煤層瓦斯賦存規(guī)律綜合研究

1、收稿日期:2007-03-08基金項(xiàng)目:國(guó)家“十五”科技攻關(guān)資助項(xiàng)目(2005BA813B0711作者簡(jiǎn)介:秦法秋(1971- , 男, 河南輝縣人, 現(xiàn)任鄭煤集團(tuán)大平煤礦總工程師, 主要從事煤礦安全管理與生產(chǎn)工作。煤層瓦斯賦存規(guī)律綜合研究秦法秋(鄭州煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司大平煤礦, 河南登封452473摘要:利用多源數(shù)據(jù)融合和瓦斯地質(zhì)要素分析的方法, 研究了勘探和生產(chǎn)期間實(shí)測(cè)瓦斯含量, 利用瓦斯參數(shù)和瓦斯含量等數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)融合, 并通過(guò)豐富翔實(shí)的鉆孔資料建立起瓦斯含量預(yù)測(cè)公式, 實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦井瓦斯含量的預(yù)測(cè)。關(guān)鍵詞:煤層; 瓦斯賦存規(guī)律; 預(yù)測(cè)中圖分類(lèi)號(hào):T D712+15文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào)

2、:1671-0959(2007 0820069203大平煤礦隸屬于鄭煤集團(tuán), 屬于突出礦井, 2004年10月20日21軌道下山巖巷掘進(jìn)工作面發(fā)生了特大型煤與瓦斯突出事故。瓦斯地質(zhì)研究、預(yù)測(cè)與防治成為礦井的中心工作之一。目前, 煤層瓦斯含量主要依靠勘探和生產(chǎn)期間實(shí)測(cè)獲得, 數(shù)據(jù)來(lái)源比較單一。文章利用多源數(shù)據(jù)融合分析的方法, 綜合生產(chǎn)期間實(shí)測(cè)瓦斯含量、反算的瓦斯含量、預(yù)測(cè)的瓦斯含量等幾組數(shù)據(jù), 1, 測(cè)點(diǎn)14個(gè)。21采區(qū)及其附近, 其它區(qū)域測(cè)點(diǎn)稀少。由于采樣質(zhì)量、測(cè)定方法不同等原因, 實(shí)測(cè)瓦斯含量測(cè)值并不全部真實(shí)可靠, 需要進(jìn)行分析校正, 如集氣法瓦斯含量測(cè)值乘112的損失系數(shù)、瓦斯帶煤樣甲烷成

3、分低于80%時(shí)剔除等1。根據(jù)以上可靠性分析原則, 獲得勘探期間合格鉆孔點(diǎn)15個(gè), 生產(chǎn)期間14個(gè)(見(jiàn)表1 。合格點(diǎn)瓦斯含量與埋深具有較好的線(xiàn)性關(guān)系, R 2>018, 評(píng)價(jià)結(jié)果可靠。2計(jì)算瓦斯含量煤層瓦斯含量計(jì)算公式如下:X =X 1+X 2式中X 煤層瓦斯含量, m 3/t;X 1煤層中游離瓦斯含量, m 3/t; X 2煤層中吸附瓦斯含量, m 3/t 。1 煤層中游離瓦斯含量按氣體狀態(tài)方程求得:X 1=V PT /T 0P 0K式中V 煤的孔隙容積, V =01064m 3/t; P 煤層絕對(duì)瓦斯壓力, M Pa; P 0標(biāo)準(zhǔn)狀況下的壓力, 0 MPa; K 甲烷壓縮系數(shù), K T

4、 0, 0273K; T =293K 。Lang muir 方程計(jì)算:2=1+bP e n (t n -t 1+(0110+010058V rM ad 100-A -M 100式中a 、b 吸附常數(shù);e 自然對(duì)數(shù)的底, e =21718; t n 吸附試驗(yàn)溫度, 取30; t 煤層溫度, 取20;V r、M ad 、A d 煤中揮發(fā)分含量、水分含量、灰分含量, %。研究中, 共收集瓦斯壓力點(diǎn)15個(gè), a 、b 值21個(gè), 實(shí)際計(jì)算瓦斯含量點(diǎn)14個(gè), 其中21采區(qū)7個(gè), 與實(shí)測(cè)含量點(diǎn)重復(fù), 只作為多源數(shù)據(jù)融合分析的依據(jù); 16采區(qū)7個(gè), 換算后作為最終瓦斯含量數(shù)據(jù)(表1 。14個(gè)瓦斯含量點(diǎn)與埋深

5、具有較好的線(xiàn)性關(guān)系, 可決系數(shù)R 2>017, 說(shuō)明計(jì)算結(jié)果可靠。3利用瓦斯涌出量反算瓦斯含量瓦斯含量是瓦斯涌出量的主要影響因素之一, 在其它條件相同或相似時(shí), 可以利用瓦斯涌出量反演瓦斯含量2-3。其計(jì)算公式是:W =(1-C qK +R 0式中W 原煤甲烷含量, m 3/t;962007年第8期煤炭工程研究探討Q 絕對(duì)瓦斯涌出量(包括抽放量 , m 3/min; 日平均產(chǎn)量, t;R 殘余瓦斯含量(可實(shí)測(cè)獲得 , R =2m 3/t; C 扣除系數(shù), C =A(式中A 工作面采場(chǎng)長(zhǎng),m, B 工作面上下順槽釋放寬度, B =15m ;K 本煤層瓦斯涌出構(gòu)成, 老頂初次來(lái)壓前取1,老頂

6、初次來(lái)壓后計(jì)算值為0171。根據(jù)以上計(jì)算公式, 計(jì)算了4個(gè)保存資料較好、月份回采正常的工作面瓦斯含量, 計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。瓦斯含量與埋深具有較好的線(xiàn)性關(guān)系, R 2>016, 計(jì)算結(jié)果可靠。表1 煤層瓦斯含量匯總表4瓦斯含量多源數(shù)據(jù)融合分析多源數(shù)據(jù)融合分析的方法是通過(guò)相同測(cè)點(diǎn)不同數(shù)據(jù)源瓦斯含量進(jìn)行一系列的對(duì)比校正, 最后使多源數(shù)據(jù)間能夠進(jìn)行有效互換和數(shù)據(jù)統(tǒng)一, 共同而真實(shí)的反應(yīng)煤層瓦斯含量值。通過(guò)對(duì)以上四組數(shù)據(jù)對(duì)比有如下特點(diǎn):1 從整體上看, 四組數(shù)據(jù)瓦斯含量值總體上能表現(xiàn)出一致性的變化規(guī)律, 對(duì)應(yīng)性較好, 見(jiàn)圖1。2 勘探和生產(chǎn)期間實(shí)測(cè)的瓦斯含量值耦合較好, 數(shù)據(jù)間相對(duì)誤差較小, 一般在

7、10%以?xún)?nèi), 可以作為對(duì)比的依據(jù)。3 利用瓦斯參數(shù)和瓦斯涌出量反算的瓦斯含量值總體偏大, 與實(shí)測(cè)的瓦斯含量值對(duì)比相對(duì)誤差一般在30%左右, 在利用時(shí)應(yīng)當(dāng)校正, 校正成實(shí)測(cè)瓦斯含量的平均比例為0175。5瓦斯含量預(yù)測(cè)根據(jù)井田瓦斯地質(zhì)要素分析, 影響煤層瓦斯含量的地1瓦斯涌出量反算值; 2勘探實(shí)測(cè)值;3生產(chǎn)實(shí)測(cè)值; 4參數(shù)計(jì)算值圖1四組瓦斯含量對(duì)比圖質(zhì)因素有煤層基巖埋深、頂板巖性厚度、頂板巖層含砂率、煤層厚度、水分、灰分等4-5。單因素瓦斯含量相關(guān)分析是以18個(gè)可靠的瓦斯含量點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行的, 分析結(jié)果見(jiàn)表2。從表中可以看出, 煤層基7研究探討煤炭工程2007年第8期 巖埋深是影響瓦斯含量的最重要地

8、質(zhì)因素, 其次是煤層頂板含砂率, 煤層煤質(zhì)等對(duì)瓦斯含量影響較小。井田內(nèi)瓦斯地質(zhì)要素是已知的, 瓦斯含量在大部分區(qū)域是未知的, 通過(guò)建立已知煤層瓦斯含量與各地質(zhì)要素之間的關(guān)系, 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)未知區(qū)的瓦斯含量預(yù)測(cè)。為了突出主要因素和實(shí)用, 研究中僅以煤層基巖埋深和煤層頂板巖層含砂率參與擬合, 其它次要因素不參加擬合。瓦斯含量與相關(guān)地質(zhì)要素的擬合以18個(gè)可靠的瓦斯含量點(diǎn)和地質(zhì)要素?cái)?shù)據(jù)為基礎(chǔ), 利用DPS 軟件進(jìn)行線(xiàn)性回歸, 回歸公式是:Q =3157307+0101682K 1-114268K 2式中Q 瓦斯含量, m 3/t;K 1基巖埋深, m;表2煤層瓦斯含量與地質(zhì)因素相關(guān)系數(shù)一覽表影響因素基巖

9、埋深煤層參數(shù)煤厚水分灰份圍巖頂板巖性頂板泥巖頂板砂質(zhì)泥巖含砂率相關(guān)系數(shù)016592010144010289010008010759010389010955K 2含砂率。利用該模型計(jì)算的煤層瓦斯含量相關(guān)系數(shù)為01818443, 說(shuō)明瓦斯含量與上覆基巖厚度和煤層頂板巖層含砂率線(xiàn)性關(guān)系密切。圖2為實(shí)測(cè)鉆孔瓦斯含量與根據(jù)上述公式預(yù)測(cè)的瓦斯含量關(guān)系折線(xiàn)圖, 從圖中可以看出, 兩條折線(xiàn)基本一致, 說(shuō)明利用上述公式進(jìn)行預(yù)測(cè)是可信的。井田內(nèi)75 個(gè)鉆孔進(jìn)行了回歸預(yù)測(cè)。圖2實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值關(guān)系折線(xiàn)圖根據(jù)以上五組數(shù)據(jù)共計(jì)125個(gè)瓦斯含量點(diǎn)繪制了井田瓦斯含量等值線(xiàn)圖, 見(jiàn)圖3。從圖中可以看出, 瓦斯含量等值線(xiàn)形態(tài)及變

10、化與煤層底板等高線(xiàn)近似一致, 說(shuō)明瓦斯含量受埋深影響較大。6結(jié)論1 對(duì)瓦斯參數(shù)計(jì)算和瓦斯涌出量反算的瓦斯含量乘0175系數(shù)校正后可以和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)一起使用, 實(shí)現(xiàn)了礦井瓦斯多源數(shù)據(jù)融合。2 勘探和生產(chǎn)期間實(shí)測(cè)以及利用瓦斯參數(shù)計(jì)算和瓦斯涌出量反算的瓦斯含量值均與埋深有很好的線(xiàn)性關(guān)系; 通過(guò)研究礦井瓦斯地質(zhì)要素與煤層瓦斯含量的關(guān)系, 確定了煤層基巖埋深是控制瓦斯含量的主要因素, 并以此建立了圖3大平煤礦瓦斯含量等值線(xiàn)圖瓦斯含量預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型, 實(shí)現(xiàn)了對(duì)未知區(qū)域的瓦斯含量預(yù)測(cè)。3 依據(jù)實(shí)測(cè)、計(jì)算和預(yù)測(cè)的瓦斯含量繪制了井田瓦斯含量等值線(xiàn)圖, 可用于指導(dǎo)礦井瓦斯災(zāi)害預(yù)測(cè)與防治的工作。參考文獻(xiàn):1王兆豐, 劉軍. 方莊煤礦二1煤瓦斯賦存規(guī)律探討J .煤炭工程, 2005, (3 :5355.2程五一, 王魁軍, 張建國(guó). 工作面相對(duì)瓦斯涌出量反序求解瓦斯含量的方法J .礦業(yè)工程與環(huán)保, 2000, 27(5 :2021.3張瑞林, 張彬, 李東印. 基于瓦斯地質(zhì)編圖中煤層瓦斯含量與瓦斯涌出量關(guān)聯(lián)