山西金業(yè)煤焦化集團(tuán)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、1 緒論長(zhǎng)期以來(lái)，瓦斯災(zāi)害始終是危害煤礦安全的大敵，目前已成為制約煤礦安 全生產(chǎn)的主要矛盾。它污染環(huán)境，加劇“大氣溫室效應(yīng)” ，形成瓦斯突出、瓦斯 爆炸等危害事故。因?yàn)橥咚故鹿示哂袠O強(qiáng)的破壞和巨大的危害性，給國(guó)家和人 民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大的損失。所以說(shuō)瓦斯事故是危害煤礦安全生產(chǎn)和礦工生命 的第一殺手，煤礦瓦斯問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的最大障礙，是隨時(shí)會(huì)引爆的主要 危險(xiǎn)源，防治瓦斯是煤礦一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，是同自然災(zāi)害作斗爭(zhēng)的科學(xué)實(shí) 踐，瓦斯事故是有規(guī)律可循的。由此看來(lái)，礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)顯得尤其重要。我國(guó)在瓦斯含量和瓦斯涌 出量預(yù)測(cè)方面 ,經(jīng)過(guò)近 40年,特別是近 10幾年的努力 ,已較完善地建立了地

2、勘瓦 斯含量測(cè)定方法及裝置、解吸法測(cè)定瓦斯含量的方法及裝置、瓦斯涌出量分源 預(yù)測(cè)法、計(jì)算機(jī)繪制瓦斯地質(zhì)圖件的技術(shù)及軟件 , 并制定了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范 ,預(yù) 測(cè)精度到了 80%以上, 為礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)和瓦斯管理提供了必要的技術(shù)依據(jù)。礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)通常采用的分源預(yù)測(cè)法，以煤層瓦斯含量、煤層開(kāi)采 技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)各基本瓦斯涌出源的瓦斯涌出規(guī)律、計(jì)算回采工作面、掘進(jìn) 工作面、采區(qū)以及礦井瓦斯涌出量進(jìn)行了研究，從而，使煤礦瓦斯突出所帶來(lái) 的災(zāi)害損失減少到最小。為瓦斯的抽放提供理論上的充分準(zhǔn)備，為煤礦安全管 理、瓦斯綜合治理提供依據(jù)。使抽出來(lái)的瓦斯為人類造福，給煤礦的正常生產(chǎn) 帶來(lái)安全可靠的外部環(huán)境，使安

3、全工作更具有目的性，同時(shí)使煤礦有了切實(shí)可 行的預(yù)算，避免了盲目投資造成的經(jīng)濟(jì)損失。2礦井概況2.1地理位置交通位置山西金業(yè)煤焦化集團(tuán)有限公司古交原相煤礦位于古交市區(qū)西約14km,古交至太原有太（原）-古（交）-嵐（縣）鐵路和公路相連,鐵路里程54km，公路里 程49km此外，古交沿原平河至清徐、交城均有公路相同。井田交通可謂方便（表 2-1）（圖 2 1）。表2 1太原至全國(guó)主要城市里程表地名里程（km）地名里程（km）地名里程（km）北京514石家莊231連云港1065天津651秦皇島912鄭州320上海1497青島922呼和浩特410圖2 1原相煤礦交通位置圖原相井田位于古交市原相鄉(xiāng)原相村

4、以東，行政區(qū)劃分屬古交市原相鄉(xiāng)管轄。屬西山煤田邢家社普查勘探區(qū)的一部分。井田地理坐標(biāo)：北緯 37 45 26 -37 48 36 ，東經(jīng)112 03 54 -112 07 39。井田東西長(zhǎng)約 4.8km，南北寬約4km，面積16.70平方km。該井田范圍由以下坐標(biāo)點(diǎn)連線確定：表2 1 開(kāi)米范圍坐標(biāo)點(diǎn)點(diǎn)號(hào)XY備注1418731037597475井田周圍除北界以原相2418265037599330北斷層為天然界外，其3418118037594820余均為人為邊界。4418363037593800地形地勢(shì)本區(qū)位于呂梁山脈中段東翼，地勢(shì)南高北低，最高點(diǎn)在井田南部麻沿嶺， 標(biāo)高1596.8m,最低點(diǎn)在井

5、田北部原平川河谷，標(biāo)高1235m最大相對(duì)高差361.8m。井田內(nèi)溝谷縱橫，切割劇烈，地形復(fù)雜，山頂黃土廣布，溝谷兩側(cè)基 巖裸露，屬剝蝕中山地貌，間有山間寬谷地貌。河流本區(qū)屬黃河流域汾河水系，原平南川為井田內(nèi)僅有的河流，在井田西北部 流過(guò)，干旱時(shí)斷流，雨季流量增大，一般流量為30L/s左右。氣象及地震礦區(qū)內(nèi)平原河沖積層含水量較為豐富，該淺層水可作為礦井生活水水源， 生產(chǎn)用水利用井下派水處理后復(fù)用。2.2井田地質(zhì)構(gòu)造原相井田位于太原西山煤田馬蘭向斜西翼，井田內(nèi)主要褶曲構(gòu)造為馬蘭向斜和深且溝背斜，受其控制，地層總體走向NN NWW與褶軸基本平行，傾角平。緩，一般小于10 ，斷裂構(gòu)造在井田北部較發(fā)育，

6、均為高角度正斷層，北東向 搌布，井田北部以原相北斷層（F1 65）為邊界，與馬蘭井田分開(kāi)，斷層落差較 大150米。茲將井田內(nèi)主要褶曲、斷層、巖漿及陷落柱分述如下：1）褶曲（1）馬蘭向斜：馬蘭向斜為太原西山煤田的一級(jí)褶曲構(gòu)造，呈S型展布,在井田東北角穿過(guò)，走向 NN NWW，井田位于馬蘭向斜南段的向斜軸部及西 翼，受其控制，井田內(nèi)地層走向 NNW NW，傾角5左右。(2)深且溝背斜：位于井田西南部，軸向NNWV基本與馬蘭向斜軸平行展布， 為馬蘭向斜的次級(jí)褶曲構(gòu)造，本背斜在地表不明顯，在煤層底版等高線圖中表 現(xiàn)教明顯，兩翼平緩，傾角6 - 10 ,向南東傾伏。受其控制在井田西部地層 走向及傾向變化

7、較大。2) 斷層(1) 原相北正斷層(F165):位于原相村北，走向北東，傾向北西，傾角70-80，落差50 150m 延伸約6000m 為井田北界。(2) 原相南正斷層( F168)：位于原相村，走向北東，傾向南東，傾角 60 - 75 ，在井田內(nèi)地表出露較 差， 5 號(hào)鉆孔在施工過(guò)程中鉆穿該斷層， 山西組及太原組均受到破壞， 煤層缺失， 終孔層位為奧陶系石灰?guī)r，通過(guò)分析鉆探及測(cè)井資料認(rèn)為該斷層落差 1080m， 井田內(nèi)延伸約 3500m。原相北斷層與原相南斷層組合成地壘構(gòu)造， 使井田北部邊界附近地層抬升， 此外在F165與F168附近有FM13 FM14 FM15等小型正斷層，落差 4 8

8、m 走 向基本平行于F165及F168,屬F165或F168次級(jí)斷裂構(gòu)造，此處不再詳述。3) 陷落柱 本井田在勘探過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)陷落柱，據(jù)馬蘭礦井地質(zhì)資料分析，在馬蘭井 田西北部陷落柱較發(fā)育，這一地帶煤層埋藏較淺，再往東及東南陷落柱不發(fā)育， 本井田位于馬蘭井田西南外圍，煤層埋藏深度大，故推測(cè)本井田陷落柱不發(fā)育。綜合分析全井田地質(zhì)構(gòu)造特征，井田地質(zhì)構(gòu)造屬簡(jiǎn)單即一類。2.3 煤層賦存 井田內(nèi)主要含煤層為二疊系下統(tǒng)山西組和石炭系上統(tǒng)太原組。共含煤層 14 層，自上而下編號(hào)依次為 01 、 02、03、1 、2、3 上、 4、 6、 7、 8、 9、 10、11 號(hào)。含煤地層總厚148.82m,煤層總厚

9、度13.21m,含煤系數(shù)8.9%?？刹擅簩佑?02、2、4、6、8、9號(hào)6層，煤層總厚度11.24m,可采含煤系數(shù)7.6%。山西組 附存014號(hào)8層煤，煤層總厚度5.76m,地層厚61.05m,含煤系數(shù)9.4%。可 采煤層有02、2、4號(hào)3層，煤層總厚4.24m,、可采含煤系數(shù)6.9%。太原組賦 存有611號(hào)6層煤，煤層總厚7.84m,地層厚87.77m,含煤系數(shù)8.9%?？刹?煤層有& & 9號(hào)3層，煤層總厚7.00m,可采含煤系數(shù)8.0%。02、 2 煤層為礦井前期主采煤層，其附存情況詳細(xì)敘述如下：02號(hào)煤層：位于山西組上部，K4砂巖之下23.57m,在井田內(nèi)除P18號(hào)孔0

10、.50m 外，其余均可采。煤層厚0.50 2.60m，平均1.64m,屬薄一中厚煤層，不含或 含 12層夾石，頂板多為泥巖及砂質(zhì)泥巖，底版多為泥巖及粉沙巖。02 號(hào)煤層與下伏的 03號(hào)煤層在井田西北部大面積合并為一層，統(tǒng)稱 02號(hào) 煤層，一般含一層層位較穩(wěn)定的夾石，夾石多為泥巖或砂質(zhì)泥巖，上分層即 02 號(hào)煤層，下分層即 03號(hào)煤層。在井田的西北部為合并區(qū)，煤層厚度最大，向東 南逐漸分叉變薄。煤層厚度也從1號(hào)孔的2.60m，向東南角的P18號(hào)孔逐漸變薄 為0.50m,變化規(guī)律比較明顯。本煤層在井田內(nèi)屬大部可采較穩(wěn)定煤層，見(jiàn)圖 2-2 。2號(hào)煤層：位于山西組中部，上距 02號(hào)煤層5.31 11.

11、58m,平均7.30m。 煤層厚度1.40 2.11m，屬中厚煤層，一般不含夾石。厚煤帶在井田的東北部的 2、& 11號(hào)孔附近，向東北、西南、南部逐漸變薄，但到西南角的7、P17號(hào)孔又有變厚的趨勢(shì)。頂板多為粉沙巖及砂質(zhì)泥巖，底版多為砂質(zhì)泥巖及粉沙巖。 本煤層屬全井田可采的穩(wěn)定煤層，見(jiàn)圖 22。根據(jù)井田地質(zhì)報(bào)告， 02 號(hào)煤、 2 號(hào)煤煤塵均具有爆炸危險(xiǎn)性，屬于自然煤 層，自然發(fā)火期 36個(gè)月。圖2 2原相煤礦地層綜合柱狀圖2.4 礦井開(kāi)拓方式2.4.1 工業(yè)場(chǎng)地位置的選擇 工業(yè)場(chǎng)地位置的選擇決定著井筒的位置，由地面，井下一系列因素綜合考 慮確定，原相煤礦井田內(nèi)地形復(fù)雜溝谷縱橫，切割劇烈

12、，山頂黃土廣泛，溝谷 兩側(cè)基巖裸露，工業(yè)場(chǎng)地的選擇比較困難，經(jīng)地面地形實(shí)地勘察，并結(jié)合井田 內(nèi)煤層賦存特點(diǎn)，設(shè)計(jì)將礦井工業(yè)場(chǎng)地的選擇在平河川原相鄉(xiāng)北東側(cè) 1km 的河 灘地帶。場(chǎng)地往北距公司集化廠約 8km。2.4.2 礦井開(kāi)拓方案 古交原相煤礦層埋藏深，瓦斯含量大，井田構(gòu)造為一平緩的單斜構(gòu)造。結(jié) 合地面地形條件，設(shè)計(jì)對(duì)井田開(kāi)拓提出斜井開(kāi)拓方案，現(xiàn)敘述如下：以一對(duì)斜井，+ 730m單水平開(kāi)發(fā)全井田上組煤，工業(yè)場(chǎng)地選擇在平河川原 相北東1km的河灘地帶。主斜井井筒斜角傾角22,斜長(zhǎng)1356m裝備1m寬大傾 角強(qiáng)力膠帶輸送機(jī)和架空乘人器，擔(dān)負(fù)礦井主提升和人員升降；副斜井井筒傾 角22。，斜1355

13、m裝備1.5t礦車雙鉤串車作為輔助提升，在主斜井以南71m處布置專用回風(fēng)立井。上組煤采用聯(lián)合布置，沿 2 號(hào)煤層分別布置軌道運(yùn)輸大 巷，膠帶運(yùn)輸大巷和回風(fēng)大巷，采用“大扒皮”式開(kāi)采，全井田上組煤共劃分 為四個(gè)采區(qū)，首采區(qū)選擇在一采區(qū)。礦井下組煤距第一開(kāi)采水平垂深 80m下組 煤開(kāi)拓主、副運(yùn)輸采用暗斜井延伸方式，回風(fēng)立井延伸，下組煤8、9 號(hào)層間距5m左右，采用聯(lián)合布置，下組煤中的 6號(hào)煤層為大部可采煤層，位置處于上、 下組煤中間， 因此， 6號(hào)煤開(kāi)拓巷道單設(shè)置， 與第一水平間仍采用下組煤開(kāi)拓暗 斜井聯(lián)系。全井田下組煤同樣劃分為四個(gè)采區(qū)。2.4.3 水平劃分及大巷布置井田內(nèi)煤層平緩， 傾角 35

14、。，上組煤 02、 2和4號(hào)煤曾，為近距離煤層群， 設(shè)計(jì)考慮聯(lián)合開(kāi)采。根據(jù)本井田煤層賦存條件和開(kāi)采條件，設(shè)計(jì)確定上組煤采 用一個(gè)水平聯(lián)合開(kāi)采，水平標(biāo)高為+ 730m下組煤距上組煤約80m考慮以暗斜 井延伸開(kāi)拓新水平，下水平標(biāo)高 650m。上組煤+ 730m水平共布置東西兩翼兩組大巷，分別為膠帶軌道運(yùn)輸大巷、 軌道運(yùn)輸大巷和回風(fēng)大巷，三條大巷，相互平行，膠帶軌道運(yùn)輸大巷，回風(fēng)大 巷均沿 2號(hào)煤層布置。2.4.4 采區(qū)劃分及開(kāi)采順序 全井田上組煤共劃分為四個(gè)采區(qū)，首采區(qū)布置在井底車場(chǎng)附近的一采區(qū)。該采區(qū)煤層賦存穩(wěn)定， 開(kāi)采條件優(yōu)越， 采區(qū)上組煤設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為 23116kt，18a。 采區(qū)開(kāi)采順序

15、為：一采區(qū) 二采區(qū) 三采區(qū) 四采區(qū)。達(dá)產(chǎn)時(shí)礦井一個(gè)采區(qū)生產(chǎn)，采區(qū)內(nèi)布置一個(gè)綜采工作面。工作面設(shè)計(jì)生產(chǎn) 能力 900kt/a ，面長(zhǎng) 200 米，一次性采全高，全部陷落法管理頂板；全礦配備 2 個(gè)掘進(jìn)工作面，其中， 1個(gè)用于接替工作面順槽掘進(jìn)，設(shè)計(jì)月掘進(jìn)速度 600 米； 另外 1個(gè)為大巷掘進(jìn)工作面，四條大巷交替掘進(jìn)，月掘進(jìn)速度 75 米。工作面順 槽采用“二進(jìn)二回”布置方式，即在回采工作面進(jìn)風(fēng)側(cè)各布置兩條順槽。2.5 礦井通風(fēng)與瓦斯涌出現(xiàn)狀目前，原相煤礦尚處于基建階段， 井下只有 1 個(gè)煤巷掘進(jìn)工作面、 2 個(gè)巖巷 掘進(jìn)工作面和 1 個(gè)半煤巖巷掘進(jìn)工作面。礦井采用抽出式通風(fēng)方式，局扇作主 扇，

16、現(xiàn)總風(fēng)量1566.6m3/min左右，軌道巷總回風(fēng)瓦斯?jié)舛葹?0.230.53% ,33瓦斯涌出量 3.68.15 m /min ，平均 5.48 m /min 。原相煤礦采區(qū)劃分圖110000四北Pl采*副斜井區(qū)21 :7后期進(jìn)風(fēng)立井采70區(qū)一'-東膠帶大巷斜井:號(hào)煤層底板等高線匚瓦斯含量實(shí)測(cè)值0：號(hào)煤層底板等高線瓦斯含量等I線立井河南理工大學(xué)畢業(yè)生論文保安煤柱線806“80 064066 0異16 40鉆孔02疇厚圖2 3原相煤礦采區(qū)劃分圖3 2 # 煤層瓦斯含量分布規(guī)律研究3.1 影響煤層瓦斯含量的主要因素在成煤過(guò)程中每形成1t煤所生成的瓦斯量理論上約為 100400 m3,但國(guó)

17、 內(nèi)外大量實(shí)測(cè)資料表明，現(xiàn)今的煤層原始瓦斯含量一般最大不超過(guò) 3040 m/t, 這就說(shuō)明成煤過(guò)程中生成的瓦斯絕大部分已逸散到地表, 或在地質(zhì)條件適合時(shí), 如煤盆地地層中有大面積隔氣層和儲(chǔ)氣構(gòu)造， 煤層中的瓦斯運(yùn)移到儲(chǔ)氣構(gòu)造中， 形成煤成氣藏。由此看來(lái)，煤層瓦斯含量除與生成瓦斯量有關(guān)外，主要取決于 煤生成后瓦斯運(yùn)移條件和煤保存瓦斯的能力（吸附性、孔隙率等） ?，F(xiàn)將影響煤 層瓦斯含量的主要因素分析如下： 煤田地質(zhì)史從植物的堆積一直到煤炭的形成 ,經(jīng)歷了長(zhǎng)期復(fù)雜的地質(zhì)變化 , 這些變化對(duì) 煤中瓦斯的生成和排放都起著一定的作用。煤層中瓦斯生成量、煤田范圍內(nèi)瓦 斯含量的分布以及煤層瓦斯向地表的運(yùn)移，

18、歸根到底都有取決于煤田的地質(zhì)史。 成煤后地殼的上升將使剝蝕作用加強(qiáng)， 從而給煤層瓦斯向地表運(yùn)移提供了條件； 當(dāng)成煤后地表下沉?xí)r，煤田為新的覆蓋物覆蓋，從而減緩了煤層瓦斯的逸散。 地質(zhì)構(gòu)造 斷層對(duì)煤層瓦斯含量可以有性質(zhì)上截然不同的兩種影響，開(kāi)放性斷層是煤層瓦斯排放的通道，在這類斷層附近 ,煤層瓦斯含量減小 ; 封閉性斷層本身透氣 性差，而且割斷了煤層與地表的聯(lián)系，往往使封閉區(qū)段的煤層瓦斯含量增大。 煤層的賦存條件煤層有無(wú)露頭對(duì)煤層瓦斯含量有一定影 。煤層呈覆舟狀，地表無(wú)露頭，煤 層瓦斯不僅含量大而且有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)。煤層有露頭時(shí)，瓦斯易于排放； 無(wú)露頭時(shí)，煤層瓦斯易于保存。煤層埋藏深度是決定煤

19、層瓦斯含量大小的重要因素。對(duì)同一煤田或煤層， 在瓦斯風(fēng)化帶以下，煤層瓦斯壓力隨深度加大線性增大，故煤層瓦斯含量隨深 度增大而增大，它反映了煤層瓦斯由深部向地表運(yùn)移的總規(guī)律，該規(guī)律已為大 量生產(chǎn)和科研實(shí)踐所證實(shí)。由于煤層的透氣性一般比圍巖大得多，而傾角越小瓦斯運(yùn)移的途徑越長(zhǎng)， 因此在其它條件大致相同的情況下，在同一開(kāi)采深度上，煤層傾角越小，煤層 所含瓦斯越多。 煤層圍巖性質(zhì)圍巖致密完整、不透氣時(shí)，煤層瓦斯易于保存；反之，煤層瓦斯易于逸散。 對(duì)湖南各煤田煤層圍巖性質(zhì)的大量調(diào)查表明，當(dāng)煤層圍巖由低透氣性的巖石組 成時(shí)，不但礦井瓦斯涌出量大，且煤與瓦斯突出嚴(yán)重；而圍巖由高透氣性巖石 組成時(shí)，不但無(wú)煤與

20、瓦斯突出危險(xiǎn)，且礦井瓦斯涌出量也小。 煤的變質(zhì)程度煤的變質(zhì)程度越高，生成的瓦斯量越大，因此，在其它條件相同的條件下， 煤的變質(zhì)程度越高，煤層瓦斯含量就越大。在同一煤田，煤吸附瓦斯的能力隨 煤的變質(zhì)程度的提高而增大，故在同一瓦斯壓力和溫度條件下，變質(zhì)程度高的 煤層往往能保存更多的瓦斯。但應(yīng)指出，當(dāng)由無(wú)煙煤向超級(jí)無(wú)煙煤過(guò)渡時(shí)，煤 的吸附能力急劇減小，煤層瓦斯含量大為減低。 巖漿活動(dòng) 巖漿活動(dòng)對(duì)煤層瓦斯含量的影響較為復(fù)雜。在巖漿接觸變質(zhì)和熱力變質(zhì)的 影響下，煤能夠再一次生成瓦斯，并由于煤變質(zhì)程度的提高而增大了吸附能力， 因而巖漿活動(dòng)影響區(qū)域煤層的瓦斯含量增大。但在無(wú)隔氣層的情況下，由于巖 漿的高溫作

21、用強(qiáng)化了煤層排放瓦斯，從而煤層瓦斯含量減小。故對(duì)不同煤田， 巖漿活動(dòng)對(duì)煤層瓦斯含量的影響可能是各不相同的。 水文地質(zhì)條件盡管瓦斯在水中的溶解度僅1%4%但在地下水交換活躍地區(qū)，水卻能從煤層中帶走大量瓦斯，從而使煤層瓦斯含量明顯減少。3.2 煤層瓦斯含量的測(cè)定瓦斯含量測(cè)定方法(1) 煤層瓦斯含量測(cè)定方法分類 煤層瓦斯含量是煤層瓦斯主要參數(shù)之一，它是礦井進(jìn)行瓦斯涌出量預(yù)測(cè)和 煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)的重要依據(jù)參數(shù)之一。煤層瓦斯含量測(cè)定方法根據(jù)應(yīng)用范圍分為地質(zhì)勘探鉆孔中應(yīng)用的方法和煤 礦井下應(yīng)用的方法兩大類；根據(jù)方法本身的特點(diǎn)，又可分為直接方法和間接方 法。直接法比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用該法時(shí)，直接從采取的煤、巖試樣

22、中抽出瓦斯，確 定瓦斯成份和瓦斯含量。該法的優(yōu)點(diǎn)是瓦斯量是直接測(cè)定的，避免了間接法測(cè) 定許多參數(shù)時(shí)的測(cè)定誤差；缺點(diǎn)是在試樣采取過(guò)程中難免有部分瓦斯逸散，需要建立補(bǔ)償瓦斯損失量的方法。間接法比較復(fù)雜，它是先在井下實(shí)測(cè)或根據(jù)賦存規(guī)律推算煤層瓦斯壓力， 并在試驗(yàn)室測(cè)定煤的孔隙率、吸附等溫線和煤的工業(yè)分析，然后再計(jì)算煤層瓦 斯含量。該法的優(yōu)點(diǎn)是煤樣不需密封，采樣方法簡(jiǎn)單，且如果已知煤層各個(gè)不 同區(qū)域的瓦斯壓力，則可根據(jù)吸附等溫線推算各個(gè)不同區(qū)域的煤層瓦斯含量； 該法的缺點(diǎn)是需要在井下實(shí)測(cè)煤層瓦斯壓力。(2) 煤層瓦斯含量直接測(cè)定方法 地勘期間煤層瓦斯含量測(cè)定方法地勘解吸法 為了在地勘期間準(zhǔn)確測(cè)定煤層原

23、始瓦斯含量，必須使用專門的儀器在地質(zhì) 鉆孔中采樣，以保證采樣過(guò)程中損失瓦斯量最小，或者采用某種方法對(duì)損失瓦 斯量加以補(bǔ)償。我國(guó)自 60 年代起，在地勘鉆孔中采用集氣式巖芯采取器測(cè)定煤層原始瓦斯 含量，但應(yīng)用表明，該法測(cè)定成功率僅為 50%-60%近年來(lái)已逐漸被淘汰。當(dāng) 前我國(guó)地勘時(shí)期廣泛使用解吸法測(cè)定煤層原始瓦斯含量。解吸法是把鉆孔專用儀器采樣改為用普通巖芯管在孔底取煤芯，利用密封 罐在煤芯提升到孔口時(shí)采樣。這樣做的結(jié)果，既減少了鉆孔采樣的困難，又不 影響正常鉆進(jìn)。 該法自 1973 年起在美國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用， 撫順?lè)衷涸?19781981 年期間在我國(guó)一些煤田進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，完善了測(cè)定中所

24、用的成套儀器和 工具，已使之標(biāo)準(zhǔn)化。該法采樣與真空罐法相同，只是在采樣后要進(jìn)行煤樣瓦斯解吸規(guī)律測(cè)定， 并根據(jù)解吸規(guī)律和煤樣暴露時(shí)間推算損失的瓦斯量。解吸法測(cè)定煤層原始瓦斯含量的具體步驟如下：a 采樣用普通煤芯管采取煤芯，當(dāng)煤芯升到地表之后，選取煤樣約300400g,立 即放進(jìn)密封罐中密封，密封罐結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。在采樣過(guò)程中，測(cè)定提升煤 芯和煤樣在空氣中的暴露時(shí)間。b 瓦斯解吸規(guī)律測(cè)定煤樣裝入密封罐后，在擰緊罐蓋過(guò)程中，應(yīng)將穿刺針頭插入墊圈，以便在 密封罐時(shí)能排出罐內(nèi)氣體。密封后，密封罐應(yīng)立即與瓦斯解吸速度測(cè)定儀連接， 以測(cè)定煤樣解吸瓦斯量隨時(shí)間的變化規(guī)律。撫順?lè)衷貉兄频慕馕俣葴y(cè)定儀如

25、圖 32 所示。測(cè)定進(jìn)行2h后，把煤樣送到試驗(yàn)室進(jìn)行脫氣和氣體分析圖31密封罐圖3 2煤芯瓦斯解吸速度測(cè)定儀C損失瓦斯量計(jì)算煤樣解吸測(cè)定前損失的瓦斯量取決于煤芯在孔內(nèi)和空氣中的暴露時(shí)間和煤 樣瓦斯解吸規(guī)律。試驗(yàn)和理論分析結(jié)果表明，煤樣在剛開(kāi)始暴露的一段時(shí)間內(nèi)， 累計(jì)解吸的瓦斯量與煤樣解吸時(shí)間的平方根成正比例，即：Vz k、t°t (3-1)式中 Vz煤樣自暴露時(shí)起到解吸測(cè)定進(jìn)行時(shí)間為t時(shí)的瓦斯總解吸體積，ml;t o煤樣在解吸測(cè)定前的暴露時(shí)間，min;t o=1/2t l+t2ti提鉆時(shí)間，據(jù)經(jīng)驗(yàn)煤樣在鉆孔的暴露時(shí)間取為1/2t 1, min；12解吸測(cè)定前煤樣在地面的暴露時(shí)間，mi

26、 n ；t煤樣解吸測(cè)定的時(shí)間，min;1k比例常數(shù)，ml/min2。顯然，解吸測(cè)定測(cè)出的瓦斯解吸量 V僅為煤樣總解吸量U的一部分，僅是 to到t那部分解吸量，解吸測(cè)定前煤樣在暴露時(shí)間to時(shí)已損失的瓦斯量Vz k .to，由此V k t。t V2 ( 3- 2)上式為直線方程式，可用最小二乘法求出常數(shù)k和 V V即為所求的瓦斯損失量，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，也可用作圖法求算瓦斯損失量。為此，以實(shí)測(cè)累計(jì)瓦斯解吸量V為縱坐標(biāo)，以.,t°t為橫坐標(biāo)，把全部解吸觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)繪在如圖3-3所 示的坐標(biāo)紙上，將開(kāi)始解吸一段時(shí)間內(nèi)呈直線關(guān)系的測(cè)點(diǎn)連線，并延長(zhǎng)與縱坐 標(biāo)軸相交，其截距即為所求的損失瓦斯量。 從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

27、該法的實(shí)踐結(jié)果來(lái)看，損失 瓦斯量占煤樣總瓦斯量的10%-50%煤的 瓦斯含量越大，煤越粉碎，損失瓦斯量所占 比例也越大。由于該法未考慮煤芯在鉆孔和 空氣中解吸規(guī)律的差別，而且鉆孔中煤樣的 瓦斯解吸時(shí)間未準(zhǔn)確確定，故當(dāng)前瓦斯損失 量的確定仍是半經(jīng)驗(yàn)性的近似計(jì)算，因此， 為了提高煤層瓦斯含量的測(cè)定精度，應(yīng)盡量 減少煤樣的暴露時(shí)間，盡量選取較大粒度的 煤樣，以減小瓦斯損失量在煤樣總瓦斯量中 所占的比重。d試驗(yàn)室煤樣脫氣及氣體成分分析圖3 3瓦斯損失量計(jì)算圖經(jīng)過(guò)解吸測(cè)定結(jié)束后的煤樣，在密封狀態(tài)下應(yīng)盡快送到試驗(yàn)室進(jìn)行加熱(95 C)真空脫氣，脫氣完后將煤樣粉碎，再進(jìn)行一次脫氣，最后進(jìn)行氣體組 分分析。脫

28、氣、粉碎和氣體分析方法與測(cè)殘存瓦斯含量時(shí)相同。最后將煤樣稱重并進(jìn)行工業(yè)分析。e煤層瓦斯含量計(jì)算XoV v2 v3 v4G(3-3)煤層瓦斯含量是上述各階段放出的瓦斯總體積與損失瓦斯量之和同煤樣重 量的比值。即：式中 煤層原始瓦斯含量，ml/g ;V 煤樣解吸測(cè)定中累計(jì)解吸出的瓦斯體積，ml ；V?推算出的瓦斯損失量，ml;M 煤樣粉碎前脫出的瓦斯量，ml;7 煤樣粉碎后脫出的瓦斯量，ml;G煤樣重量，g應(yīng)當(dāng)指出，各階段放出的瓦斯體積皆應(yīng)換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積 井下煤層瓦斯含量測(cè)定方法鉆屑解吸法(A)撫順?lè)衷涸?9801981年期間，研究提出了鉆屑解吸法測(cè)定煤層瓦斯含量的方法。方法的原理與地勘鉆

29、孔所用解吸法相同。與在地勘鉆孔中應(yīng)用相比， 該法在井下煤層鉆孔應(yīng)用的明顯優(yōu)點(diǎn)：一是煤樣暴露時(shí)間短，一般為35min,且易準(zhǔn)確進(jìn)行測(cè)定；二是煤樣在鉆孔中的解吸條件與在空氣中大致相同，無(wú)泥 漿和泥漿壓力的影響。試驗(yàn)表明，煤樣解吸瓦斯隨時(shí)間變化的規(guī)律較好地符合下式：q=qit-k ( 3 4)式中q在解吸時(shí)間為t時(shí)煤樣的解吸瓦斯速度，ml/g min；qit=1min時(shí)煤樣瓦斯解吸速度，ml/g min；k解吸速度隨時(shí)間的衰減系數(shù)。在解吸時(shí)間為t時(shí)累計(jì)的解吸瓦斯量為：Q tq1t kdt -qt1 k ( 3 5)01 k在測(cè)定時(shí)從石門鉆孔見(jiàn)煤時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，直至開(kāi)始進(jìn)行煤樣瓦斯解吸測(cè)定這 段時(shí)間即為煤

30、樣解吸測(cè)定前的暴露時(shí)間to,顯然，瓦斯損失量為：Q2 -qt0k ( 3 6)1 k式中 Q煤樣瓦斯損失量，ml/g ;t o解吸測(cè)定前煤樣暴露時(shí)間，min。由式(3 6)可以看出，當(dāng)k> 1時(shí)，無(wú)解；因此，利用幕函數(shù)規(guī)律求算瓦斯 損失量?jī)H適用于k<1的場(chǎng)合，為此在采煤樣時(shí)應(yīng)盡量選取較大的粒度。應(yīng)用該法測(cè)定煤層瓦斯含量時(shí)，同樣需要測(cè)定鉆屑的現(xiàn)場(chǎng)解吸量 Q和試驗(yàn) 室測(cè)出的試樣粉碎前后瓦斯脫出量 Q和Q,將Q+Q+Q+Q值除以鉆屑試樣的 重量G即可得到煤層的瓦斯含量，有關(guān) Q、Q和Q的測(cè)定方法同前。 井下煤層瓦斯含量測(cè)定方法鉆屑解吸法 (B)在鉆屑解吸法(A)中，用于推算取樣損失量的公

31、式 Q2 -t0 k不能用于k1 k>1的煤層。為了彌補(bǔ)這一不足，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的俞啟香教授提出了一種新的鉆 屑解吸法，簡(jiǎn)稱鉆屑解吸法(B)。和鉆屑解吸法(A)相比，鉆屑解吸法(B)只是對(duì) 取樣時(shí)的鉆屑損失瓦斯量計(jì)算作了改進(jìn)，改進(jìn)后的方法適應(yīng)于所有煤層，無(wú)論 突出煤還是非突出煤，也無(wú)論煤樣粒度。鉆屑解吸法(B)采用的取樣損失量推算公式為：Q2e kt1 1 ( 3 7)k式中 r 0鉆屑開(kāi)始解吸瓦斯時(shí)的解吸瓦斯速度；k常數(shù)；t 1 煤樣從脫離煤體至開(kāi)始解吸測(cè)定所用時(shí)間。至于Q、Q3和Q的測(cè)定，與鉆屑解吸法(A)完全相同。 井下煤層瓦斯含量測(cè)定方法鉆屑解吸法 (C)無(wú)論是鉆屑解吸法 (A)

32、或鉆屑解吸法 (B) ，無(wú)一例外地要推算煤樣在取樣過(guò) 程中的損失量Q、煤樣解吸測(cè)定終了后的殘存瓦斯量 Q+ Q。這些測(cè)定在需要在 專門的實(shí)驗(yàn)室完成，因此測(cè)定周期長(zhǎng)。為了實(shí)現(xiàn)井下煤層瓦斯含量快速測(cè)定， 煤炭科學(xué)研究總院撫順?lè)衷涸?9931995年期間提出了一種新的鉆屑解吸法一 鉆屑解吸法(C)，并以此為基礎(chǔ)研制了 WP-1型井下煤層瓦斯含量快速測(cè)定儀。 WP-1型瓦斯含量快速測(cè)定儀的測(cè)定依據(jù)如下：X=a+bVi (3-8)式中X煤層瓦斯含量，ml/g ;V單位重量煤樣在脫離煤體imin時(shí)的瓦斯解吸速度，ml/g min；a、b反映V與X間的特征常數(shù)，不同煤層有不同值，需要在實(shí) 驗(yàn)室模擬測(cè)定得到。

33、WP-1型瓦斯含量快速測(cè)定儀利用井下煤層鉆孔采集煤屑，自動(dòng)測(cè)定煤樣的瓦斯解吸速度V1值和瓦斯含量X值，由于不需要測(cè)定取樣損失瓦斯量和試樣的 殘存瓦斯量，測(cè)定周期大大縮短，整個(gè)測(cè)定周期僅需 1530min,真正實(shí)現(xiàn)了井 下煤層瓦斯含量就地快速測(cè)定。 煤層可解吸瓦斯含量測(cè)定 該法的原理是根據(jù)煤的瓦斯解吸規(guī)律來(lái)補(bǔ)償采樣過(guò)程中損失的瓦斯量。該法首先在法國(guó)得到成功應(yīng)用，現(xiàn)已在西歐一些國(guó)家應(yīng)用。根據(jù)這種方法測(cè)定的 不是煤層原始瓦斯含量，而是煤的可解吸瓦斯含量。煤的可解吸瓦斯含量等于 煤的原始含量與0.1MPa瓦斯壓力下煤的殘存瓦斯含量之差，它的實(shí)際意義大致 代表煤在開(kāi)采過(guò)程中在井下可能泄出的瓦斯量。 采用

34、可解吸瓦斯含量的概念后， 就沒(méi)有必要再把煤樣在真空下進(jìn)行脫氣了。應(yīng)用該法進(jìn)行測(cè)定的步驟如下。a 采樣用手持式壓風(fēng)鉆機(jī)垂直于新鮮暴露煤壁面打直徑約42m m深1215m的鉆孔，每隔2m取兩個(gè)煤樣，打鉆時(shí)使用中空螺旋鉆桿。圖3-4所示為帶有壓風(fēng)引射器的取煤樣裝置圖3-4鉆孔取樣裝置圖3-5瓦斯解吸量測(cè)定裝置不采樣時(shí)，閥門3和4關(guān)閉，閥門5打開(kāi)。鉆進(jìn)時(shí)，壓風(fēng)經(jīng)接頭7和鉆桿8 的中心孔吹向孔底，將鉆屑排出孔外。采煤樣時(shí)，關(guān)閉閥門5,打開(kāi)閥門3和4, 壓風(fēng)經(jīng)閥門4和引射器1吹出，在孔底造成負(fù)壓，鉆孔底部鉆屑在負(fù)壓作用下， 瞬間經(jīng)鉆桿中心孔、接頭7、閥門3進(jìn)入煤樣筒，煤樣筒裝有篩網(wǎng)，煤屑經(jīng)篩選 將粒度為1

35、2mm勺煤樣收集起來(lái)。取煤樣10g,裝入樣品管中，同時(shí)記錄從采 樣到裝入樣品管的時(shí)間ti （一般為12min）。b瓦斯解吸量測(cè)定樣品管預(yù)先與瓦斯解吸儀連接，測(cè)定經(jīng)相同時(shí)間ti的瓦斯解吸量q。解吸儀最簡(jiǎn)單的型式是如圖3- 5所示的皂膜流量計(jì)。測(cè)定時(shí)用秒表計(jì)時(shí)測(cè) 定經(jīng)ti時(shí)間皂膜移動(dòng)的距離，得出瓦斯解吸量 q。c送樣過(guò)程中的瓦斯解吸量將煤樣從樣品管中取出裝入容積為 0.5L或1L的塑料瓶，同時(shí)測(cè)定并記下 測(cè)定地點(diǎn)空氣中的瓦斯?jié)舛?C0;樣品送到試驗(yàn)室后開(kāi)瓶前再一次測(cè)定瓶中的瓦 斯?jié)舛菴o d煤樣粉碎過(guò)程和粉碎后解吸的瓦斯量打開(kāi)煤樣瓶稱煤樣重量，并迅速放入密封粉碎罐中磨2030min,同時(shí)收集 粉碎

36、過(guò)程中泄出的瓦斯，直至無(wú)氣泡泄出為止，記錄泄出瓦斯體積Q。e可解吸瓦斯量的計(jì)算煤的可解吸瓦斯量由下列三部分組成，分別計(jì)算如下：I從煤體鉆取煤樣到煤樣裝入塑料瓶這段時(shí)間煤樣所泄出的瓦斯量Q。它包括煤樣暴露時(shí)間為ti時(shí)的損失瓦斯量和時(shí)間從ti到2ti實(shí)測(cè)的解吸量q。 根據(jù)累計(jì)瓦斯解吸量與解吸時(shí)間成正比的規(guī)律，根據(jù)式(3- 1)有：Q1 k . t1 t1 /2t1 ( 3 9)q k 2t； k J (3-10)則有：Q i=3.4q (3 11)U煤樣在塑料瓶中在運(yùn)送期間泄出的瓦斯量 Q按下式計(jì)算：Q2 C C0 1 V ( 3100 100式中 V塑料瓶體積，ml;G采樣地點(diǎn)井下空氣中瓦斯?jié)舛?/p>

37、%c煤樣粉碎前裝煤樣的塑料瓶中的瓦斯?jié)舛龋?川煤樣粉碎過(guò)程中和粉碎后釋放的瓦斯量 Q直接測(cè)定得出 最后按下式計(jì)算煤的可解吸瓦斯含量：(3 13)Q1 Q2 Q31m 1 1.1Aad式中 X純煤的可解吸瓦斯含量，ml/g ;m煤樣重量，g;Aad煤灰分校正系數(shù)。1.1 煤灰分校正系數(shù)。該法簡(jiǎn)單易行，井下解吸測(cè)定時(shí)間短， 且采樣方法能保證準(zhǔn)確判定采樣地 點(diǎn)。對(duì)不同深度進(jìn)行采樣測(cè)定，能判斷工作面排放帶的影響范圍。沿孔深實(shí)測(cè) 最大而穩(wěn)定的瓦斯含量即為煤層原始可解吸瓦斯含量。(3)煤層瓦斯含量間接測(cè)定方法 根據(jù)煤層瓦斯壓力和煤的吸附等溫線確定煤的瓦斯含量根據(jù)已知煤層瓦斯壓力和試驗(yàn)室測(cè)出的煤對(duì)瓦斯吸附等

38、溫線，可用下式確定純煤(煤中可燃質(zhì))的瓦斯含量：(3 14)abp 1n(ts t) 10Kpe1 bp 1 0.31M adk式中x純煤(煤中可燃質(zhì))的瓦斯含量，m/t ；p煤層瓦斯壓力，MPaa吸附常數(shù)，試驗(yàn)溫度下煤的極限吸附量，mVt ；b吸附常數(shù)，MPa ；t s試驗(yàn)室作吸附試驗(yàn)的溫度，C；t井下煤體溫度，C；Mad煤中水分含量，%n系數(shù)，按下式確定：(3- 15)0.02t0.993 0.07 pk煤的孔隙容積，m/t ；k甲烷的壓縮系數(shù)，見(jiàn)表 3- 1。表3 1甲烷的壓縮系數(shù)k值壓力(MPa溫度(C)010203040500.11.001.041.081.121.161.201.0

39、0.971.021.061.101.141.182.00.951.001.041.081.121.163.00.920.971.021.061.101.144.00.900.951.001.041.081.125.00.870.930.981.021.061.116.00.850.900.951.001.051.107.00.830.880.930.981.041.09如需確定原煤瓦斯含量，則可按下式進(jìn)行換算: 式中x原煤瓦斯含量，m/t ；X。X 100AadM ad 100(3 16)Ad煤中灰份含量，%Md煤中水分含量，% 含量系數(shù)法為了減小試驗(yàn)室條件和天然煤層條件的差異所帶來(lái)的誤差，中

40、國(guó)礦業(yè)大學(xué) 周世寧院士研究提出了井下煤層瓦斯含量測(cè)定的含量系數(shù)法，他在分析研究煤 層瓦斯含量的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)煤中瓦斯含量和瓦斯壓力之間的關(guān)系可以近似用下 式表示：Xa、p （3- 17）1式中 a煤的瓦斯含量系數(shù)，m3/m3?MPa"；P瓦斯壓力，MPaMd煤中水分含量，%煤層瓦斯含量系數(shù)在井下可直接測(cè)定得出。在掘進(jìn)巷道的新鮮暴露煤面，用煤電鉆打眼采煤樣，煤樣粒度為0.10.2mm重量為6075g,裝入密封罐（圖31）。用井下鉆孔自然涌出的瓦斯 作為瓦斯源，用特制的高壓打氣筒，將鉆孔涌出的瓦斯打入密封罐內(nèi)。為了排 除氣筒和罐內(nèi)殘存的空氣，應(yīng)先用瓦斯清洗氣筒和煤樣罐數(shù)次，然后向煤樣正 式

41、注入瓦斯。特制打氣筒打氣最高壓力達(dá) 2.5MPa時(shí)，即可滿足測(cè)定含量系數(shù)的 要求。煤樣罐充氣達(dá)2.0MPa以上時(shí)，即關(guān)閉罐的閥門，然后送入試驗(yàn)室在簡(jiǎn)易 測(cè)定裝置上測(cè)定調(diào)至不同平衡瓦斯壓力下煤樣所解吸出的瓦斯量。最后按式（317 ）求出平均的煤的瓦斯含量系數(shù)a值。 根據(jù)煤的殘存瓦斯含量推算煤層瓦斯含量根據(jù)煤的殘存瓦斯含量推算煤層原始瓦斯含量是一種簡(jiǎn)單易行的方法。在 波蘭，該法得到較廣泛應(yīng)用。使用該法時(shí)，在正常作業(yè)的掘進(jìn)工作面，在煤壁 暴露30min后，從煤層頂部和底部各取一個(gè)煤樣，裝入密封罐，送入試驗(yàn)室測(cè) 定煤的殘存瓦斯含量。如工作面煤壁暴露時(shí)間已超過(guò)30min,則采樣時(shí)應(yīng)把工作 面煤壁清除0.

42、20.3m深，再采煤樣。當(dāng)實(shí)測(cè)煤的殘存瓦斯含量在 3nVt可燃物以下時(shí)，按下式計(jì)算煤的原始瓦 斯含量：X0 = 1.33Xc （3 18）式中 x純煤原始瓦斯含量，m/t ；Xc實(shí)測(cè)煤的殘存瓦斯含量，m/t。由式看出，這時(shí)的瓦斯損失量取為定值 25%當(dāng)煤的殘存瓦斯含量大于3m/t可燃物時(shí)，用下式計(jì)算煤的瓦斯含量：X = 2.05 X c -2.17 （3 19）在所采兩煤樣中，以實(shí)測(cè)較大的殘存量為計(jì)算依據(jù)。原相煤礦井田范圍內(nèi)02#、2#煤層僅有3個(gè)地勘瓦斯含量控制點(diǎn)，這與礦井2面積18.25km相比，煤層瓦斯含量控制程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。為盡可能提高瓦斯涌出 量預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性，我們收集了鄰近礦井的瓦

43、斯資料，并利用原相煤礦現(xiàn)有 的掘進(jìn)工作面見(jiàn)煤點(diǎn)對(duì)2#煤層瓦斯含量進(jìn)行了井下實(shí)測(cè)。煤層瓦斯含量測(cè)定結(jié)果根據(jù)對(duì)各個(gè)測(cè)定方法的比較，我認(rèn)為鉆屑解吸法（C）更適合原相煤礦的瓦 斯涌出量預(yù)測(cè)所需要的瓦斯含量數(shù)據(jù)的測(cè)定，現(xiàn)決定用瓦斯含量測(cè)定采用的方 法為鉆屑解吸法（C）。利用上述方法，在副立井揭露2#煤層時(shí)進(jìn)行了瓦斯含量測(cè)定，包括鄰近礦 井地勘和生產(chǎn)期間在內(nèi)的瓦斯含量測(cè)定結(jié)果如表（3 2 ）。表32煤層瓦斯含量測(cè)定結(jié)果測(cè)定地點(diǎn)采樣深度樣品中氣體成分（%瓦斯含量3(m/t.r )瓦斯含量3（m/t ）CHCON2回風(fēng)巷1#49593.571.874.568.197.39回風(fēng)巷2#49394.011.354.

44、648.157.38軌膠聯(lián)絡(luò)巷165087.831.7910.39.868.85軌膠聯(lián)絡(luò)巷264591.181.916.919.768.7ZK7571.7386.571.160.6612.5510.91ZK11811.4397.802.214.7613.14M74*410.6182.960.8916.16.644.82L5*678.4786.753.986.888.707.83X1*548.2692.041.016.958.687.81注：帶“* ”的為鄰近礦井地勘鉆孔瓦斯含量測(cè)值3.3煤層瓦斯含量分布規(guī)律分析眾所周知，煤層瓦斯含量受多種地質(zhì)因素的制約，諸如煤質(zhì)、埋藏深度、 構(gòu)造、煤的物理化學(xué)

45、性質(zhì)、煤層頂?shù)装鍘r性等等，不同礦區(qū)，各種地質(zhì)因素施 加影響的顯著性可能是不相同的。對(duì)某一個(gè)具體井田而言，在諸多地質(zhì)因素中 總有一個(gè)主導(dǎo)因素控制瓦斯含量在全井田范圍內(nèi)變化的總體趨勢(shì)，其它地質(zhì)因素只能在局部范圍內(nèi)影響煤層瓦斯含量該井田的地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，僅井田北部存在一些斷層，但這些斷層對(duì)整個(gè)井 田的影響范圍較小。按煤層瓦斯含量分布的一般規(guī)律，煤層埋藏深度是控制甲 烷含量變化的主導(dǎo)因素，即：自瓦斯風(fēng)化帶以下，瓦斯含量總體上與煤層埋藏 深度呈直線正相關(guān)關(guān)系。因?yàn)槊簩拥穆癫厣疃葘?duì)原相煤礦的瓦斯含量的影響比較大，所以現(xiàn)在對(duì)原 相煤礦的瓦斯含量進(jìn)行如下規(guī)律分析。另外，從井下煤層瓦斯含量實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái) 看，原相煤礦

46、2#煤層瓦斯含量分布具有如下特征：9個(gè)瓦斯含量控制點(diǎn)所測(cè)得的煤層甲烷（CH）成分都較大，因此可以推 測(cè)，原相煤礦井田范圍內(nèi)的2#煤層處于甲烷帶；原相煤礦及周邊礦井2#煤層瓦斯含量與埋藏深度散點(diǎn)關(guān)系如圖 3-6示。 經(jīng)回歸分析，瓦斯含量（X）具有隨埋藏深度（H）增大而加大的整體趨勢(shì)，兩 者之間具有如下形式的線性統(tǒng)計(jì)規(guī)律（相關(guān)系數(shù)R=81.80% :X = 0.016H - 0.8903式中，X為煤層瓦斯含量，mVt ; H為煤層埋藏深度，m。從上式可以看出， 2#煤層的瓦斯含量增長(zhǎng)梯度為1.6 m3/t /100m 。02#煤層至2#煤層距離僅約4.25m，且層間巖石較破碎，因此，可以認(rèn) 為對(duì)應(yīng)

47、區(qū)域02#煤層原始瓦斯含量與2#煤層原始瓦斯含量相等。A A12108鄰6440y =0.016:< -0.8<)03A50AR2 =0.6691C C肩-Ur* 人=t i礦地勘瓦圖2斯含量測(cè)3r煤層瓦本礦斯含量與 亠實(shí)測(cè)值亍埋深深:度關(guān)糸 、本礦地勘J瓦斯含量:測(cè)值CC#9礦地勘瓦圖2-斯含量測(cè)卜3 2煤層瓦斯）值550 本協(xié)含量與蟆測(cè)值5埋深深50度大系）本礦地勘5瓦斯含量0測(cè)值8圖36 2 #煤層瓦斯含量與埋藏深度散點(diǎn)關(guān)系3.4煤層瓦斯含量分布預(yù)測(cè)圖根據(jù)煤層的埋藏深度和煤層瓦斯含量與埋藏深度的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，采用插值和 外推的方法，編繪了原相煤礦2號(hào)煤層的瓦斯含量分布于測(cè)圖（圖

48、37）110000四北680620,m0：0區(qū)東回風(fēng)大巷區(qū)612m /J斜井2號(hào)煤層底板等高線匚瓦斯含量實(shí)測(cè)值02號(hào)煤層底板等高線立井河南理工大學(xué)畢業(yè)生論文,后期進(jìn)風(fēng)立井 'l'i13.14副斜井6606206006 406' 0%東軌道大巷l-3m ” 3 -鉆孔2號(hào)煤厚_.1 -卜二。1孔連瓦斯含量保安煤柱線圖37原相煤礦煤層2號(hào)煤層瓦斯含量分布預(yù)測(cè)圖4 礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)的任務(wù)是確定新礦井、新水平、新采區(qū)、新工作面投 產(chǎn)前瓦斯涌出量的大小，為礦井、采區(qū)和工作面通風(fēng)提供瓦斯涌出方面的基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)，它是礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)、瓦斯抽放和瓦斯管理必不可少的基礎(chǔ)參數(shù)

49、。4.1 影響礦井瓦斯涌出量的因素礦井瓦斯來(lái)源分為回采區(qū)瓦斯（包括回采面和采空區(qū)） 、掘進(jìn)區(qū)瓦斯和已采 區(qū)瓦斯（已封閉的老采空區(qū)）三部分?；夭蓞^(qū)瓦斯一般由開(kāi)采層瓦斯、鄰近層 瓦斯和采空區(qū)瓦斯構(gòu)成，掘進(jìn)區(qū)瓦斯包括掘進(jìn)煤壁瓦斯和掘進(jìn)落煤瓦斯。整個(gè) 礦井的瓦斯涌出量稱為礦井瓦斯涌出量；對(duì)個(gè)別煤層、水平、采區(qū)或工作面而 言，則分別稱為煤層、水平、采區(qū)或工作面的瓦斯涌出量。瓦斯涌出量的大小 主要取決于下列自然因素和開(kāi)采技術(shù)因素 :（1）煤層和圍巖的瓦斯含量 煤層（包括可采層和鄰近層）和圍巖的瓦斯含量是瓦斯涌出量大小的決定 因素，它們的瓦斯含量越高，礦井瓦斯涌出量就越大。當(dāng)前礦井的瓦斯涌出量 預(yù)測(cè)把煤層瓦

50、斯含量作為主要依據(jù)。（2）開(kāi)采深度 隨著開(kāi)采深度的增大，煤層的瓦斯含量將增大，因而礦井瓦斯涌出量也會(huì) 相應(yīng)地增大。（3）開(kāi)采規(guī)模 開(kāi)采規(guī)模是指開(kāi)拓、開(kāi)采范圍以及礦井的產(chǎn)量而言。對(duì)某一礦井來(lái)說(shuō)，開(kāi) 采規(guī)模越大，礦井的絕對(duì)瓦斯涌出量也就越大；但就礦井的相對(duì)瓦斯涌出量來(lái) 說(shuō)，情況比較復(fù)雜。如果礦井是靠改進(jìn)采煤工藝，提高工作面單產(chǎn)來(lái)增大產(chǎn)量 的，則相對(duì)瓦斯涌出量會(huì)有明顯的減少，原因?yàn)椋旱谝唬c采面無(wú)關(guān)的瓦斯源 的瓦斯涌出量在產(chǎn)量提高時(shí)無(wú)明顯增大；二是隨著開(kāi)采速度加快，鄰近層及采 落煤的殘存瓦斯量將增大。如果礦井僅是靠擴(kuò)大開(kāi)采規(guī)模來(lái)增大產(chǎn)量的，則礦 井相對(duì)瓦斯涌出量或增大或保持不變。（4）開(kāi)采順序與開(kāi)采

51、方法在開(kāi)采煤層群中的首采煤層時(shí)， 由于其涌出的瓦斯不僅來(lái)源于開(kāi)采層本身， 而且還來(lái)源于上、下鄰近層，因此，開(kāi)采首采煤層時(shí)的瓦斯涌出量往往比開(kāi)采 其它各層時(shí)大好幾倍。為了使礦井瓦斯涌出量不發(fā)生大的波動(dòng)，在開(kāi)采煤層群 時(shí)，應(yīng)搭配好首采煤層和其他各層的比例。在厚煤層分層開(kāi)采時(shí)，不同分層的 瓦斯涌出量也有很大的差別。一般情況是，第一分層瓦斯涌出量最大，最后一 個(gè)分層瓦斯涌出量最小。采煤方法的回采率越低，瓦斯涌出量就越大，因?yàn)閬G 煤中所含瓦斯的絕大部分仍要涌入巷道。在開(kāi)采煤層群時(shí)，由于采用陷落法管 理頂板比采用填法管理頂板時(shí)能造成頂板更大范圍的破壞與松動(dòng)，因而采用陷 落法管理頂板的工作面的瓦斯涌出量比采

52、用充填法管理頂板的工作面的瓦斯涌 出量大。（5）地面大氣壓力的變化 地面大氣壓力的變化，會(huì)引起井下空氣壓力的變化。根據(jù)測(cè)定，地面大氣 壓力在一年內(nèi)的變化量可達(dá) 58X 10_ 3MPa 天內(nèi)的最大變化量可達(dá)24X 10 _3MPa但與煤層瓦斯壓力相比，地面大氣壓的變化量是很微小的。地面大氣壓 的變化對(duì)煤層暴露面的瓦斯涌出量沒(méi)有多大影響，但對(duì)采空區(qū)瓦斯涌出有較大 的影響。在生產(chǎn)規(guī)模較大，采空區(qū)瓦斯涌出量占很大比重的礦井，當(dāng)氣壓突然 下降時(shí)，采空區(qū)積存的瓦斯會(huì)更多地涌入風(fēng)流中，使礦井瓦斯涌出量增大；當(dāng) 氣壓變大時(shí)，礦井瓦斯涌出量會(huì)明顯減小。4.2 礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法 現(xiàn)有礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法

53、可概括為兩大類：礦山統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)法和根據(jù)煤 層瓦斯含量進(jìn)行預(yù)測(cè)的分源預(yù)測(cè)法。礦山統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)法 礦山統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)法的實(shí)質(zhì)是根據(jù)對(duì)本井或鄰近礦井實(shí)際瓦斯涌出量資料的統(tǒng) 計(jì)分析得出的礦井瓦斯涌出量隨開(kāi)采深度變化的規(guī)律，來(lái)推算新井或延深水平 的瓦斯涌出量。該方法適用于以下幾種情況：生產(chǎn)礦井的延深水平，生產(chǎn)礦井 開(kāi)采水平的新區(qū)，與生產(chǎn)礦井鄰近的新礦井。在應(yīng)用中，必須保證預(yù)測(cè)區(qū)的開(kāi) 采技術(shù)條件（煤層開(kāi)采順序、采煤方法、頂板管理等）和地質(zhì)條件（地質(zhì)構(gòu)造、 煤層賦存條件、煤質(zhì)等）與生產(chǎn)區(qū)相同或類似。應(yīng)用統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)法時(shí)的外推范圍一般沿垂深不超過(guò)100200m沿煤層傾斜方向不超過(guò)600m（ 1 ）基本公式 煤礦開(kāi)采實(shí)踐表明，

54、在一定深度范圍內(nèi)，礦井相對(duì)瓦斯涌出量與開(kāi)采深度 呈如下線性關(guān)系：H H。a2(4- 1)式中q礦井相對(duì)瓦斯涌出量，mVt ;h開(kāi)采深度，m hh 瓦斯風(fēng)化帶深度，ma開(kāi)采深度與相對(duì)瓦斯涌出量的比例常數(shù)，t/m 20瓦斯風(fēng)化帶即為相對(duì)瓦斯涌出量為2nVt時(shí)的開(kāi)采深度。開(kāi)采深度與相對(duì)瓦斯涌出量的比例常數(shù)a是指在瓦斯風(fēng)化帶以下、相對(duì)瓦斯涌出量每增加1m3/t時(shí)的開(kāi)采下延深度。H0和a值根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料確定，為此，至少要有瓦斯風(fēng)化帶 以下兩個(gè)水平的實(shí)際相對(duì)瓦斯涌出量資料，有了這些資料后，可按下式計(jì)算aH 2 Hiq2 qi值：(4-2)式中Hi、H2分別為瓦斯帶內(nèi)1和2水平的開(kāi)采垂深，mqi、q2分別為在H和H2深度開(kāi)采時(shí)的相對(duì)瓦斯涌出量，m