煤層瓦斯含量壓力與突出敏感指標(biāo)關(guān)系分析1

1、煤層瓦斯含量、壓力與突出敏感指標(biāo)關(guān)系考察分析張國平（松藻煤電公司松藻煤礦）摘 要：針對直接測定突出煤層瓦斯含量、壓力，并結(jié)合工作面采掘過程中實(shí)測的突出危險(xiǎn)性預(yù)測敏感性指標(biāo)K1值、SA值以及防突打孔過程中的動力現(xiàn)象，考察分析煤層瓦斯含量、壓力與突出敏感指標(biāo)及打孔過程中動力現(xiàn)象之間的關(guān)系，綜合判定煤層的突出危險(xiǎn)。關(guān)鍵詞：瓦斯含量 突出敏感指標(biāo) 對比考察 前言松藻煤礦系煤與瓦斯突出礦井，可采和局部可采煤層有K3b、K1和K2b共3層，均具有突出危險(xiǎn)性。其中主采煤層K3b為嚴(yán)重突出危險(xiǎn)煤層，K1突出危險(xiǎn)性次之，K2b突出危險(xiǎn)性最弱。從建礦開采至今，全礦共發(fā)生煤與瓦斯突出45次，其中最大一次突出470噸

2、煤炭，平均每次突出53.7噸。隨著礦井向深部水平延深，煤層瓦斯壓力、瓦斯含量增大，突出危險(xiǎn)性增加，瓦斯災(zāi)害的治理難度越來越大，給礦井的安全生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重威脅。煤層瓦斯含量、壓力是礦井瓦斯治理的基礎(chǔ)參數(shù)，也是預(yù)測煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的重要參數(shù)之一。根據(jù)防治煤與瓦斯突出規(guī)定，防突工作堅(jiān)持“區(qū)域防突措施先行、局部防突措施補(bǔ)充”的原則。突出礦井采掘工作做到不掘突出頭，不采突出面。開采保護(hù)層或預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施后，采用實(shí)測煤層瓦斯壓力或瓦斯含量對區(qū)域措施效果進(jìn)行檢驗(yàn)，若煤層殘余瓦斯壓力降到0.74MPa或殘余瓦斯含量降到8.0m3/t以下，則區(qū)域措施效果檢驗(yàn)達(dá)標(biāo)。因此，為了準(zhǔn)確掌握礦井突出煤層瓦斯含

3、量、壓力與突出敏感指標(biāo)的關(guān)系，結(jié)合礦井防治煤與瓦斯突出技術(shù)現(xiàn)狀，對松藻煤礦突出煤層瓦斯含量、壓力與突出敏感指標(biāo)關(guān)系考察顯得十分重要。1.考察方法選取根據(jù)煤與瓦斯突出機(jī)理，煤與瓦斯突出是在地應(yīng)力、瓦斯、煤的物理力學(xué)性質(zhì)綜合作用的結(jié)果。瓦斯因素在煤與瓦斯突出中發(fā)揮著極其重要的作用，沒有足夠的瓦斯含量和瓦斯壓力，就沒有足夠的瓦斯內(nèi)能，突出就很難發(fā)生，即使發(fā)生突出，也以壓出和傾出類型為主，因此突出后瓦斯涌出量較小，其危害性也相對較小。目前松藻煤礦采用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)預(yù)測突出的方法主要是測定反映突出煤層瓦斯、地應(yīng)力、煤的物理力學(xué)性質(zhì)的危險(xiǎn)性部分因素的指標(biāo)，并根據(jù)其大小判斷突出危險(xiǎn)性，其中瓦斯含量是預(yù)測突

4、出的重要指標(biāo)之一。因此，按照防突煤與瓦斯突出規(guī)定要求，采取測定煤層瓦斯含量或壓力，并結(jié)合實(shí)測鉆屑瓦斯解析指標(biāo)K1、A值以及打孔動力現(xiàn)象方法，對突出煤層瓦斯含量、壓力與突出敏感指標(biāo)關(guān)系進(jìn)行考察。2.煤層瓦斯含量、壓力測定方法煤層瓦斯含量、壓力測定主要有間接測定和直接測定兩種方法，常用的煤層瓦斯含量間接確定法是井下現(xiàn)場打孔實(shí)測煤層原始瓦斯壓力，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)室測定的煤層吸附常數(shù)值及工業(yè)分析結(jié)果計(jì)算瓦斯含量。該方法的關(guān)鍵在于井下煤層瓦斯壓力的準(zhǔn)確測定,但煤層原始瓦斯壓力測定工藝復(fù)雜，對測點(diǎn)的選擇布置、封孔工藝等環(huán)節(jié)要求很高，否則，測定的煤層原始瓦斯壓力不準(zhǔn)確。同時(shí)，無論是采取主動測壓或被動測壓，其測壓

5、時(shí)間均在1個(gè)月以上，測定周期長，不能滿足瓦斯治理的需要。目前，煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院研制的DGC型瓦斯含量直接測定裝置，即孔內(nèi)取芯快速測定煤層瓦斯含量、壓力技術(shù)，在現(xiàn)場得到了很好的推廣應(yīng)用。因此，選擇DGC型瓦斯含量直接測定裝置快速實(shí)測煤層瓦斯含量和壓力。3.煤層突出敏感指標(biāo)測定方法 根據(jù)松藻煤礦現(xiàn)有生產(chǎn)及技術(shù)條件，突出煤層工作面預(yù)測方法采用鉆屑指標(biāo)法，即通過測試鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K1值、鉆屑量SA值，并結(jié)合打孔過程中的瓦斯動力現(xiàn)象，綜合判定煤層突出危險(xiǎn)。預(yù)測采用煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院的WTC突出參數(shù)測定儀，在煤層內(nèi)每鉆進(jìn)2m分別測試K1及SA值(測試相互位置錯(cuò)開)。突出敏感指標(biāo)臨界值分

6、別取K1值為0.5ml(g·min1/2)-1，SA值為14Kg/m（孔徑72mm）或20kg/m（孔徑87mm）。4.測定結(jié)果及分析4.1測定結(jié)果為考察分析各煤層瓦斯含量、壓力與突出敏感指標(biāo)的關(guān)系，選擇在K1、K2b、K3b煤層已抽采、受保護(hù)或未抽采、未受保護(hù)的區(qū)域施工鉆孔。取樣同時(shí)測定煤層瓦斯含量、壓力和突出敏感指標(biāo)K1值和SA值，共計(jì)取樣測定30個(gè)，其中K1煤層10個(gè)，k2b煤層13個(gè)，K3b煤7個(gè)。實(shí)測K1煤層最大瓦斯含量11.09m3/t，瓦斯壓力0.543MPa, K1值0.66,SA值13kg/m；實(shí)測K2b煤層最大瓦斯含量17.8m3/t，瓦斯壓力2.003Mpa，最

7、大K1=0.85ml/g.min1/2， SA=18Kg/m；實(shí)測K3b煤層最大瓦斯含量為22.31m3/t，瓦斯壓力1.762Mpa， K1=0.74，最大鉆屑量SA=18Kg/m。詳見松藻煤礦快速測定煤層瓦斯含量結(jié)果統(tǒng)計(jì)表(表1)。表1松藻煤礦煤層瓦斯含量、壓力及突出敏感指標(biāo)測定統(tǒng)計(jì)表 序號地點(diǎn)煤層是否抽采瓦斯含量(m3/t)瓦斯壓力(Mpa)K1值SA值動力現(xiàn)象12316采面K3b是16.681.3270.8418有22226-2運(yùn)巷K2b否9.410.4640.3911無3一區(qū)+5N4石門K3b否23.573.1780.820有42119-1運(yùn)巷K1否9.720.5820.6613有5

8、2224-1采面K2b是9.68 0.6070.4315有62225運(yùn)巷110mK2b是8.74 0.5650.3712有72225運(yùn)巷170mK2b是11.66 0.9310.4514有9一區(qū)+5N5石門K1否11.09 0.5430.6412有102215-2采面K2b是10.37 0.5710.3310有112224-2采面K2b是8.82 0.5550.3510無122224采面K2b是8.44 0.4640.3210無132223運(yùn)巷320mK2b否13.46 0.9740.6315有142223運(yùn)巷75mK2b否17.8 2.0030.8518有152223運(yùn)巷157mK2b否25

9、.11 2.6420.8720有163211N回風(fēng)巷K2b否11.710.5850.4216有172217-2切割K2b否10.80.4670.3210無182224采面K2b 是5.420.130.248無19+190S4石門K1是3.340.0280.217無202122-2運(yùn)巷K1是4.830.2240.217無212316風(fēng)巷120mK3b是4.930.1960.310無222316采面K3b是8.850.4420.5413有232316風(fēng)巷165mK3b是3.540.1270.2610無242316風(fēng)巷196mK3b是9.180.4330.3612有252117-1運(yùn)巷K1是3.57

10、0.1250.128無262115-1采面K1是7.520.2040.218無272217-2采面K2b否8.910.3380.2610無282117-2運(yùn)巷K1否10.20.5820.36810有292223運(yùn)巷750mK3b否22.311.7620.7418有30+100主石門K2b否9.920.560.3510無4.2瓦斯含量、壓力與煤層突出敏感指標(biāo)關(guān)系分析4.2.1瓦斯含量與突出敏感指標(biāo)K1值關(guān)系分析瓦斯含量的大小直接影響煤層的突出危險(xiǎn)，而K1值的大小與煤層中的瓦斯含量有直接關(guān)系。為了掌握煤層瓦斯含量與突出敏感指標(biāo)K1值的相互關(guān)系，在抽采、未抽采以及受保護(hù)后的煤層中分別取樣直接測定煤層

11、瓦斯含量和突出敏感指標(biāo)K1值，根據(jù)實(shí)測結(jié)果分析瓦斯含量與K1值之間的關(guān)系。通過分析測定的煤層瓦斯含量與突出敏感指標(biāo)K1值，得出松藻煤礦K1、2b、k3b煤層瓦斯含量與突出敏感指標(biāo)k1值有如下關(guān)系：1煤層：12.411+2.8943（20.7）2b煤層：21.66+1.7992（20.8115）K3b煤層：31.557-4.99（20.842）式中：煤層突出敏感指標(biāo)K1值(ml/g.min1/2) X煤層瓦斯含量（m3/t）由上式和圖1、圖2、圖3可以看出，煤層瓦斯含量與突出敏感指標(biāo)1值有良好的相關(guān)性，瓦斯含量與突出敏感指標(biāo)1值成正比關(guān)系，當(dāng)煤層瓦斯含量增大時(shí)突出危險(xiǎn)性增加，突出敏感指標(biāo)1值也增

12、大，反之則減小。4.2.2瓦斯含量與突出敏感指標(biāo)鉆屑量SA值關(guān)系分析突出敏感指標(biāo)SA值的大小主要反映煤層中地應(yīng)力情況，與煤層中的瓦斯含量無直接關(guān)系，但地應(yīng)力在煤與瓦斯突出發(fā)生的突出階段，扮演著極其重要的角色，是發(fā)生煤與瓦斯突出的一個(gè)必要的先決條件。為了掌握煤層瓦斯含量與突出敏感指標(biāo)鉆屑量SA值的相互關(guān)系，在抽采、未抽采以及受保護(hù)后的煤層中分別取樣直接測定煤層瓦斯含量和突出敏感指標(biāo)SA值，根據(jù)實(shí)測結(jié)果分析瓦斯含量與SA值之間的關(guān)系。通過分析測定的煤層瓦斯含量與突出敏感指標(biāo)SA值，得出松藻煤礦K1、2b、k3b煤層瓦斯含量與突出敏感指標(biāo)SA值有如下關(guān)系：1煤層：1.1448-3.4485（2722

13、3）2b煤層：1.0748-2.1587（20.6891）K3b煤層：1.9423-15.948（20.9534）式中：煤層突出敏感指標(biāo)鉆屑量SA值(kg/m) X煤層瓦斯含量（m3/t）由上式和圖4、圖5、圖6可以看出，煤層瓦斯含量與突出敏感指標(biāo)SA值有較好的相關(guān)性，瓦斯含量與突出敏感指標(biāo)1值成正比關(guān)系，當(dāng)煤層瓦斯含量增大時(shí)突出危險(xiǎn)性增加，突出敏感指標(biāo)1值也增大，反之則減小。4.2.3瓦斯壓力與突出敏感指標(biāo)K1值關(guān)系分析瓦斯也是發(fā)生煤與瓦斯突出過程中的又一個(gè)不可缺少的要素, 它的作用是利用壓力梯度破碎煤體和瓦斯由煤中快速的解吸所形成的瓦斯氣流, 將被破碎的煤搬運(yùn)出工作面,其搬運(yùn)距離取決于所形

14、成的瓦斯流的強(qiáng)弱。為了掌握煤層瓦斯壓力與突出敏感指標(biāo)K1值的相互關(guān)系，在抽采、未抽采以及受保護(hù)后的煤層中分別取樣直接測定瓦斯壓力和突出敏感指標(biāo)K1值，根據(jù)實(shí)測結(jié)果分析瓦斯壓力與K1值之間的關(guān)系。通過分析測定的瓦斯壓力與突出敏感指標(biāo)K1值，得出了松藻煤礦K1、2b、k3b煤層瓦斯壓力與突出敏感指標(biāo)K1值有如下關(guān)系：1煤層：1.1448-3.4485（27223）2b煤層：1.0748-2.1587（20.6891）K3b煤層：1.9423-15.948（20.9534）式中：煤層突出敏感指標(biāo)K1值(ml/g.min1/2) X煤層瓦斯壓力P（Mpa）由上式和圖7、圖8、圖9可以看出，煤層瓦斯壓力與突出敏感指標(biāo)K1值有較好的相關(guān)性，瓦斯壓力與突出敏感指標(biāo)1值成正比關(guān)系，當(dāng)煤層瓦斯壓力增大時(shí)突出危險(xiǎn)性增加，突出敏感指標(biāo)1值也增大，反之則減小。5 結(jié)論(1)采用DGC型瓦斯含量直接測定裝置，利用井下鉆孔取芯工藝和瓦斯解吸法直接測定煤層瓦斯含量和壓力，測定時(shí)間不超過24小時(shí)，實(shí)現(xiàn)了煤層瓦斯含量、壓力快速和直接測定。該技術(shù)為區(qū)域措施效果評估，煤層突出危險(xiǎn)性預(yù)測和防突技術(shù)措施編制等提供了科學(xué)依據(jù)。(2)通過取煤樣測定煤層瓦斯含量與K1值，經(jīng)對比分析，瓦斯含量與突出敏