刘河煤矿地温预测及分析.pdf

中国科技信息 2 0 1 4年第 O 1 期 C HI N A S C I E N C E A N D T E C H N OL OG Y I N F O R MA T t O N J a n ． 2 o 1 4 韩 良政 刘河煤矿地温预测及分析 Geo t h er ma I Pr ed i ct i on a nd An al ys i s of Li u he Coa I Mi n e 韩良政1 _ 1河 南理 工大学能源科 学与工程 学院，河 南 焦作 4 5 4 0 0 3 2河 南神 火集团郑州神 火区域 管理公 司，河 南 郑州 4 5 0 0 0 0 1 概述 资源及环境 摘要 随着我 国煤矿 开采深度 的增加 ，地热现 已成 为制 约煤矿 企业发展 的 第六 大灾 害。为保障刘河煤矿今后深部开采能够安全可靠的进行，必须准确掌握刘河 煤矿 的地 温情况 ，本文主要 通过 现场 简易测温 ，对该矿 的地 温进行预 测 ，并 通过数据 分析 ，为今后解 决地热 问题提 供 了 技 术支撑 。 关键词 地热；深部开采；恒温带；变温带；地温梯度 Abs t r a c t Wi t h t h e i n c r e a s e o f c o a l mi n i n g d e p t h i n C h i n a ， g e o t h e r ma l h a s n O W b e c o me t h e s i x t h l a r g e s t d i s a s t e r wh i c h r e s t r i c t s t h e d e v e l o p me n t o f t h e c o a l mi n i n g e n t e r p r i s e s ． I n o r d e r t o e n s u r e i t c a I 1 b e s a f e a n d r e l i a b l e o f L i u c o a l mi n e d e e p mi n i n g i n t h e f u t u r e ， we mu s t ma s t e r i t s g e o t h e r ma l c o n d i t i o n s a c c u r a t e l y , S O t h i s p a p e r ma i n l y p r e d i c t s t h e mi n e s g r o u n d t e mp e r a t u r e t h r o u g h t h e s i mp l e me a s u r i n g t e mp e r a t u r e ， t h e n a n aly s i s t h e d a t a ， a n d p r o v i d e s t e c hn i c a l s u p p o r t t o s o l v e t he g e o th e r m a l p r o b l e m i n t h e f u t u r e ． K ey wo r d s g e o t h e r ma l ；d e e p mi ni n g ；z o n e o f c o n s t a n t t e mp e r a t u r e ；z o n e o f v a r i a b l e t e mp e r a t u r e ； g e o t h e r ma l g r a d i e n t 中图分类号T D 7 2 7 文献标志码A 河南神火集团有限公司 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ i ． i s s n ． 1 0 0 1 - 8 9 7 2 ． 2 0 1 4 ． 1 4 ． 0 0 2 随着我国煤矿浅部煤炭资源的 日益减少 ，煤矿开采深 度在逐渐增加 ，深部开采 已成为一种趋势 ，地温问题也 由 此逐渐加大，成为矿井向深部发展不可避免的 ，使得矿井 地热成为我们煤矿灾害防治的第六大难题 。 针对 目前我 国部分矿井深部开采中地热这一难题 ，许 多学者做 了大量研究。张连强_ 3 】 从永城隐伏背斜两翼发育 的次级宽缓褶 曲及其高角度断层 ，控制着本区含煤地层的 分布为切入点，得 出该矿区的地温亦受各种地质因素的作 用与控制 ，表现为同一水平地层越老温度越高 ，背斜轴部 地温和增温率均高于向斜轴部；张金海[4 等介绍 了田陈气 温现状 ，对矿井地温进行 了测定 ，掌握了围岩的原始温度 一 2 7 一 和热源分布规律 ，结合北五采区的生产状况 ，提 出了改善 热环境的降温措施；石 中勇r5 ] 采用 简易测温及近似稳态测 温曲线 ，初步划分了该区地层变温带、恒温带、内热带的 界线，进行了地温梯度的计算 ，并进一步研究了本区地温 梯度以及同一水平面地温的变化规律；汤昆【4 等通过对煤 矿构造应力、地温变化与瓦斯异常的关系分析 ，得出构造 应力是促进煤炭物理和化学变化的主要压力因素，造成地 温局部升高，改变煤的结构。 刘河煤矿以往未进行过测温工作 ，本次测温工作在该 矿井内布置简易测温6 孔 ，近似稳态测温1 孔 ，测温钻孔分 布均匀 ，同时深入地对其分析研究 ，基本查 明了井 田范围 内的地温状况及变化规律 ，对划分地温类型、矿井设计 、 建设开采 、矿井通风降温及其热害防治等将起到重要作 资源及 环境 用 。 2 现场测温 中国科技信息 2 0 1 4年晕 0 1 期 C H I N A S C I E N C E A N D T E C H N OL OG Y i NF OR MA T I ON J a n ． 2 o 1 4 表1现场测温结果表 孔 3 8 8 3 8 9 3 8 一 “ 3 9 3 3 9 - 4 4 l 一 5 4 2 1 0 测温炎 简 动 简幼 简 简易 觞易 近似 稳 念 兢 动 Ⅲ Ⅲ 2 煤 底扳 潞 度 2 8 。 0 2 4 ． 6 2 1 ． 0 2 3 ． 9 2 4 ． 9 2 4 ． 7 3 5 ． I 均梯度 ℃／ - 米 2 ． 4 2 2 O 3 1 ． 7 O 2 ． O 8 2 ． 2 9 】 ． 7 8 1 ． 9 1 2 ． 1 工程概况 刘河煤矿属原永夏煤田刘河井 ，永夏煤田位于黄淮 冲积平原的东南部 ，全区地势西北 高，东南低 ，地面标高 一 般为 2 8～ 4 O m；地层走 向4 0 线以南为NNE，向北逐 渐变为N NW向 ，倾向S E 至NE，倾角5 。 ～3 2 。 ，区内构 造以NN E 向断裂为主，发育有宽缓褶皱 ，构造复杂程度中 等。本矿开采二2 煤层 ，采 用立井开拓 ，设计 生产能力3 0 万吨／年 ，2 0 1 1 年实际生产能力3 8 ． 7 万吨 。采煤方法为走 向长壁后退式采煤法 ，采煤工艺为打眼放炮落煤 ，一次采 全高，采用 单体液压支柱 n型钢梁对棚支护管理顶板；掘 进工作面采用打眼爆破方法掘进 ，采用机械抽出式通风； 集中分级排水 。 2 ． 2 原始资料分析 1 恒温带确定 依据永城矿 区车集井 田之恒温带深度为2 3 米 ，温度为 1 5． 5 ℃ 。 2 孔底温度校正 邻区及本区近似稳态资料表 明，非稳态测温钻孔孔底 温度有随钻孔稳定时间延长而趋于稳定的规律 ，孔底温度 T随时问 t 的变化可用公式T L n t 来表示。 2 _ 3 地温测试 现场测温结果见表1 所示 。 根据 简易测温两次测得的孔底温度 T及相应的钻 孔稳定时问 t ，求出所对应的 、 ，在一般情况 ’ ， 孔底经7 2 fl , 时的稳定后 ，原始岩温即可恢复 ，故令稳定时 间 t 等于7 2 fl 时 ，代入公式即可 ，求 出孔底原始温度 T，对于近似稳态测温的钻孔 ，由于稳定时 间已超过 7 2 ／ J 时 ，所以不须校正。 利用孔底及恒温带 的温度和深度 ，按式 1 计算钻 孔平均地温梯度。 GCP一 AT ,． 1 0 0 ％ 1 △Ⅳ 式中Gc P -- 4 L 平均地温梯度单位℃／ 1 0 0 m； △T 一孔底与恒温带之温度差，单位℃； △H 一孔底与恒温带之深度差 ，单位m。 二2 煤层底板温度用式 2 进行计算。 T GC P △H 1 5 ． 5 2 式中△H1 一煤层底板深度与恒温带深度之差； - 28 1 5 ． 5 一恒温带温度，单位℃。 2 ． 4 结果分析 通过上述工作 ，基本 证灾 r该区为地温 正常 区 ，地 温梯度1 ． 7 0～2 ． 4 2 C／1 0 0 米 ， 均为2 ． 0 3 ℃／】 0 0 米 。根据 4 卜5 、4 2 一 l o L N温资料证实 ，区『人 J 二2 煤层一级高温的深 度在6 5 0 米以深 。 3结语 1 通过利用简易测温扎的布 对刘河煤矿地温进行 测试 ，对地 层变温带 、恒温带 、内热带的划分进行 了研 究，避免 了千篇一律利用经验数据进行三带划分和地温梯 度的计算 ，使得地温资料更客观 、真实、n 靠。 2通过对本矿 地温分带及变化 律 的研究 ，叮能 对邻近矿井 新庄煤矿 、葛店煤矿等地温变化规律的认 识有所借鉴。 3 通过对刘河煤矿地温的测试上作 ，为令后该矿深 邹开采 的矿井 降温 问题提供 了叮靠的理论分析和数据 支 撑 ，从而能够为煤矿j 二 人提供一 个舒适的工作环境 。 参考文献 [ 1 】 袁东升，王德银，全洪昌等． 矿山热灾害防； e l M ] ．徐州中 国矿 业 大 学 出版社 ，2 o 0 8 1～2 ． [ 2 】 张帅，田道春 ，刘文中．涡北煤矿地温分布规律及其影响 因素分析 安徽理工大学学报 自然科 学版 ，2 0 1 2 ，5 2 1 55～ 58 ． [ j ] 张连 强．顺和 西煤矿 区地温特征及其影响因素分析[ J ] _中 国 煤 炭地质 ，2 0 1 2 ，2 4 7 2 9 ～j 5 ． [ 4 】 张金海，李 方，李民革． 矿井深部地温调查与防治[ J ] _ 山东 煤炭科技 ，2 O O 8 5 1 4 3 ～1 4 4 ． [ 5 】 石中勇．陶二煤矿扩大区地温分带及变化规律研 J 】 ．中国 煤炭地 质 ，2 0 1 0 ，2 2 增 6 3 ～6 6 ． [ 6 ] 汤昆，孔 令国．煤矿构造应 力、地温 变化与 瓦斯 异常的关 系 『 J ] ．云南地质 ，2 0 0 7 ，2 6 3 2 2～5 2 7 ．