 . 1 b 1 0 0－ A d－ Ma d 1 0 0 1 1＋ 0 . 3 1 Ma d ＋ F γ （ 1 0 ） 式中， A d为煤的灰分； Ma d为煤的水分； F为煤的孔隙 率； γ为煤的视密度。 （ 3 ） 邻近层瓦斯含量预测。邻近层吸附态瓦斯 指受开采影响的邻近煤层卸压区域内剩余瓦斯资源 量， 其计算公式为 Q 3＝ M3q3 （ 1 1 ） 式中， Q 3为未采区瓦斯含量； M3为邻近层卸压区煤 炭储量； q 3为邻近层卸压区内煤炭残余瓦斯量。 其中， 卸压区面积可根据采空区面积及卸压角 （ 图 2 、 图 3 ） 计算得到， q 3的计算公式为 ［ 1 6 ］ q 3＝ （ q0－ Xb） （ 1－ v ）＋ Xb （ 1 2 ） 式中， v 为瓦斯排放率。 B A δ1 δ2 图 2 下保护层开采倾向卸压角 F i g . 2 P r e s s u r er e l i e f a n g l eo f mi n i n gt e n d e n c y o f l o w e rp r o t e c t i v el a y e r δ3δ3 图 3 下保护层开采走向卸压角 F i g . 3 P r e s s u r er e l i e f a n g l eo f mi n i n gt r e n d o f l o w e rp r o t e c t i v el a y e r （ 4 ） 未采区瓦斯含量预测。未采区包括没有进 3 万方数据 2 0 2 0年第 9期 能 源 与 环 保第 4 2卷 入生产规划或残余煤柱中未受到开采影响的部分， 该部分瓦斯含量的计算公式为 Q 4＝ M4q0＝ A 4h d c o s θ q 0 （ 1 3 ） 式中， Q 4为未采区瓦斯含量； M4为未采区煤炭储 量； q 0为原始瓦斯含量。 3 废弃煤矿瓦斯资源量预测结果 3 . 1 研究区面积的确定 研究区位于清水二矿区西北侧， 面积 0 . 4 5 k m 2。含煤岩系埋深较浅， 在 1 4 5～ 3 0 5m ， 煤层含气 量较低， 为 3 . 6 6～ 8 . 9 6m 3／ t ， 平均 4 . 3 1m3／ t 。该区 域煤层赋存较稳定， 煤层倾角小于 2 5 。为了便于 计算， 根据工作面布置情况、 采区分布、 地质构造结 合煤层分布特征， 将研究区划分成 1 2个块段， 块段 划分结果如图 4所示。由图 4可以看出， 研究区块 段二、 块段三、 块段四、 块段七、 块段八、 块段九、 块段 十 7个块段属于已开采块段， 瓦斯资源构成较多， 其 余块段中只含有未采区瓦斯资源。在这些已开采块 段中， 除块段三、 块段十外均为合层开采， 即仅块段 三、 块段十需计算邻近层吸附态瓦斯资源量。 工作面块段分界线 南二采区 03面 块段四 块段三 块段二 块段一 南二采区01面 南二采区11面 南二采区05面 南二采区07面 南二采区 块段五 南二采 区02面 块段六 －310－05面 南一采 区08面 南一采 区01面 块段七 南二采区04面 南二采区06面 块段九 －310－ 03面 块段八 南一采区02面 块段十二 南一采区 研究区 块段十一 东区7面 东区 11面 东一采 区6面 块段十 东一采 区8面 东一采区 东一采 区10面 东一采区15面 东一采区13面 图 4 研究区块段划分结果 F i g . 4 R e s u l t s o f b l o c kd i v i s i o ni nr e s e a r c ha r e a 3 . 2 瓦斯资源量预测结果 3 . 2 . 1 游离态瓦斯资源含量 采空区面积及采厚主要根据各工作面的生产数 据来确定， 根据研究区 D M- 1井的实测数据， 采空区 及上覆冒落带、 裂隙带内瓦斯体积分数为 9 1 ％， 采 空区内岩石碎胀系数为 1 . 2 5 。根据研究区煤岩的 力学参数及在部分地区进行的 P F C 3 D数值模拟结 果， 清水二井煤矿冒落带内垮落岩石三体的孔隙率 约为 2 6 . 7 ％， 裂隙带中岩层的孔隙率约为 1 6 . 7 ％。 冒落带高度近似为主采甲 2煤层采厚的 4倍， 裂隙 带最大高度可由不同工作面的生产情况及经验公式 来计算， 即 H 裂 ＝ 1 0 0 M总 3 . 3 n ＋ 3 . 8 ＋ 5 . 1（ 1 4 ） 式中， M总为累计采厚； n 为开采层数。 根据各工作面采空区面积、 煤厚等参数及所建 的数学模型， 可以计算得到不同位置游离态瓦斯资 源量， 具体见表 1 （ 由于篇幅限制， 仅给出已开采的 块段二、 块段三、 块段四 3个块段的游离态瓦斯资源 计算所需参数及计算结果） 。 3 . 2 . 2 吸附态瓦斯资源含量 （ 1 ） 采动影响的瓦斯资源量。根据清水二矿的 实际情况， 采动影响范围内煤柱充分排放带宽度取 5 0m ， 瓦斯残余量为原始瓦斯含量的 6 0 ％， 煤（ 岩） 视密度为 1 . 3t ／ m 3， 煤层倾角计算时取平均值 1 2 。 由于原始瓦斯含量来自地质勘探数据， 比实际情况 偏低， 计算时取瓦斯含量系数为 1 . 4进行修正。 4 万方数据 2 0 2 0年第 9期胡长勤， 等 废弃煤矿瓦斯资源量预测模型的构建与应用 第 4 2卷 表 1 不同位置游离态瓦斯资源计算所需参数 T a b . 1 P a r a me t e r s r e q u i r e df o rc a l c u l a t i o no f f r e eg a s r e s o u r c e s a t d i f f e r e n t l o c a t i o n s 块段工作面 采空区 面积／ m 2 采厚／ m资源量／ 1 0 4m3 冒落带 高度／ m 体积／ m 3 资源量／ 1 0 4m3 裂隙带 高度／ m体积／ m 3 资源量／ 1 0 4m3 块段二 南二 0 1面1 36 1 78 . 07 . 93 2 . 04 3 57 4 4 . 01 0 . 51 1 71 1 6 . 81 7 . 7 南二 1 1面1 52 8 11 1 . 27 . 14 4 . 86 8 45 8 8 . 89 . 51 6 21 8 0 . 31 8 . 3 块段三南二 0 3面1 0 06 6 71 0 . 07 3 . 34 0 . 040 2 66 8 0 . 09 7 . 81 6 212 3 6 . 61 8 7 . 9 块段四 南二 0 4面3 73 1 61 1 . 02 9 . 94 4 . 016 4 19 0 4 . 03 9 . 91 6 24 4 3 . 46 7 . 4 南二 0 5面6 08 5 71 1 . 04 8 . 74 4 . 026 7 77 0 8 . 06 5 . 11 6 27 2 3 . 21 0 9 . 9 南二 0 6面2 23 8 11 1 . 01 7 . 94 4 . 09 8 47 6 4 . 02 3 . 91 6 22 6 5 . 94 0 . 4 南二 0 7面2 00 2 01 0 . 01 4 . 64 0 . 08 0 08 0 0 . 01 9 . 41 6 22 4 5 . 93 7 . 3 （ 2 ） 采空区遗煤残余瓦斯资源量。根据清水矿 实际生产情况及研究区煤（ 岩） 的实验室测试数据， 研究区煤（ 岩） 的孔隙率为 0 . 0 6 5 ， 吸附常数 a为 5 . 0 8m 3／ t ， 吸附常数 b 为 0 . 2 0 8M P a－ 1， 瓦斯压力 P 为 0 . 1 0 3M P a ， 煤（ 岩） 视密度为 1 . 3t ／ m 3， 采空区遗 煤中未排放的残余瓦斯量为 0 . 1 0 7m 3／ t ， 不可解吸 瓦斯量为 0 . 5 0 7m 3／ t ， 遗煤中的剩余瓦斯总含量 q 2 为 0 . 6 1 4m 3／ t 。 根据各工作面采动影响残余煤柱面积、 原始瓦 斯含量、 采空区面积、 遗煤高度等参数结合所建立的 数学模型， 可分别计算采动影响的吸附态瓦斯资源 量和遗煤中的吸附态瓦斯资源量， 具体见表 2 （ 篇幅 限制， 以块段二、 块段三、 块段四 3个块段的计算所 需参数及计算结果为例） 。 表 2 采动影响区及遗煤中吸附态瓦斯计算结果 T a b . 2 C a l c u l a t i o nr e s u l t s o f g a s a d s o r p t i o ni na f f e c t e da r e aa n dr e s i d u a l c o a l 块段工作面 煤柱面积／ m 2 瓦斯含量／ （ m 3 t － 1） 煤柱宽度／ m Q 1／ 1 0 4m3 工作面块段 采空区 面积／ m 2 遗煤 高度／ m Q 2／ 1 0 4m3 工作面块段 块段二 南二 0 1面 南二 1 1面 1 31 4 4 . 2 1 75 0 6 . 8 3 . 0 0 2 . 7 5 3 4 . 3 3 4 . 3 1 5 1 . 0 1 8 4 . 4 3 3 5 . 4 1 36 1 7 98 1 2 2 6 . 3 0 9 . 3 5 2 8 . 6 1 8 . 0 4 6 . 6 块段三南二 0 3面1 0 43 0 0 . 54 . 0 01 1 . 05 1 2 . 35 1 2 . 31 0 06 6 70 . 6 04 . 84 . 8 块段四 南二 0 4面 南二 0 5面 南二 0 6面 南二 0 7面 2 79 4 8 . 5 4 57 3 1 . 4 2 18 3 1 . 4 2 83 0 0 . 2 2 . 5 0 4 . 0 0 3 . 0 0 4 . 0 0 2 5 . 0 2 6 . 0 1 5 . 5 3 5 . 0 1 9 5 . 0 5 3 0 . 9 1 1 3 . 3 4 4 2 . 3 12 8 1 . 5 3 73 1 6 6 08 5 7 2 23 8 1 2 00 2 0 1 3 . 8 0 1 4 . 8 0 4 . 3 0 2 3 . 8 0 4 1 . 1 7 1 . 8 7 . 7 3 8 . 0 1 5 8 . 6 （ 3 ） 邻近层瓦斯资源量。根据清水二矿块段 三、 块段十甲 2煤层的实际开采情况， 此次计算倾向 卸压角 1取 7 7 ， 卸压角 2取 8 3 ， 走向卸压角取 5 8 。扰动范围内邻近层瓦斯排放百分比取 9 0 ％， 块段三和块段十邻近煤层吸附态瓦斯资源量计算结 果见表 3 。 表 3 邻近层吸附态瓦斯资源量计算结果 T a b . 3 C a l c u l a t i o nr e s u l t s o f a d s o r b e dg a s r e s o u r c e s i na d j a c e n t l a y e r s 块段 卸压区 面积／ m 2 M3／ t q 3／ （ m 3 t － 1） Q 3／ 1 0 4m3 块段三1 5 57 7 511 2 67 0 40 . 8 19 1 . 3 块段十2 8 77 7 215 9 45 6 90 . 7 21 1 4 . 8 （ 4 ） 未采区瓦斯资源量。根据生产图件及邻近 钻孔的测试数据， 得到各块段未采区的平均瓦斯含 量、 煤厚、 煤层倾角等参数， 并计算了未采区吸附态 瓦斯资源量。各块段不同赋存状态的瓦斯资源及其 总量见表 4 。根据表 4中各块段的计算结果， 清水 二矿研究区的瓦斯资源总量约为 2 7 6 1 0 6m3。绘 制各数学模型计算得到瓦斯资源量占比， 如图 5所 示。由图 5可以看出， 废弃矿井清水二矿研究区的 瓦斯资源主要来自于未采区的吸附态瓦斯， 占比为 7 6 . 9 8 ％， 邻近层卸压区域的吸附态瓦斯含量最少， 不足 1 ％； 游离态瓦斯总量占比为 7 . 3 6 ％， 其中游离 态瓦斯资源量占比 裂隙带 ＞ 冒落带 ＞ 采空区。 5 万方数据 2 0 2 0年第 9期 能 源 与 环 保第 4 2卷 表 4 各块段不同赋存状态的瓦斯资源及其总量计算结果 T a b . 4 C a l c u l a t i o nr e s u l t s o f g a s r e s o u r c e s i nd i f f e r e n t o c c u r r e n c es t a t e s a n dt h e i rt o t a l a mo u n t i nd i f f e r e n t s e c t i o n s 块段 q 0／ （ m 3 t － 1） 煤厚／ m 甲 1甲 2 倾角／ （ ） 甲 1甲 2 未采面积／ m 2 Q 4／ 1 0 4m3 各块段瓦斯资源量／ 1 0 4m3 游离态吸附态总量 块段一2 . 7 51 0 . 0 02 0 . 0 01 41 31 2 52 8 219 3 3 . 019 3 319 3 3 块段二3 . 5 08 . 0 01 6 . 0 01 21 19 17 2 314 3 0 . 07 118 1 218 8 3 块段三3 . 5 09 . 0 02 0 . 0 01 11 49 22 4 217 4 9 . 03 5 923 6 627 2 5 块段四4 . 3 08 . 0 01 8 . 0 01 21 42 2 27 3 946 5 9 . 05 1 460 9 966 1 3 块段五4 . 5 08 . 0 01 8 . 0 01 31 22 4 23 3 152 8 1 . 052 8 152 8 1 块段六2 . 5 06 . 0 06 . 4 02 42 72 0 55 9 612 8 6 . 012 8 612 8 6 块段七2 . 5 08 . 0 01 4 . 0 01 01 47 22 4 17 4 1 . 31 1 38 9 110 0 4 块段八2 . 7 07 . 0 09 . 7 61 21 62 82 8 92 4 0 . 62 1 35 7 07 8 3 块段九2 . 7 05 . 1 06 . 8 01 92 08 04 4 14 9 9 . 32 4 08 8 211 2 2 块段十2 . 6 05 . 4 21 2 . 0 01 21 31 1 38 9 39 6 2 . 05 1 920 3 025 4 9 块段十一2 . 3 03 . 3 01 . 6 01 21 41 7 62 6 53 7 1 . 03 7 13 7 1 块段十二2 . 7 53 . 6 06 . 0 01 51 34 2 31 0 820 9 3 . 020 9 320 9 3 未采区吸附态瓦斯 76.97％ 采空区游离态瓦斯1.60％ 冒落带游离态瓦斯2.13％ 裂隙带游离态瓦斯3.63％ 采动影响吸附 态瓦斯13.44％ 遗煤中吸附态瓦斯1.48％ 邻近层吸附态瓦斯0.75％ 图 5 清水二矿各部分瓦斯资源量占比 F i g . 5 P r o p o r t i o no f g a s r e s o u r c e s i n Q i n g s h u i N o . 2Mi n e 4 结论 （ 1 ） 废弃煤矿的残存瓦斯资源量是评价其抽采 利用可行性的重要参数， 由于废弃煤矿不同位置的 煤炭剩余量、 孔隙率、 受采动影响程度不同， 其内部 瓦斯的赋存形式、 瓦斯含量等都存在较大差异， 用常 规方法对废弃煤矿瓦斯资源量进行计算时的准确性 难以保证。 （ 2 ） 基于废弃煤矿中不同位置瓦斯的赋存状态 差异， 将其划分为采空区、 冒落带、 裂隙带裂隙空间 中的游离态瓦斯和采动影响区、 遗煤、 邻近层、 未采 区的吸附态瓦斯 7种类型， 分别建立瓦斯资源量计 算数学模型， 并形成一套整体的废弃煤矿瓦斯资源 量计算方法。 （ 3 ） 根据工