深部煤層瓦斯賦存規(guī)律及其涌出特征

1、深部煤層瓦斯賦存規(guī)律及其涌出特征瓦斯是煤礦的主要自然災(zāi)害之一，長(zhǎng)期以來(lái)一直嚴(yán)重威脅著煤礦的安 全生產(chǎn)和礦井的經(jīng)濟(jì)效益。近幾年來(lái)，少數(shù)低瓦斯礦井由于瓦斯規(guī)律 不明，對(duì)突發(fā)的局部瓦斯異常涌出常疏于防范，相繼發(fā)生了一系列的 重大瓦斯事故（根據(jù)近幾年統(tǒng)計(jì)資料初步表明，該類(lèi)事故約占事故總 數(shù)的 25%左右），給國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成了巨大損失。因此，礦 井瓦斯賦存、瓦斯涌出及其防治技術(shù)的研究多年來(lái)一直是我國(guó)煤礦， 特別是高、突瓦斯礦井的重點(diǎn)研究課題，瓦斯研究工作受到了人們的 高度重視。1 夾河煤礦深部煤層瓦斯賦存規(guī)律及涌出特征研究的目的和意義 夾河煤礦是徐州礦務(wù)集團(tuán)公司主力礦井之一。從近幾年生產(chǎn)中瓦斯

2、涌 出情況及實(shí)際瓦斯涌出資料來(lái)看，夾河煤礦礦井瓦斯來(lái)源較為豐富， 因此，隨著礦井開(kāi)采深度的進(jìn)一步延伸，瓦斯涌出量的增加，瓦斯涌 出異?，F(xiàn)象的發(fā)生將成為可能。故探明并了解深部煤層瓦斯賦存規(guī)律 及其涌出特征，對(duì)于更好地采取具有針對(duì)性的瓦斯防治技術(shù)措施，避 免采掘工作面瓦斯積聚和超限、甚至煤與瓦斯突出事故的發(fā)生，做到 預(yù)防瓦斯超前，實(shí)現(xiàn)礦井安全采煤具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。2 夾河煤礦 2#、 7#和 9#煤層物理性質(zhì)和煤層特征分析2.12#、 7#和 9#煤層描述（1）下石盒組 2#煤層2#煤層全區(qū)發(fā)育，沉積特征明顯，屬結(jié)構(gòu)復(fù)雜、沉積較穩(wěn)定的可采中 厚煤層。煤層厚度 0.204.41m，平均1.81

3、m，煤的容重為1.34t/m3 , 其變化規(guī)律與井田構(gòu)造格架有關(guān)。（2）山西組 7#煤層 7#煤層全區(qū)發(fā)育，沉積特征明顯，屬全區(qū)可采的較穩(wěn)定中厚煤層。煤層厚度0.375.35m，平均2.28m，煤的容重為1.34t/m3，其變化規(guī)律 與井田構(gòu)造格架有關(guān)。（3）山西組 9#煤層9#煤層在夾 2號(hào)斷層以東及 f1 號(hào)斷層上盤(pán)，總體上 9#煤層沉積厚度大， 穩(wěn)定性好；而夾 2 號(hào)斷層以西煤層沉積厚度小，穩(wěn)定性差，屬大部區(qū) 域可采的較穩(wěn)定中厚煤層。煤層厚度 0.204.05m,平均1.49m,煤的 容重為1.35t/m3，其變化規(guī)律與井田構(gòu)造格架有關(guān)。2.2夾河煤礦 2#、7#和 9#煤層物理性質(zhì)夾河

4、煤礦 2#、7#和 9#煤層物理性質(zhì)如表 1 所示。表 1 夾河煤礦 2#、7#和 9#煤層物理性質(zhì) 煤層號(hào)顏色光澤堅(jiān)固性系數(shù)真密度視密度斷口裂隙2#黑色半亮半暗淡型 2.0651.31431.2478條帶狀、鱗片狀至塊狀發(fā)育 7#黑色半亮型,玻 璃光澤 3.4351.33681.2534 條帶狀、具平坦?fàn)钪霖悮畎l(fā)育 9#黑色半 亮光亮型玻璃光澤 2 . 8 1 2 1 . 3 1 32 1 . 22 06條帶狀、塊狀結(jié)構(gòu)發(fā)育3 夾河煤礦 2#、 7#和 9#煤層瓦斯地質(zhì)分析3.1 鉆孔煤層瓦斯含量及成分分析 近幾年,集團(tuán)公司地質(zhì)勘探工程處對(duì)夾河煤礦2#、7#和 9#煤層進(jìn)行了 23 次瓦斯

5、含量解吸測(cè)定，鉆孔煤層瓦斯分析使用瓦斯吸附解吸實(shí)驗(yàn)儀 及氣樣色譜質(zhì)譜儀進(jìn)行煤層瓦斯含量測(cè)定與成分分析。 測(cè)定結(jié)果如表 2 所列。由表 2 可知， 7#、9#煤層甲烷含量較 2#煤層高，各煤層瓦斯成 分均以甲烷為主，重?zé)N微量。據(jù)煤層瓦斯成分分析，本煤田瓦斯分帶 應(yīng)為沼氣帶。表 2 主要煤層瓦斯含量與成分測(cè)定結(jié)果煤層編號(hào)甲烷含量毫克/克 可燃物瓦斯成分ch4(%) co2(%) n2(%) c2c8(%) 2#0.5754.6612.7327.3382.7160.766.7017.9712.060.0656.4422.580.008.084.607#0.4878.3744.4935.0291.91

6、66.074.9913.548.740.0952.6623.640.004.081.559#0.69010.1194.52842.2994.6278.282.4713.207.041.8937.22 14.390.001.280.293.2夾河煤礦瓦斯地質(zhì)分析 綜合分析瓦斯測(cè)試結(jié)果來(lái)看，夾河煤礦深部煤層瓦斯賦存特征為：(1) 7#、9#煤層瓦斯含量較高，絕對(duì)瓦斯量與相對(duì)瓦斯量按1 : 1.3計(jì)算， 7#煤層有 2 個(gè)樣， 9煤層有 1 個(gè)樣，所換算的相對(duì)瓦斯涌出量 大于 10m3/t d。( 2)各主要煤層瓦斯含量成分復(fù)雜， 除甲烷外，可燃?xì)怏w還包括 c2h6nc4h10。co2含量一般占總氣

7、體量的 7.04%12.06%。(3) 封閉式的 f1 和 f2 逆斷層對(duì)瓦斯的逸散沒(méi)有影響，而作為張開(kāi)式 的 f4 正斷層附近瓦斯含量明顯減少。(4) 煤層頂?shù)装鍘r性對(duì)瓦斯氣體的保存有一定影響。(5) 夾河煤礦整體上屬于低瓦斯礦井，但在夾河煤礦的西部區(qū)域，由 于存在小型褶曲構(gòu)造，頂板砂巖含泥質(zhì)成分，透氣性差，為瓦斯積聚 創(chuàng)造了條件。曾在西部區(qū)域采掘過(guò)程中，不同程度地發(fā)生過(guò)瓦斯涌出 和小型噴出現(xiàn)象，最高相對(duì)瓦斯涌出量高達(dá)9.76m3/t d,該區(qū)域?qū)儆诋?常瓦斯涌出區(qū)。(6) 地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯涌出關(guān)系密切。小斷層密集地段,易于瓦斯的擴(kuò) 散和溢出,瓦斯涌出往往偏低；對(duì)于 2#煤層來(lái)說(shuō),由于 1#煤

8、層與 2# 煤層相距較近,瓦斯聯(lián)系較為密切,當(dāng)開(kāi)采 2#煤層時(shí),必須注意 1#煤 層對(duì) 2#煤層的影響，避免發(fā)生瓦斯涌出現(xiàn)象；對(duì)于工作面處于小型褶曲的軸部時(shí)，易于出現(xiàn)瓦斯積聚。3.3 夾河煤礦瓦斯涌出特征分析 根據(jù)采掘工作面瓦斯涌出量的觀察，夾河煤礦瓦斯涌出量有以下幾個(gè) 特點(diǎn)：（1）深部水平的相對(duì)瓦斯涌出量高于淺部水平的相對(duì)瓦斯涌出量，如 表 3 所列。可見(jiàn)，隨著開(kāi)采水平不斷向深部延伸，地溫和地壓不斷增 加，ch4和co2的相對(duì)瓦斯涌出量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，如表3所列。表3夾河煤礦不斷延伸的ch4和co2的相對(duì)瓦斯涌出量年度絕對(duì)瓦斯涌出量（m3/min）相對(duì)瓦斯涌出量（m3/t d）ch4co2ch

9、4co2200110.5910.454.584.51200212.938.964.943.42200310.18 13.34.413.79200413.0412.875.225.61200511.028.045.223.81200614.031 1.786.645.58（2）下石盒子組煤層瓦斯相對(duì)涌出量高于山西組煤層瓦斯相對(duì)涌出量。（3）瓦斯涌出量與煤層厚度及頂、底板巖性有關(guān)。煤層較厚時(shí)，瓦斯 含量高，而煤層較薄時(shí)，瓦斯含量低。同時(shí)，煤層的頂、底板巖性亦 與煤層的瓦斯含量有密切關(guān)系。當(dāng)頂板為泥巖且完整時(shí)，透氣性差， 不利于瓦斯的逸散， 瓦斯含量往往較高； 當(dāng)頂板為砂巖且裂隙發(fā)育時(shí)， 透氣性較好

10、，有利于瓦斯的逸散，瓦斯含量往往較低。從以上分析可見(jiàn)，隨著礦井的延伸，地溫和地壓的不斷增大，夾河煤 礦的瓦斯涌出量也有增大的趨勢(shì)，瓦斯異常涌出區(qū)也將增多。因此，對(duì)于瓦斯的管理不可掉以輕心，特別是對(duì)于開(kāi)拓新水平或靠近褶曲及 斷裂帶附近時(shí)，必須注意瓦斯涌出量的變化。3.4 夾河煤礦瓦斯賦存影響因素分析（1）煤層的圍巖條件 煤層是瓦斯的良好儲(chǔ)集層，圍巖的性質(zhì)直接影響到煤層瓦斯含量的大 小。從煤層頂、底板巖性看， 2#、 7#和 9#煤層直接頂均由泥巖、砂質(zhì) 泥巖組成，局部為中、細(xì)砂巖。當(dāng)煤層頂板為泥巖時(shí)，甲烷含量一般 較高；當(dāng)煤層頂板為砂巖時(shí)，甲烷含量一般較低。（2）褶曲結(jié)構(gòu)對(duì)瓦斯含量的影響 褶曲對(duì)

11、煤層瓦斯的分布和聚集有一定影響。從各煤層甲烷含量分布可 以看出，較高的甲烷含量點(diǎn)多分布在背斜軸心處，特別是地壘構(gòu)造帶 形成高瓦斯區(qū)，同時(shí)也受煤層頂板巖性變化的影響。（3）斷層結(jié)構(gòu)對(duì)瓦斯含量的影響 井田斷層較發(fā)育，大小斷層多達(dá)幾十條，且以逆斷層為主，斷層落差 在8270m之間，主要分布于井田中部。由各煤層甲烷含量分布可以 看出，斷層附近鉆孔甲烷含量一般較低，分析其原因與井田經(jīng)歷 3 個(gè) 時(shí)期時(shí)，不同方向擠壓力產(chǎn)生的裂隙和煤層與對(duì)盤(pán)接觸的巖性有關(guān)。 當(dāng)煤層與對(duì)盤(pán)砂巖接觸時(shí)， 瓦斯含量降低； 當(dāng)煤層與對(duì)盤(pán)泥巖接觸時(shí)， 瓦斯含量趨于增大。3.5 各煤層瓦斯涌出來(lái)源分析 開(kāi)采區(qū)域內(nèi)主要可采煤層分為 2#

12、、7#和 9#煤層，按照由上而下的開(kāi)采 順序，首先開(kāi)采的煤層，瓦斯涌出量不僅包括本煤層瓦斯涌出量，而 且包括相鄰煤層的卸壓瓦斯涌出量，因此首先開(kāi)采的煤層瓦斯涌出量 較大，當(dāng)首采的煤層開(kāi)采后，其余煤層瓦斯涌出量均低于本煤層的瓦 斯含量，所以，做好首采煤層的瓦斯治理工作非常關(guān)鍵。3.6 各煤層瓦斯突出預(yù)測(cè) 從鉆孔采取各煤層煤芯制作煤樣進(jìn)行煤的瓦斯吸附解吸實(shí)驗(yàn)，從測(cè)定 結(jié)果分析可看出， 7#、9#煤層甲烷含量較 2#煤層高，各煤層瓦斯成分 均以甲烷為主，重?zé)N微量。據(jù)煤層瓦斯成分，井田瓦斯分帶應(yīng)為沼氣 帶。同時(shí)按照由上而下的開(kāi)采順序，首先開(kāi)采 2#煤層，使 7#、9#煤層 得到解放和瓦斯釋放，從而消除

13、局部 7#、 9#煤層區(qū)域的高瓦斯涌出和 可能發(fā)生的瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象。4 結(jié)語(yǔ)從以上有關(guān)夾河煤礦 3 個(gè)煤層（ 2#、7#、 9#）物理性質(zhì)和煤層特征分 析、鉆孔煤層瓦斯含量及成分的實(shí)驗(yàn)分析和井田瓦斯地質(zhì)分析，可以 得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：（1）夾河煤礦 2#、7#、9#煤層賦存穩(wěn)定，受到地質(zhì)破壞較少，孔裂隙 均較發(fā)育，有利于煤層瓦斯的釋放。（2）夾河煤礦 2#、7#、9#煤層瓦斯成分以甲烷為主，重?zé)N微量，井田 煤層瓦斯屬于沼氣帶。（3）從井田瓦斯地質(zhì)狀況分析，當(dāng)煤層頂板為泥巖時(shí)，甲烷含量一般 較高；當(dāng)煤層頂板為砂巖時(shí)，甲烷含量一般較低。較高的瓦斯含量點(diǎn) 多分布在背斜的軸部。而較低的甲烷含量點(diǎn)多分布在背斜兩翼部位。 當(dāng)煤層與斷層相遇時(shí)，