深部煤层瓦斯赋存规律及其涌出特征

深部煤层瓦斯赋存规律及其涌出特深部煤层瓦斯赋存规律及其涌出特 征征 瓦斯是煤矿的主要自然灾害之一 长期以来一直严重威胁 着煤矿的安全生产和矿井的经济效益 近几年来 少数低瓦斯 矿井由于瓦斯规律不明 对突发的局部瓦斯异常涌出常疏于防 范 相继发生了一系列的重大瓦斯事故 根据近几年统计资料 初步表明 该类事故约占事故总数的 25 左右 给国家和人 民的生命财产造成了巨大损失 因此 矿井瓦斯赋存 瓦斯涌 出及其防治技术的研究多年来一直是我国煤矿 特别是高 突 瓦斯矿井的重点研究课题 瓦斯研究工作受到了人们的高度重 视 1 夹河煤矿深部煤层瓦斯赋存规律及涌出特征研究的目的夹河煤矿深部煤层瓦斯赋存规律及涌出特征研究的目的 和意义和意义 夹河煤矿是徐州矿务集团公司主力矿井之一 从近几年生 产中瓦斯涌出情况及实际瓦斯涌出资料来看 夹河煤矿矿井瓦 斯来源较为丰富 因此 随着矿井开采深度的进一步延伸 瓦 斯涌出量的增加 瓦斯涌出异常现象的发生将成为可能 故探 明并了解深部煤层瓦斯赋存规律及其涌出特征 对于更好地采 取具有针对性的瓦斯防治技术措施 避免采掘工作面瓦斯积聚 和超限 甚至煤与瓦斯突出事故的发生 做到预防瓦斯超前 实现矿井安全采煤具有十分重要的现实意义 2 夹河煤矿夹河煤矿 2 7 和和 9 煤层物理性质和煤层特征分析煤层物理性质和煤层特征分析 2 12 7 和 9 煤层描述 1 下石盒组 2 煤层 2 煤层全区发育 沉积特征明显 属结构复杂 沉积较稳 定的可采中厚煤层 煤层厚度 0 20 4 41m 平均 1 81m 煤的 容重为 1 34t m3 其变化规律与井田构造格架有关 2 山西组 7 煤层 7 煤层全区发育 沉积特征明显 属全区可采的较稳定中 厚煤层 煤层厚度 0 37 5 35m 平均 2 28m 煤的容重为 1 34t m3 其变化规律与井田构造格架有关 3 山西组 9 煤层 9 煤层在夹 2 号断层以东及 f1 号断层上盘 总体上 9 煤 层沉积厚度大 稳定性好 而夹 2 号断层以西煤层沉积厚度小 稳定性差 属大部区域可采的较稳定中厚煤层 煤层厚度 0 20 4 05m 平均 1 49m 煤的容重为 1 35t m3 其变化规律 与井田构造格架有关 2 2 夹河煤矿 2 7 和 9 煤层物理性质 夹河煤矿 2 7 和 9 煤层物理性质如表 1 所示 表表 1 夹河煤矿夹河煤矿 2 7 和和 9 煤层物理性质煤层物理性质 煤 层 号 颜 色 光泽 坚 固性系 数 真密 度 视密 度 断口 裂 隙 2 黑 色 半亮 半暗淡 型 2 065 1 314 3 1 247 8 条带 状 鳞片 状至块状 发 育 7 黑 色 半亮型 玻璃光 泽 3 435 1 336 8 1 253 4 条带 状 具平 坦状至贝 壳状 发 育 9 黑 色 半亮 光亮型 玻璃光 泽 2 812 1 313 2 1 220 6 条带 状 块状 结构 发 育 3 夹河煤矿夹河煤矿 2 7 和和 9 煤层瓦斯地质分析煤层瓦斯地质分析 3 1 钻孔煤层瓦斯含量及成分分析 近几年 集团公司地质勘探工程处对夹河煤矿 2 7 和 9 煤层进行了 23 次瓦斯含量解吸测定 钻孔煤层瓦斯分析使用瓦 斯吸附解吸实验仪及气样色谱质谱仪进行煤层瓦斯含量测定与 成分分析 测定结果如表 2 所列 由表 2 可知 7 9 煤层甲 烷含量较 2 煤层高 各煤层瓦斯成分均以甲烷为主 重烃微量 据煤层瓦斯成分分析 本煤田瓦斯分带应为沼气带 表表 2 主要煤层瓦斯含量与成分测定结果主要煤层瓦斯含量与成分测定结果 瓦斯成分 煤层 编号 甲烷 含量 毫克 克 可燃物 ch4 co2 n2 c2 c8 2 0 575 4 661 2 73 27 33 8 2 71 60 76 6 70 1 7 97 12 06 0 06 5 6 44 22 58 0 00 8 08 4 60 7 0 487 8 374 4 49 35 02 9 1 91 66 07 4 99 1 3 54 8 74 0 09 5 2 66 23 64 0 00 4 08 1 55 9 0 690 10 119 4 528 42 29 9 4 62 78 28 2 47 1 3 20 7 04 1 89 3 7 22 14 39 0 00 1 28 0 29 3 2 夹河煤矿瓦斯地质分析 综合分析瓦斯测试结果来看 夹河煤矿深部煤层瓦斯赋存 特征为 1 7 9 煤层瓦斯含量较高 绝对瓦斯量与相对瓦斯量 按 1 1 3 计算 7 煤层有 2 个样 9 煤层有 1 个样 所换算的 相对瓦斯涌出量大于 10m3 t d 2 各主要煤层瓦斯含量成分复杂 除甲烷外 可燃气体 还包括 c2h6 nc4h10 co2 含量一般占总气体量的 7 04 12 06 3 封闭式的 f1 和 f2 逆断层对瓦斯的逸散没有影响 而 作为张开式的 f4 正断层附近瓦斯含量明显减少 4 煤层顶底板岩性对瓦斯气体的保存有一定影响 5 夹河煤矿整体上属于低瓦斯矿井 但在夹河煤矿的西 部区域 由于存在小型褶曲构造 顶板砂岩含泥质成分 透气 性差 为瓦斯积聚创造了条件 曾在西部区域采掘过程中 不 同程度地发生过瓦斯涌出和小型喷出现象 最高相对瓦斯涌出 量高达 9 76m3 t d 该区域属于异常瓦斯涌出区 6 地质构造与瓦斯涌出关系密切 小断层密集地段 易 于瓦斯的扩散和溢出 瓦斯涌出往往偏低 对于 2 煤层来说 由于 1 煤层与 2 煤层相距较近 瓦斯联系较为密切 当开采 2 煤层时 必须注意 1 煤层对 2 煤层的影响 避免发生瓦斯涌 出现象 对于工作面处于小型褶曲的轴部时 易于出现瓦斯积 聚 3 3 夹河煤矿瓦斯涌出特征分析 根据采掘工作面瓦斯涌出量的观察 夹河煤矿瓦斯涌出量 有以下几个特点 1 深部水平的相对瓦斯涌出量高于浅部水平的相对瓦斯 涌出量 如表 3 所列 可见 随着开采水平不断向深部延伸 地温和地压不断增加 ch4 和 co2 的相对瓦斯涌出量呈现增加 趋势 如表 3 所列 表表 3 夹河煤矿不断延伸的夹河煤矿不断延伸的 ch4 和和 co2 的相对瓦斯涌出量的相对瓦斯涌出量 绝对瓦斯涌出量 m3 min 相对瓦斯涌出量 m3 t d 年度 ch4co2ch4co2 200110 5910 454 584 51 200212 938 964 943 42 200310 1813 34 413 79 200413 0412 875 225 61 200511 028 045 223 81 200614 0311 786 645 58 2 下石盒子组煤层瓦斯相对涌出量高于山西组煤层瓦斯 相对涌出量 3 瓦斯涌出量与煤层厚度及顶 底板岩性有关 煤层较 厚时 瓦斯含量高 而煤层较薄时 瓦斯含量低 同时 煤层 的顶 底板岩性亦与煤层的瓦斯含量有密切关系 当顶板为泥 岩且完整时 透气性差 不利于瓦斯的逸散 瓦斯含量往往较 高 当顶板为砂岩且裂隙发育时 透气性较好 有利于瓦斯的 逸散 瓦斯含量往往较低 从以上分析可见 随着矿井的延伸 地温和地压的不断增 大 夹河煤矿的瓦斯涌出量也有增大的趋势 瓦斯异常涌出区 也将增多 因此 对于瓦斯的管理不可掉以轻心 特别是对于 开拓新水平或靠近褶曲及断裂带附近时 必须注意瓦斯涌出量 的变化 3 4 夹河煤矿瓦斯赋存影响因素分析 1 煤层的围岩条件 煤层是瓦斯的良好储集层 围岩的性质直接影响到煤层瓦 斯含量的大小 从煤层顶 底板岩性看 2 7 和 9 煤层直接 顶均由泥岩 砂质泥岩组成 局部为中 细砂岩 当煤层顶板 为泥岩时 甲烷含量一般较高 当煤层顶板为砂岩时 甲烷含 量一般较低 2 褶曲结构对瓦斯含量的影响 褶曲对煤层瓦斯的分布和聚集有一定影响 从各煤层甲烷 含量分布可以看出 较高的甲烷含量点多分布在背斜轴心处 特别是地垒构造带形成高瓦斯区 同时也受煤层顶板岩性变化 的影响 3 断层结构对瓦斯含量的影响 井田断层较发育 大小断层多达几十条 且以逆断层为主 断层落差在 8 270m 之间 主要分布于井田中部 由各煤层甲 烷含量分布可以看出 断层附近钻孔甲烷含量一般较低 分析 其原因与井田经历 3 个时期时 不同方向挤压力产生的裂隙和 煤层与对盘接触的岩性有关 当煤层与对盘砂岩接触时 瓦斯 含量降低 当煤层与对盘泥岩接触时 瓦斯含量趋于增大 3 5 各煤层瓦斯涌出来源分析 开采区域内主要可采煤层分为 2 7 和 9 煤层 按照由上 而下的开采顺序 首先开采的煤层 瓦斯涌出量不仅包括本煤 层瓦斯涌出量 而且包括相邻煤层的卸压瓦斯涌出量 因此首 先开采的煤层瓦斯涌出量较大 当首采的煤层开采后 其余煤 层瓦斯涌出量均低于本煤层的瓦斯含量 所以 做好首采煤层 的瓦斯治理工作非常关键 3 6 各煤层瓦斯突出预测 从钻孔采取各煤层煤芯制作煤样进行煤的瓦斯吸附解吸实 验 从测定结果分析可看出 7 9 煤层甲烷含量较 2 煤层高 各煤层瓦斯成分均以甲烷为主 重烃微量 据煤层瓦斯成分 井田瓦斯分带应为沼气带 同时按照由上而下的开采顺序 首 先开采 2 煤层 使 7 9 煤层得到解放和瓦斯释放 从而消除 局部 7 9 煤层区域的高瓦斯涌出和可能发生的瓦斯动力现象 4 结语结语 从以上有关夹河煤矿 3 个煤层 2 7 9 物理性质和 煤层特征分析 钻孔煤层瓦斯含量及成分的实验分析和井田瓦 斯地质分析 可以得出以下几点结论 1 夹河煤矿 2 7 9 煤层赋存稳定 受到地质破坏 较少 孔裂隙均较发育 有利于煤层瓦斯的释放 2 夹河煤矿 2 7 9 煤层瓦斯成分以甲烷为主 重 烃微量 井田煤层瓦斯属于沼气带 3 从井田瓦斯地质状况分析 当煤层顶板为泥岩时 甲 烷含量一般较高 当煤层顶板为砂岩时 甲烷含量一般较低 较高的瓦斯含量点多分布在背斜的轴部 而较低的甲烷含量点 多分布在背斜