瓦斯抽放工程初步設計說明書

陶二煤礦擴大區(qū)瓦斯基礎參數(shù)測定及瓦斯抽放工程初步設計PAGEPAGE16～煤炭科學研究總院撫順分院～前言 1第一部分礦井擴大區(qū)煤層瓦斯基礎參數(shù)測定及抽放可行性研究 3第一章礦井概況 4第一節(jié)井田概況 4第二節(jié)井田地質 6第三節(jié)礦井的開采技術條件 14第二章礦井瓦斯基礎參數(shù)測定 19第一節(jié)煤層瓦斯含量測定 19第二節(jié)煤層原始瓦斯壓力測定 25第三節(jié)透氣性系數(shù)和鉆孔流量衰減系數(shù) 28第四節(jié)煤瓦斯放散初速度及堅固性系數(shù) 33第五節(jié)其它瓦斯基礎參數(shù) 36第三章瓦斯抽放可行性及必要性研究 39第一節(jié)瓦斯儲量及可抽量 39第二節(jié)瓦斯抽放必要性和可能性 44第三節(jié)可行性研究結論 47第二部分擴大區(qū)瓦斯抽放工程初步設計 49第四章瓦斯抽放初步設計 50第一節(jié)礦井瓦斯來源分析 50第二節(jié)瓦斯抽放方法的選擇 51第三節(jié)鉆場及鉆孔布置 59第四節(jié)鉆孔施工設備選型及檢測儀器儀表配置 63第五節(jié)封孔方式、材料及封孔工藝 64第六節(jié)抽放瓦斯效果預計 65第七節(jié)礦井抽放規(guī)模及抽放年限 68第五章抽放管路系統(tǒng)及抽放設備選型 69第一節(jié)抽放管路系統(tǒng) 69第二節(jié)抽放設備選型 75第六章地面抽放泵站 81第一節(jié)抽放站選則與布置 81第二節(jié)瓦斯泵站及附屬設備布置 81第三節(jié)抽放站場地平面布置 81第四節(jié)電氣及通信 82第五節(jié)瓦斯抽放泵站場地建筑及環(huán)境保護 90第六節(jié)給排水、供熱及采暖 91第七章瓦斯利用 93第一節(jié)礦井瓦斯利用 93第二節(jié)瓦斯利用管路布置 93第八章抽放瓦斯管理 94第一節(jié)隊伍組織 94第二節(jié)圖紙和技術資料 94第三節(jié)管理與規(guī)章制度 95第四節(jié)常用記錄和報表樣式 96第九章安全 98第一節(jié)抽放系統(tǒng)及抽放泵站安全措施 98第二節(jié)檢測、監(jiān)控系統(tǒng) 99第十章技術經濟 101第一節(jié)機構設置及人員配置 101第二節(jié)投資 101第三節(jié)技術經濟分析與評價 102前言一、設計的基礎條件河北省邯鄲礦業(yè)集團（有限公司）陶二煤礦是一個年產1Mt的礦井，因資源逐漸萎縮后在老區(qū)東部新申請一部分井田來延續(xù)礦井生產，擴大區(qū)主采1#、2#煤層。在礦井向深部開拓過程中發(fā)現(xiàn)瓦斯涌出量大，礦井也隨著采深的增大而由低瓦斯礦井轉變成高瓦斯礦井。陶二煤礦在向擴大區(qū)深部的開拓開采過程中，隨著開拓深度的增加瓦斯涌出量也隨之增大，極大地制約了礦井正常的安全生產?；诖?，邯礦集團與礦方有關領導經過認真研究決定，于2006年2月同煤炭科學研究總院撫順分院簽訂協(xié)議對煤礦瓦斯進行治理。煤炭科學研究總院撫順分院現(xiàn)場科研人員通過對礦井的通風、瓦斯和生產現(xiàn)狀等進行調研和分析，認為礦井的煤層瓦斯基礎參數(shù)缺乏，使通風管理、瓦斯治理措施的制定缺少依據(jù)，難以為瓦斯防治工作的開展提供科學依據(jù)。針對存在的問題和初步的原因分析，提出陶二煤礦的礦井瓦斯防治思路：1、對礦井煤層瓦斯基礎參數(shù)進行測試以掌握礦井煤層瓦斯賦存情況；2、以瓦斯基礎參數(shù)測試數(shù)據(jù)為依據(jù)對礦井煤層進行瓦斯抽放可行性研究；3、進行礦井瓦斯抽放工程初步設計，設立瓦斯抽放泵站對煤層瓦斯進行抽放。二、設計的主要依據(jù)1、礦井煤層瓦斯基礎參數(shù)；2、陶二煤礦井田精查地質報告；3、陶二煤礦擴大區(qū)礦井初步設計及相關設計、施工圖等；4、陶二煤礦提供擴大區(qū)的其它地質資料；5、礦井抽放瓦斯工程設計規(guī)范(MT5018-96)；6、擴大區(qū)瓦斯基礎參數(shù)測定及抽放瓦斯設計協(xié)議書。三、設計的指導思想1、在符合規(guī)范要求、滿足使用的前提下，盡可能降低造價、節(jié)省投資；2、利用原有巷道、已有土地，不另外征購地，不增加開拓費用；3、地面泵站盡量集中建設，便于后期利用；4、設備、管材選型留有余地，便于系統(tǒng)的改擴建和進行瓦斯利用；5、采用工藝先進、符合實際。四、本次設計的主要內容1、對陶二煤礦擴大區(qū)礦井瓦斯賦存情況、抽放的必要性及可行性、抽放方法的確定、抽放效果的預計等進行闡述；2、井下瓦斯抽放管網(wǎng)與主管路敷設及管路選擇、鉆孔布置及鉆進設備選型；3、地面抽放泵站設計，包括設備選型、土建工程、總平面布置及給排水、供電、供暖、通信及安全監(jiān)測等輔助環(huán)節(jié)；4、抽放瓦斯管理及安全措施；5、技術經濟分析和工程投資概算。

第一部分礦井擴大區(qū)煤層瓦斯基礎參數(shù)測定及抽放可行性研究

第一章礦井概況第一節(jié)井田概況一、交通位置陶二煤礦擴大區(qū)位于河北省邯鄲縣境內，行政隸屬河北省邯鄲縣工程鄉(xiāng)康莊鄉(xiāng)所轄。擴大區(qū)東距邯鄲市15km，西距武安市20km，井田地面四角地理坐標詳見表1-1。井田地面四角地理坐標表表1-1位置東經北緯西北角114°20′29″36°41′55″東北角114°22′08.1″36°41′55″東南角114°18′50.7″36°34′36″西南角114°17′52.7″36°34′56.6″本區(qū)北部以4063200緯線與永年縣焦窯煤礦接壤，西以各煤層-450m等高線和F1、F2斷層為界；東部以各煤層-1050m等高線和F32斷層為界；南部以點x：4049050、y：38529450和點x：4050850、y：38525400連線為界。南北長約13km，東西寬約1.70～3.78km，有效勘探面積約28km2(2#煤層)，最大勘探深度1200m(-1050m)。邯鄲～長治鐵路從本區(qū)中部通過，在邯鄲與京廣鐵路交匯。邯鄲至武安公路分別從本區(qū)中部及北部通過，各鄉(xiāng)與村之間均有大路相通，交通極為便利，詳見交通位置圖1-1。二、地形、地貌和河流該區(qū)位于太行山與華北平原間的低丘陵地帶，呈南、北高，中部低的地理特征。焦1孔附近最高，海拔標高239.80m；八河壩附近最低，海拔標高118.00m，最大高差達121.80m。區(qū)內地貌形態(tài)主要是構造剝蝕低丘陵地貌。本區(qū)發(fā)育有一條河流——沁河，屬海河流域子牙河水系滏陽河的支流。受地形控制，沁河由西南部的師窯支流和西部的王溝支流在牛叫河村附近匯合而成，流經井田中部，沿張巖崳村流出井田，并向東匯入滏陽河。河谷底部常年流水，水量隨季節(jié)變化增減，井田內河床一般寬30～50m，最寬處可逾百米，谷底與地面的最大高差可達24m，底部常有涓涓細流，亦為雨季之泄洪洪道。其上游西溝支流建有北牛叫和北李莊水庫，西南支流建有康莊水庫，沁河建有八河壩水庫，總庫容量為29090m3。1963年最高洪水位在陶莊附近為+157m(陶莊井田精查最終報告)，在牛叫河村北小廟下部地臺邊緣最高洪水位為+123.00m。圖1-1礦井交通位置圖三、氣象及地震情況本區(qū)地處中緯度地帶，屬于半干旱溫暖帶大陸性季風氣候，四季分明，雨熱同期，晝夜溫差大。全年總的氣候特征為：氣候溫和，雨量集中，光照充足，無霜期較長，光熱資源豐富。據(jù)邯鄲氣象站資料，多年平均氣溫為13.4℃；多年月平均氣溫最高為26.9℃(7月份)，最低氣溫為-2.0℃(1月份)，極端最高氣溫為42.5℃，極端最低氣溫為-21.0℃，多年平均日照時數(shù)為2594小時，多年平均無霜期202天，積雪最大厚度14.00～16.00cm，凍土最大深度37.00～42.00cm。年內風向多為南風和西北風，最大風速20m/s。降水主要受太平洋東南季風氣候影響，因距海洋較遠，故而偏少。據(jù)邯鄲氣象站統(tǒng)計資料，多年年平均降水量為562.7mm。歷年最大降水量為1575.3mm(1963年)，歷年最小降水量為220.0mm(1986年)，可見年際變化很大，降水年內分布很不均勻，主要降水集中在夏季，汛期一般在6～9月份，降水量占全年總量的76％。本區(qū)位于太平洋地質構造帶，因而地震極為頻繁，且震級較高。第二節(jié)井田地質一、地層陶二煤礦擴大區(qū)地表出露地層有二疊系上石盒子組、石千峰組、三疊系劉家溝組、和尚溝組、二馬營組，余者均被第四系地層覆蓋，現(xiàn)將地層由老至新簡要分述如下：1、奧陶系中統(tǒng)峰峰組以巨厚～厚層狀灰色、深灰色純灰?guī)r、褐黃色花斑狀灰?guī)r和白云質灰?guī)r組成，含峰峰角石和腕足類動物化石，地層厚度170m左右。物性特性：ρs曲線明顯高于上覆地層，γ曲線明顯低于上覆巖層。2、石炭系中統(tǒng)本溪組主要由灰色巨厚層狀石灰?guī)r及淺灰色鋁質泥巖組成，含紡錘蟲未定種化石。上部夾一層不可采薄煤層(10煤層)，下部鋁質泥巖具鮞狀結構，局部含透鏡狀赤鐵礦。地層厚度13~31m，平均厚度20m。本組地層假整合于奧陶系中統(tǒng)峰峰組地層之上。3、石炭系中統(tǒng)太原組本組為一套陸海交替相沉積的泥質巖、碳酸鹽巖和碎屑巖。主要由深灰色、灰色粉砂巖、泥巖及灰色中～細粒砂巖組成。粉砂巖中含大量植物化石，鱗木、蘆木、苛達樹。其中夾有6～8層石灰?guī)r，穩(wěn)定者為伏青、小青、中青、大青灰?guī)r，是煤層對比的標志層，不穩(wěn)定有一座、野青兩層石灰?guī)r，石灰?guī)r中富含紡錘蟲及海百合莖等海生動物化石。本組地層含煤5～14層，主要可采及局部可采煤層有6、8、9煤層，由于受侵入煤系地層伏青灰?guī)r下巨厚層巖漿巖的影響，8、9煤層在12線以北不同程度受到破壞。本組地層厚度112～153m，平均厚度120m。4、二疊系下統(tǒng)(1)山西組該組為本區(qū)的主要含煤地層，地層沉積于海退系列，是在濱海環(huán)境下形成的一套過渡相三角洲沉積體系。巖性主要由深灰色粉砂巖、泥巖和淺灰色中～細粒砂巖組成，含煤2～8層，中下部1、2煤層為穩(wěn)定可采煤層。砂巖占本組厚度的40％以上，呈厚層狀，具交錯層理，普遍含菱鐵礦結核，呈假鮞狀，局部含泥質包體。在本區(qū)北部砂巖對2煤層局部由沖刷，使煤層厚度變薄或尖滅。粉砂巖中含有大量的植物化石。上界為駱駝脖砂巖，底界以北岔溝砂巖與下伏太原組地層呈整合接觸。本組地層厚度變化較大，地層厚度49～83m，平均厚度67m。(2)下石盒子組本組與下伏山西組地層連續(xù)沉積。由灰綠、深灰和帶紫花斑狀粉砂巖及淺灰色鋁質泥巖組成。頂部為一層淺灰色帶紫斑鋁質泥巖與上石盒子組一段分界，熟稱“桃花泥巖”，具鮞狀結構，質純細膩，為二疊系下部重要標志層，其特征在本區(qū)北部不易分辨，而南部較為明顯，是判層和預計見煤深度的標志。地層厚度41～87m，平均厚度68m。5、二疊系上統(tǒng)(1)上石盒子組本組地層共劃分為四段，總厚度420～647m，平均厚度517m，分別為一段：灰、深灰、紫灰花斑色粉砂巖和淺灰、灰白色砂巖組成，砂巖成份以石英為主，具交錯層理，粉砂巖多以鋁土質成份為主。本段地層厚度103～189m，平均厚度148m；二段：主要由厚層狀淺灰色、灰白色中～粗粒砂巖與厚層狀灰白、灰紫花斑粉砂巖組成。砂巖中局部含石英質礫石與粉砂巖團塊，交錯層理和平行斜層理較發(fā)育，局部可見韻律層理。砂巖含石英質小礫石，局部富集，呈礫巖層，風化后常形成同心圓狀及橢圓狀的淋濾鐵質暈圈。在12勘探線以北，因地層受后期巖漿巖侵入的熱變質作用，其砂巖石英巖化，石英組分多具次生加大結構，長石和雜基具高嶺石化和絹云母化，巖石堅硬。本段以砂巖層多且厚度大為特征，物性特征明顯易于區(qū)分，是非煤系地層的對比標高。底界以一層含礫粗礫砂巖與下伏地層分界，全區(qū)穩(wěn)定發(fā)育，厚度可達30m，為主要標志層之一。本段地層厚度103～147m，平均厚度124m；三段：以灰、紫灰色帶花斑粉砂巖為主，地面風化呈紫褐黃色，巖性較單一，植物化石稀少，夾2～3層細粒砂巖薄層，下部偶夾厚層透鏡狀粗礫砂巖，厚度變化趨勢由西向東逐漸變薄，底部以一層淺灰色粗粒砂巖與二段分界。地層厚度82～129m，平均厚度96m；四段由紫灰、灰、淡灰紫色粉砂巖與淺灰黃褐色(風化)中～粗粒砂巖呈互層沉積。頂部為深紫色帶綠斑粉砂巖，富含瘤狀灰、紫灰色鈣質結核，下部夾條帶狀薄層硅鋁巖，性脆易碎。距頂界30m左右發(fā)育一層綠灰色含礫巖屑砂巖，礫石成份為蛋白石，礫石大小不一，最大可達5cm。底界以一層淺灰色石英粗粒砂巖與下伏地層分界。本段地層在北部受巖漿巖侵入影響，以12勘探線以北較為嚴重，地表出露于10勘探線以北一帶，鉆孔揭露巖漿巖最大厚度501m，呈順層侵入，由東向西變薄，巖漿巖的侵入，造成本段地層厚度加大或被吞蝕。本段地層厚度132～182m，平均厚度149m。(2)石千峰組(P2sh)本組地層劃分為兩段，總厚度165～276m，平均厚度237m，分別為一段：由綠灰、紫灰色中～細粒砂巖與紫色粉砂巖相間交替沉積，以粉砂巖為主。砂巖中多含有紫色泥礫和石英質小礫石，具明顯的楔狀交錯層理。頂部發(fā)育一層淺灰紫、綠雜色的巖屑礫巖，礫石成份為礫巖礫屑和鈣質礫屑，其上為泥晶灰?guī)r與粉砂巖組成互層段，泥晶灰?guī)r2～4層，在本區(qū)內發(fā)育穩(wěn)定，為石千峰組地層的重要標志層。下部粉砂巖中富含瘤狀鈣質結核。底部以一層灰及淺綠灰色含礫石英雜礫巖與下伏地層分界，該層以含淡紅色燧石質礫石為特征，易于辨認，是劃分地層的主要標志。本段地層厚度92～171m，平均厚度145m；二段：由紫紅色粉砂巖、紫色泥巖及淺紫色細粒砂巖組成。下部為厚約50m的紫紅色泥巖組成，巖性均一，在局部可見灰白色鈣質結核和小溶孔；上部為紫紅色粉砂巖與淺紫色細粒砂巖組成的互層段，厚約40m左右，水平互層層理及小型交錯層理極為發(fā)育。本段以泥晶灰?guī)r頂面與一段分界。地層厚度73~105m，平均厚度92m。6、三疊系下統(tǒng)（1）劉家溝組巖性以薄～厚層狀紫色、灰紫色及紫紅色細粒砂巖為主，夾粉砂巖薄層或粉砂巖透鏡體。本組地層以含橢球狀同生圓礫含量較少，且礫徑較上部小，中下部同生圓礫增多，局部呈礫巖層，最大礫徑20cm。交錯層理和楔狀層理極為發(fā)育，薄層粉砂巖和薄～中厚層細粒砂巖相間沉積，構成互層狀結構。上部沉積膠結物硅質成份含量較高，巖石硬度較大。頂部含紫紅色泥巖碎片，溶蝕后常形成淺穴。本組與下伏二疊系石千峰組整合接觸。地層厚度大于550m。（2）和尚溝組由灰紫、淺紫色中厚度狀細粒巖間夾紫及紫紅色粉砂巖組成。下部以粉砂巖為主，夾兩薄層灰綠色礫屑砂巖，成份復雜，由形狀各異的粉砂巖、泥巖及細粒砂巖、礫巖組成。上部以細粒砂巖為主，本區(qū)未見頂界，出露不全。本組地層以粉砂巖占一定比例和無同生圓礫為特征，而區(qū)別于下伏劉家溝組地層。與下伏劉家溝組地層連續(xù)沉積。本組地層厚度大于230m。7、三疊系上統(tǒng)二馬營組因斷層缺失底部地層，所見地層為淺褐黃色中～厚層狀中粗粒砂巖為主，次為紫紅、灰黃、淺灰和藍紫色泥巖及粉砂巖。中及上部分別夾一薄層鈣質泥巖(厚度分別為0.20m和2.00m)，鈣質成份較高，似泥灰?guī)r。砂巖中交錯層理極為發(fā)育，泥巖及粉砂巖中層理不發(fā)育。中上部及上部的沉積物較細，顏色相對較淺。該組地層特征明顯易于分辨，區(qū)內出露不全，僅見零星露頭。地層厚度大于185m。8、第四系由沖洪積的砂質粘土、粘土及砂、礫石組成，地層分布不均，厚度變化大。地層厚度0～21.96m。二、構造邯鄲礦區(qū)地處山西斷?、蚣墭嬙靻卧泄皵嗍蠹墭嬙靻卧?，武安凹斷束Ⅳ級構造單元的東部，擴大區(qū)位于邯鄲礦區(qū)的東部，地處半個山至紫山東傾單斜構造的東部。本區(qū)地層總體走向為北東向、北北東向，地層傾角一般10～25°。2～6勘探線地層傾角為10～14°，6～10勘探線因巖漿侵入，使地層產壯變陡，達18～20°；18～20勘探線由于斷裂構造密度較大，使地層傾角變化較大，在斷層附近地層傾角可達30°左右。井田內的構造以斷裂為主，并伴有軸向近東西的呈“W”型的簡單寬緩褶皺構造。在24勘探線附近，有一明顯的“馬鞍型”構造，由店子背斜、史村向斜及史村東北部的向斜組合而成，雖被斷裂構造破壞的支離破碎，但其馬鞍型輪廓依然清晰。地層傾角在軸部都很平緩為6°左右，在兩翼較陡。對本井田起主導作用的斷裂帶，大致可劃分兩個斷裂束，由南向北是：由井田的南部至12勘探線間的F1、F32斷層束，其間斷層走向以北東及北北東向且斷距大為其特征；12勘探線以北的斷裂束走向以北西及北北西向且斷距較小為特征。斷層間形成地壘或地塹，這兩束斷裂構造破壞了井田內褶皺構造線的連續(xù)性和本井田的完整性?，F(xiàn)將本井田構造行跡展布情況分布敘述如下：1、褶皺（1）北牛叫葛巖崳向斜由陶二井田延伸到擴大區(qū)中北部，軸向近東西，兩翼產狀大致對稱，傾角在15～25°之間，在本區(qū)軸長1900m，并被F1F20斷層切割。有1001、普10-1、普1、普9、陶51、普7、1204、1201、1203等鉆孔控制，軸跡位置可靠。（2）南牛叫背斜由陶二井田延伸到擴大區(qū)，軸部位于13與15勘探線之間，軸向近東西，1302孔處于軸部附近，與北牛叫～葛巖崳向斜相對應，兩翼產狀大致對稱，傾角為15～25°，在本區(qū)軸線長2800m，并被F1、F20、F25斷層切割，為一寬緩的簡單背斜構造。（3）店子背斜由半個山井田向東延伸入本區(qū)，西店子村以西軸向為北東向，進入店子村以東，軸向轉為北西向，向南至24勘探線軸向轉變?yōu)榻媳毕?，軸部位于22勘探線以南，并分別被F1、F20、F37斷層切割，在本區(qū)軸線長2700m。（4）史村向斜位于21勘探線與史村之間，軸向近南北，在本區(qū)軸線長1900m。2、斷層據(jù)地質填圖、地震勘探和鉆孔揭露已發(fā)現(xiàn)大小斷層共29條，其中落差大于100m的斷層有4條，落差50～100m的有7條，落差30～50m的有4條，落差小于30m的有14條，其中影響到煤系地層的有17條。斷層的性質均為高角度正斷層，斷層傾角一般60°～70°；斷層走向多為北東及北北東向，少數(shù)北西及北北西向。多數(shù)較小斷層在非煤系地層延伸一段距離即尖滅。本井田總體構造形態(tài)為向東及南東傾斜的單斜構造，依本井田的構造發(fā)育程度和條件分析，其構造類型中等。三、煤系地層本區(qū)含煤地層為石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組，煤系地層總厚度174～267m，平均厚度207m。含煤23層，其中可采和局部可采5層。屬海陸交互相及陸相含煤沉積建造。1、本溪組主要由海相石灰?guī)r、鋁質泥巖組成，煤層不發(fā)育，井田內僅含不穩(wěn)定薄煤1層。本組以淺海相沉積為主，含有腕足類、珊瑚、牙形石等。底部以一層鋁質泥巖假整合于中奧統(tǒng)峰峰組石灰?guī)r之上，頂部以一層海相石灰?guī)r(本溪灰?guī)rL0)與上石炭統(tǒng)太原整合接觸。井田內完整揭露本溪組地層的鉆孔僅5個，其在走向和傾向上的變化特征不明顯，但其沉積穩(wěn)定且相變不大，均為石灰?guī)r和鋁質泥巖。本組頂?shù)捉鐜r性與上覆、下伏地層巖性均有明顯差異，鋁質泥巖和本溪灰?guī)r(L0)為本組劃分與對比標志。與區(qū)域地層對比程度可靠。2、太原組以深灰、灰黑色粉砂巖、砂質泥巖、泥巖和灰色細粒砂巖、中粒砂巖為主，夾石灰?guī)r6～8層，含煤5～14層，其中可采和局部可采3層，尤以下部的8、9煤層為主。本組底界以本溪灰?guī)r頂為界，與下伏地層整合接觸，主要可采煤層較多，對比標志明顯，如石灰?guī)r、煤層本身特征及頂、底板巖性特征、化石等?，F(xiàn)簡述如下：海相石灰?guī)r為標志進行煤、巖層對比。如野青灰?guī)r(L7)為4煤層直接頂板，伏青灰?guī)r(L5)為6下煤層直接頂板，大青灰?guī)r(L2)為8煤層直接頂板。其它如下架灰?guī)r(L1)、中青灰?guī)r(L3)、小青灰?guī)r(L4)、山青灰?guī)r(L6)、一座灰?guī)r(L8)厚度薄，且不穩(wěn)定，可作為小范圍的對比標志。以煤層本身特征為標志進行對比。如本井田的9煤層，厚度大、穩(wěn)定、可采，結構復雜為特征標志。本組以淺海相、過渡相為主，與本溪組比較，沼澤相及泥炭澤相相對發(fā)育。一般可劃分為6～8個小旋回，從旋回結構看，海退相序較海進相序巖層厚度大。沉積環(huán)境相對穩(wěn)定，泥炭沼澤發(fā)育，有利于厚而穩(wěn)定煤層形成。本井田鉆孔完整揭露太原組地層的僅3個孔，同時又有巖漿巖的侵入，造成地層被吞蝕變薄，地層在傾向和走向上的變化特征不明顯。3、山西組以灰色中、細粒砂巖、深灰色粉砂巖夾黑色砂質泥巖為主，含煤2～8層，其中可采煤層2層，下部的2煤層(大煤)為主要可采煤層，厚度大而穩(wěn)定。粉砂巖、泥巖中含翅羊齒、櫛羊齒及瓣輪葉植物化石。井田地層厚度沿走向和傾向上呈薄、厚相間分布，2煤層厚度沿走向由北向南呈逐漸變厚之趨勢，第2勘探線局部被沖刷。本組以過渡相為主，沼澤相、泥炭沼澤相、河床相較大原組有所增加，淺海相石灰?guī)r已經消失。峰峰～武安一帶把本組底界定在2煤層下的中粒砂巖底，在區(qū)域地層上相當于“北岔溝砂巖”。據(jù)本井田的勘探資料顯示，2煤層之下的中粒砂巖均相變?yōu)榧毩Ｉ皫r，其層位相當，故將此層細粒砂巖定為山西組底界。其頂部為駱駝脖砂巖層與上覆下石盒子組地層分界。分布在本組下部的2煤層是本組對比的標志層。四、煤層煤質1、煤層含煤特征擴大區(qū)含煤地層為二疊系下統(tǒng)山西組、石炭系上統(tǒng)太原組、中統(tǒng)本溪組，總厚度174～267m，平均厚度207m(注：未計算巖漿巖厚度)，其中山西組平均厚度67m，太原組平均厚度120m，本溪組平均厚度20m。共含煤23層，其中可采煤層和局部可采煤層5層，分別為1、2、6、8、9煤層，平均可采厚度9.09m。煤層平均總厚度18.95m，含煤系數(shù)9.1%。山西組含煤8層，分布在煤系地層最上部，煤層平均厚度7.80m，含煤系數(shù)11.6%。其中可采煤層2層，為1煤層和2煤層，平均可采厚度4.78m，可采含煤系數(shù)7.1%。太原組含煤14層，煤層平均厚度10.76m，含煤系數(shù)為9.0%。其中可采和局部煤層3層，為6、8、9煤層，平均厚度4.31m，可采含煤系數(shù)3.6%，均勻分布在本組中、下部。本溪組含煤0～1層，為10煤層，不穩(wěn)定，不可采，煤厚0.36～0.42m，平均厚度0.39m。2、可采煤層擴大區(qū)煤系地層賦存可采和局部可采煤層共5層，其中可采和大部可采煤層為1、2、9煤層，6、8煤層為局部可采煤層，其余18層煤為不可采煤層。1煤層：位于山西組地層中部，是含煤地層中最上一層可采煤層，距離下石盒子組底界平均25m，距離2煤層13～33m，平均20m。煤層厚度0.30～3.32m，平均厚度1.25m，純煤厚度0.30～2.12m，平均厚度1.17m，為薄煤層。煤層結構簡單，大部分不含夾矸。煤層較穩(wěn)定，全區(qū)大部分可采。頂板巖性以粉砂巖、泥巖為主，局部相變?yōu)橹小毩Ｉ皫r，底板巖性為富含植物根部化石的粉砂巖。煤層控制程度較高，南部和北部略低于中部。2煤層：為擴大區(qū)主要可采煤層，位于山西組下部，下距北岔溝砂巖10～20m，平均15m左右。煤層厚度0.80～7.71m，平均厚度3.53m，為中厚～厚煤層，純煤厚度0.80～7.56m。煤層結構簡單，普遍含一層夾矸。煤層頂板巖性12線北多為中、細粒砂巖，局部泥巖和粉砂巖；12～18線多為粉砂巖和泥巖，其次為中細粒砂巖，局部為巖漿巖；18線以南均為泥巖。其頂板砂巖段的厚度變化較大，擔無明顯規(guī)律。底板巖性多為粉砂巖和泥巖，個別鉆孔底板為巖漿巖。6煤層：位于太原組的中部，上距2煤層49～99m，平均64m左右，距離4煤層20～40m，平均27m左右。煤層厚度0.35～4.77m，平均厚度0.96m，純煤厚度0.35～4.77m，平均厚度0.92m，為薄煤層。煤層結構簡單，煤層較穩(wěn)定，局部可采。煤層頂板多為泥巖、粉砂巖，其次為石灰?guī)r，底板巖性為深灰色細粒砂巖、粉砂巖，其次為泥巖。8煤層：位于太原組的中部，上距6煤層32～56m，平均45m左右，距離7煤層10～25m，平均18m左右。煤層厚度0.30～1.89m，平均厚度0.98m，純煤厚度0.30～1.89m，平均厚度0.88m，為薄煤層。煤層結構簡單，煤層局部較穩(wěn)定，局部可采。煤層頂板巖性為石灰?guī)r、厚度約為6.24m，是本擴大區(qū)的主要標志層之一，底板巖性為粉砂巖或泥巖，402孔底板為巖漿巖。9煤層：為太原組主要可采煤層，位于太原組底部，上距8煤層2～16m，平均5.80m左右。煤層厚度0.67～3.64m，平均厚度2.37m，純煤厚度0.67～3.64m，平均厚度2.07m，為中厚煤層。煤層結構復雜，多數(shù)含有2層夾矸，局部含有4層夾矸，夾矸位于煤層上部和下部，單層厚度0.12m～0.53m，巖性為泥巖、粉砂巖或炭質泥巖。全區(qū)煤層厚度統(tǒng)計可采程度為94.1%，煤層厚度統(tǒng)計差0.694。。煤層頂板巖性為泥巖、粉砂巖或石灰?guī)r，底板巖性為粉砂巖或泥巖，且富含植物根莖化石。個別鉆孔底板為巖漿巖，如302孔，9煤層埋藏較深控制程度較低。各可采煤層特征見可采煤層特征詳見表1-2和擴大區(qū)綜合柱狀圖1-2。3、煤質由于受區(qū)域巖漿熱變質的影響，各煤層均變質為無煙煤，均呈黑色、灰色，條痕為灰黑色及灰色，具玻璃光澤、瀝青光澤及似金屬光澤，貝殼狀、眼球狀及參差狀斷口，半松軟～半堅硬，呈塊狀及粉狀，外生裂隙發(fā)育，性脆，煤巖組分多由亮煤組成，鏡煤及暗煤次之，屬半亮型和半暗型煤，條帶狀結構。無機組分以層狀、塊狀、透鏡狀及分散狀粘土為主，次為裂隙填充狀、細胞填充狀的方解石，細晶狀、半棱角狀的石英，分散狀、結核狀的黃鐵礦等，無機組分含量在8～19.2%之間。第三節(jié)礦井的開采技術條件一、簡述擴大區(qū)現(xiàn)開采1、2煤層，1煤層厚度為0.19～2.36m，平均厚度1.02m，頂、底板巖性多為粉砂巖。2煤層平均厚度3.53m，最大厚度4.50m，其頂板巖性為細粒砂巖，硬度Ⅲ級左右。底板巖性為細粒砂巖或中粒砂巖，為Ⅰ、Ⅱ類易管理頂板、底板。自建礦以來未發(fā)生過大型冒頂事故。治理頂、底板措施為：支護、砌碹、錨噴和自動垮落。頂板支護形式為單體液壓支柱。本區(qū)1、2、6、9煤層在勘探過程中均作過煤塵爆炸試驗，其試驗結果為各主要可采煤層均無爆炸性。投產以來也未發(fā)生過煤塵爆炸和煤層自燃事故。圖1-2擴大區(qū)煤層綜合柱狀圖(部分)PAGE73～煤炭科學研究總院撫順分院～可采煤層特征表表1-2含煤地層煤層編號煤層厚度（m）煤層間距（m）頂?shù)装鍘r性夾矸層數(shù)結構類型可采程度煤層穩(wěn)定性備注最小～最大平均最小～最大平均最小～最大平均山西組10.30～3.321.2513～3320粉、細砂巖粉砂巖0～1簡單大部可采較穩(wěn)定斷層煤點3個未統(tǒng)計。20.80～7.713.53粉、細砂巖粉砂巖0～1簡單可采穩(wěn)定斷層煤點1個，沖刷2個未統(tǒng)計。49～9864太原組60.35～4.770.96粉、石灰?guī)r泥巖0～2簡單局部可采較穩(wěn)定斷煤點2個未統(tǒng)計。21～322780.38～1.890.98石灰?guī)r砂質泥巖0～1簡單局部可采較穩(wěn)定斷煤點2個未統(tǒng)計。2～6690.67～3.642.37細、石灰?guī)r粉砂巖0～4復雜可采穩(wěn)定斷煤點2個未統(tǒng)計。說明：山西組含煤8層，除1、2層可采外，其余6層均為不可采煤層，從上至下分別為1上有4層、1下層、2上；太原組含煤14層，除6、8、9煤層局部可采外，其余11層均為不可采煤層。二、礦井瓦斯陶二煤礦投產時設計為高瓦斯礦井，CH4、CO2絕對涌出量平均值分別為15.67m3/min、5.87m3/min；CH4、CO2相對涌出量平均值分別為11.66m3/t、4.27m3/t。詳見表1-3陶二煤礦近年來年度瓦斯鑒定結果表。礦井瓦斯等級為高CH4、低CO2礦井，瓦斯涌出量主要來源于采掘工作面。陶二煤礦近年來年度瓦斯鑒定結果表表1-3年度絕對涌出量m3/min相對涌出量m3/t等級CH4CO2CH4CO2CH4199110.954.777.453.25低199213.644.059.282.75低1993停產199413.415.6321.909.20高199512.555.5214.106.20高199613.523.4610.232.62高199710.623.2612.101.87高199811.985.7210.174.85高199916.175.8310.243.69高200021.815.9913.813.79高200114.985.3910.443.76高200319.238.6610.344.66高200418.648.7310.394.87高200526.29.2811.143.95高年平均15.675.8711.66高從瓦斯等級鑒定結果表顯示瓦斯絕對涌出量有逐年增大的趨勢，特別時最近幾年，據(jù)以前擴大區(qū)在勘探過程中使用集氣式、簡易瓦斯罐和解吸法在主要可采煤層采取鉆孔瓦斯煤樣得出全井田最高瓦斯含量(CH4)為13.27ml/g·f，瓦斯主要成分最高含量為90.52%。據(jù)本區(qū)各煤層瓦斯試驗結果分析，各煤層瓦斯含量沿垂向上無明顯變化規(guī)律，但煤層的瓦斯含量在平面的分布及隨煤層埋深的不同有不同的變化特點。另外據(jù)瓦斯含量與煤層埋深關系的分析，本區(qū)主要可采煤層的瓦斯含量有隨煤層埋深的增大而增高的變化趨勢。煤層瓦斯含量的變化受構造、巖漿巖、煤層頂板巖性、煤變質程度、水文地質條件等多種地質因素的控制而不同。本區(qū)斷裂構造較發(fā)育，含煤地層受多層厚度不等的巖漿巖侵入破壞，煤變質程度高，煤層沉積環(huán)境變化較大，因此本區(qū)煤層瓦斯含量的平面分布具不均一性。主要表現(xiàn)為受斷層的影響，在位于落差較大的斷層或斷層較密集的地段瓦斯含量低，如1802孔2煤層位于F20斷層附近，其CH4含量僅0.05ml/g·f，自然瓦斯組分以N2為主，高達91.92%。斷層破碎帶為煤層瓦斯起導氣排放作用。第10勘探線以北由于受厚層巖漿巖對煤層及圍巖的擠壓破壞，巖漿巖的高溫變質作用可使煤層去氣而降低瓦斯含量。因此本區(qū)第10勘探線以北瓦斯含量較低。另外在本區(qū)北部2煤層頂板為厚層的砂巖體分布，砂巖的孔隙及透氣性不利于瓦斯從儲存，也是本區(qū)北部瓦斯含量較低的因素之一。10勘探線以南由于含煤地層收巖漿巖的影響相對較弱，煤變質程度低于北部，煤層厚度大，故瓦斯含量相對較高。根據(jù)瓦斯資料分析，初步認為：本區(qū)為陶二煤礦的自然延伸部分，煤層標高-450m～-1050m，屬隱蔽性煤田，隨著未來礦井開采深度的增大其瓦斯含量會相應增高。在礦井開采及勘探過程中未發(fā)現(xiàn)有瓦斯噴出或突出現(xiàn)象。具鄰近生產礦井資料，推斷本區(qū)礦井為高沼氣礦井。需要指出的是，由于受地質因素的影響，瓦斯分布存在不均一性，瓦斯含量南高北低，因此在未來礦井生產中應做好煤層瓦斯的探放工作，確保煤礦生產的安全。

第二章礦井瓦斯基礎參數(shù)測定第一節(jié)煤層瓦斯含量測定煤層瓦斯含量是指單位質量或體積的煤中所含有的瓦斯量，以m3/m3或m3/t表示。它是礦井瓦斯涌出量預測和煤與瓦斯突出預測的重要依據(jù)參數(shù)之一,煤層瓦斯含量的測定方法可分為直接方法和間接方法。直接法就是直接從采集的煤樣中解吸瓦斯，確定瓦斯成分和瓦斯含量。該方法的優(yōu)點是瓦斯量系直接測定的，避免了間接法測定許多參數(shù)時的測定誤差；缺點是在試樣采集過程中難免有部分瓦斯逸散，需建立損失瓦斯量補償方法。間接法是在井下實測或根據(jù)已知的規(guī)律推算煤層瓦斯壓力的基礎上，取煤樣在實驗室測定煤的孔隙率、吸附等溫線等并進行煤的工業(yè)分析，然后再計算煤層瓦斯含量。該方法的優(yōu)點是煤樣不需密封、采樣方法簡單，且如果已知煤層各個不同區(qū)域的瓦斯壓力，則可根據(jù)吸附等溫線推算各個不同區(qū)域的煤層瓦斯含量；缺點是需要在井下實測煤層瓦斯壓力?，F(xiàn)場工作人員根據(jù)“邯鄲陶二礦項目實施方案”結合陶二煤礦煤層的揭露情況以及現(xiàn)場擁有的施工條件，選用直接法對煤層的原始瓦斯含量進行測定，解吸法測定煤樣的解吸瓦斯量是在未受采動影響的原始煤層中打鉆孔取煤樣，測定煤樣瓦斯解吸規(guī)律和計算煤層解吸瓦斯量，并根據(jù)煤的瓦斯解吸規(guī)律來補償采樣過程中損失的瓦斯量。一、測定原理及方法煤層原始瓦斯含量測定原理是認為鉆孔煤樣在剛開始暴露的一段時間內，累計解吸的瓦斯量與煤樣解吸時間的平方根成正比例，即：……………(2-1)式中：Vz—煤樣自暴露起至解吸測定進行時間t時的瓦斯總解吸體積，ml；k—比例常數(shù)，ml/min1/2；t0—煤樣在解吸測定前的暴露時間，min；t—煤樣解吸測定的時間，min。根據(jù)其原理使用煤電鉆在新暴露的煤壁打鉆鉆取煤屑，取樣深度不得低于6m，裝入罐中密封。這段時間應控制在2分鐘之內。煤芯中如混合有夾矸及雜物時應與剔除。煤樣不得用水清洗，保存原狀裝罐，不可壓實。煤樣距罐口留10mm的間隙為宜，煤樣約200g左右。將煤樣罐與HFJ-2型解吸儀連接進行現(xiàn)場解吸，一般在現(xiàn)場解吸進行2個小時。開始觀測頭一個小時內，第一點間隔2min，以后每隔3～5分鐘讀數(shù)一次；第二個小時內，每隔10～20min讀數(shù)一次。如果量管體積不足以容納解吸瓦斯，可以中途用螺旋夾3將排氣管夾緊，通過吸氣球4，重新將液面提升至量管零點，然后再打開彈簧夾，繼續(xù)測定，其測定裝置連接如圖2-1所示。1—量管2—水槽3—螺旋夾4—吸氣球5—溫度計6—彈簧夾7—排氣膠管8—針頭9—密封罐圖2-1煤樣瓦斯解吸速度測定儀解吸瓦斯量按下式換算成標準條件下體積……………(2-2)式中：V0—標準狀況下解吸瓦斯體積，ml；V—量管內解吸瓦斯體積，ml；Pa—測定地點大氣壓力，Pa；t—測定地點氣溫，℃；Ps—測定地點氣溫下飽和水蒸氣壓力，Pa?，F(xiàn)場解吸完成后，拔出針頭，將取樣罐擰緊，泡在水中檢查是否有漏氣現(xiàn)象，若有滲漏應及時處理。然后送到實驗室進行再次解吸和脫氣進行煤樣瓦斯殘存量的測定工作。二、現(xiàn)場煤樣瓦斯解吸量測量2006年5月，現(xiàn)場工作人員根據(jù)“項目實施方案”結合陶二煤礦礦井的實際施工進度與現(xiàn)場具有的施工條件，分別在南總回風巷、2211工作面掘進頭、2212工作面掘進頭和擴大區(qū)井底車場大巷三個地點共采集6個煤樣進行了現(xiàn)場解吸瓦斯量測定，因在2212工作面現(xiàn)場解吸過程中發(fā)現(xiàn)煤樣密封罐發(fā)生泄漏現(xiàn)象，數(shù)據(jù)失效，其余4個現(xiàn)場解吸結果見下表2-1、表2-2、表2-3、表2-4所示。2211工作面煤樣現(xiàn)場解吸瓦斯量結果表表2-1取樣地點2211工作面上巷掘進頭對象煤層2#煤層煤樣重量(g)200取樣日期2006.5.8.11點環(huán)境溫度(℃)24.5采樣標高-420m解吸記錄解吸時間(min)2468101418222630解吸量（ml)86132168196218258288314336358解吸時間(min)3336394246505560解吸量(ml)370382392404420432448462備注因現(xiàn)場條件限制，迎頭麻花鉆桿取樣，取樣深度4m、解吸時間為60分鐘。2212工作面煤樣現(xiàn)場解吸瓦斯量結果表表2-2取樣地點2212工作面上巷掘進頭對象煤層2#煤層煤樣重量(g)210取樣日期2006.5.2.16點環(huán)境溫度(℃)25.5采樣標高-500m解吸記錄解吸時間(min)2468101418222630解吸量（ml)5684110132150180208232252272解吸時間(min)333639解吸量(ml)284296308備注因現(xiàn)場條件限制，迎頭麻花鉆桿取樣，取樣深度6m、解吸時間為39分鐘。擴大區(qū)井底車場北大巷煤樣現(xiàn)場解吸瓦斯量結果表表2-3取樣地點擴大區(qū)井底車場北大巷對象煤層1#煤層煤樣重量(g)190取樣日期2006.5.16.11點環(huán)境溫度(℃)23采樣標高-690m解吸記錄解吸時間(min)2468101418222630解吸量（ml)86124154180202240272296326348解吸時間(min)33394655607080100120150解吸量(ml)364392420456468500528576620668備注本煤樣為壓力孔施工時所取煤樣，現(xiàn)場使用150鉆機施工穿層鉆孔，取樣為煤層中間部分。

擴大區(qū)井底車場北大巷繞道煤樣現(xiàn)場解吸瓦斯量結果表表2-4取樣地點擴大區(qū)井底車場北大巷繞道對象煤層2#煤層煤樣重量(g)190取樣日期2006.5.25.20點環(huán)境溫度(℃)25.5采樣標高-697m解吸記錄解吸時間(min)2468101418222630解吸量（ml)160220264298328380420456484512解吸時間(min)33394655607080100120150解吸量(ml)528560592624640670700742774820備注本煤樣為壓力孔施工時所取煤樣，現(xiàn)場使用150鉆機施工穿層鉆孔，取樣為煤層中間部分。由于受現(xiàn)場實際條件的限制，2211工作面煤樣與2212工作面煤樣井下解吸時間偏短；擴大區(qū)井底車場煤樣井下解吸150分鐘后仍然超過1ml/min，瓦斯解吸強度仍然比較大，升井后對煤樣進行了二次解吸，解吸結果為2211工作面煤樣解吸量為220ml；2212工作面煤樣二次解吸量為40ml；井底車場北大巷煤樣二次解吸量為498ml；井底車場北大巷繞道處煤樣瓦斯二次解吸量為592ml。三、煤樣解吸前瓦斯損失量計算由公式(2-1)可知，解吸測定出的瓦斯解吸量V僅為煤樣總解吸量的一部分，僅是t0到t那部分解吸量，解吸測定前煤樣在暴露時間t0時已損失的瓦斯量，因此……………(2-3)按上式以為橫坐標，以由表2-1、表2-2和表2-3中實測瓦斯解吸累計量為縱坐標，根據(jù)煤樣初始一段暴露的時間內，累計解吸量與煤樣瓦斯解吸時間的平方根成正比的特性，作圖計算瓦斯損失量。詳見圖2-2、圖2-3、圖2-4和圖2-5所示。V(V(ml)圖2-22211工作面煤樣現(xiàn)場解吸瓦斯量損失量計算圖圖2-32212工作面煤樣現(xiàn)場解吸瓦斯損失量計算圖V(ml)V(ml)圖2-4擴大區(qū)井底車場北大巷瓦斯損失量計算圖V(ml)V(ml)圖2-5擴大區(qū)井底車場北大巷繞道瓦斯損失量計算圖通過圖解法可以求出，2211工作面煤樣現(xiàn)場解吸瓦斯量損失量損失約為96.3ml；2212工作面煤樣現(xiàn)場解吸瓦斯損失量約為79.7ml；擴大區(qū)井底車場北大巷瓦斯損失量約為86.4ml；擴大區(qū)井底車場北大巷繞道瓦斯損失量約為147.4ml；各煤樣解吸前瓦斯損失量計算結果詳見下表2-5。陶二煤礦擴大區(qū)煤樣解吸前瓦斯損失量一覽表表2-5煤樣2211工作面2212工作面井底車場北大巷井底車場北大巷繞道損失量(ml)96.379.786.4147.4通過現(xiàn)場解兩次解吸的測定工作和通過圖解法對煤樣損失量的計算，可以通過計算得出煤樣解吸總量Vz，其詳細情況詳見下表2-6。陶二煤礦擴大區(qū)煤樣解吸瓦斯量一覽表表2-6煤樣2211工作面2212工作面井底車場北大巷井底車場北大巷繞道煤樣解吸總量(ml)778.3427.71252.41559.4煤樣重量（g）200210190190煤樣解吸含量(m3/t)3.8922.0376.5928.207四、煤樣殘存瓦斯量測定煤殘存瓦斯含量的測定是在煤樣瓦斯解吸測定結束后，將煤樣罐密封，然后送撫順分院科研中心實驗室進行測定，測定工作包括煤樣粉碎前真空脫氣和煤樣粉碎后真空脫氣兩個過程，二者之和為煤樣的殘存瓦斯量。通過試驗測定結果：殘存瓦斯含量為1.974~6.284m3/t·f，詳細數(shù)據(jù)見下表2-7。

陶二煤礦擴大區(qū)煤樣殘存瓦斯量一覽表表2-7煤樣2211工作面2212工作面井底車場北大巷井底車場北大巷繞道煤樣重量(g)200210190190可燃質重量(g)158.88161.97142.16148.01瓦斯殘存量(m3/t·f)4.9321.9744.8166.284瓦斯殘存量(m3/t)3.9171.5233.6034.895五、煤層瓦斯含量測定結果直接法測定的煤層瓦斯含量等于上述各解吸瓦斯量與殘存瓦斯量之和。各煤樣瓦斯解吸總量及其殘存瓦斯含量匯總情況詳見下表2-8。陶二煤礦擴大區(qū)煤樣總瓦斯含量匯總表表2-8煤樣2211工作面2212工作面井底車場北大巷井底車場北大巷繞道所屬煤層2#2#1#2#煤樣解吸含量(m3/t)3.8922.0376.5928.207殘存瓦斯含量(m3/t)3.9171.5233.6034.895瓦斯含量(m3/t)7.8093.56010.19513.102由上表2-8可以看出陶二煤礦擴大區(qū)煤層瓦斯含量在3.560~13.102m3/t之間，從數(shù)據(jù)分析結合現(xiàn)場解吸時煤巷掘進時的瓦斯涌出情況來看，2212工作面2#煤樣瓦斯含量結果較煤層原始瓦斯含量偏低，此煤樣瓦斯含量數(shù)據(jù)不可靠，故應予舍棄。綜上所述，陶二煤礦擴大區(qū)井底車場水平煤層瓦斯含量情況為1#煤層瓦斯含量在10.195m3/t左右；2#煤層隨煤層埋藏深度變大而增加，隨標高-420m增深至-697m時，煤層瓦斯含量也由7.809m3/t增加到13.102m3/t。第二節(jié)煤層原始瓦斯壓力測定煤層瓦斯壓力是指煤孔隙中所含游離瓦斯的氣體壓力，即氣體作用于孔隙壁的壓力。其為煤層瓦斯流動和涌出的基本參數(shù)，亦是煤層瓦斯流動的動力，它不僅決定著煤層瓦斯含量與涌出量的大小，而且對于煤與瓦斯突出危險性預測與合理制訂防突措施等均起著重要的作用。因此,準確測定煤層瓦斯壓力是十分必要的。一、測壓地點選擇測定煤層瓦斯壓力地點要盡量避開斷層、褶曲、裂隙帶等其它地質構造帶，鉆孔周圍煤層處于原始狀態(tài)，經過分析和比較，結合礦井開拓、煤層賦存和風、水、電等條件來選擇?，F(xiàn)場工作人員通過井下實地考察結合煤層揭露情況，和礦方有關領導協(xié)商決定，在南總回風巷和擴大區(qū)新建井底車場大巷內施工鉆孔對1#煤層和2#煤層進行原始瓦斯壓力測定，測壓鉆孔位置及參數(shù)詳見表2-9。各測壓鉆孔位置及參數(shù)表表2-9孔號地點測點標高（m）對象煤層傾角（°）孔徑（mm）孔深（m）見煤深度（m）透煤長度（m）1#南總回風巷-4201#909020.518.02.33#擴大區(qū)北大巷-6901#807522.521.01.25#擴大區(qū)北大巷繞道-6972#557524.616.38.3備注地面海拔標高在118.00m到239.80m之間，最大高差達121.80m。二、測定方法及過程煤層原始瓦斯壓力測定方法為：由巖石巷道向未受影響的原始煤層施工鉆孔，然后向鉆孔中插入測壓管，再將鉆孔嚴密封閉堵嚴使之不漏氣，測壓管上安裝壓力表與煤層內氣室相連通。壓力表值隨時間推移而上升，待壓力上升并穩(wěn)定于某一值超過三天，可視其值即為煤層瓦斯壓力（表壓），以此測出煤層原始瓦斯壓力，本次側壓孔均為上向鉆孔且側壓孔傾角較大，三個煤層原始瓦斯壓力測定側壓孔封孔安裝如圖2-6所示。1—測壓煤層2—測壓鉆孔3—測壓室4—測壓導氣管5—水泥漿6—壓力表接頭7—壓力表圖2-6測壓鉆孔封孔方法示意圖本礦井煤層原始瓦斯壓力測定時測壓管選用4′無縫鋼管，封孔材料選用水泥漿，用泥漿泵注入孔內，所有測壓鉆孔封孔長度大于10m。封孔完成24小時后待水泥漿凝固后安裝壓力表，并定期觀測壓力值，各鉆孔瓦斯壓力上升情況如圖2-7、圖2-8和圖2-9所示。圖2-71#壓力孔（1#煤層）壓力上升曲線圖圖2-83#壓力孔（1#煤層）壓力上升曲線圖圖2-95#壓力孔（2#煤層）壓力上升曲線圖三、煤層原始瓦斯壓力測定結果從圖2-7、圖2-8和圖2-9中可以看出，1#孔和3#孔壓力上升正常。在5#壓力孔施工之前，在距開孔位置3m的地方施工一個測壓孔，封孔深度為12.5m，但封孔完成后發(fā)現(xiàn)導氣管堵塞，無法進行測壓工作，現(xiàn)場工作人員用堵頭將測壓管密封后，重新施工5#壓力孔。測壓5#壓力孔表壓值在2006年6月10到6月18日之間表壓力從1.40MPa下降至1.28MPa，但最后又回升至1.41MPa直至穩(wěn)定，估計此現(xiàn)象是先前施工壓力孔中被堵塞的導氣管被壓力擊穿后壓力孔內壓力重新平衡所至。1#測壓孔地點選擇時受井下巷道布置和煤層回采位置等條件限制，附近有老采空區(qū)、測壓地點頂板巖石不完整且距其不遠處頂板巖石破碎，導致封孔不嚴密，此壓力孔壓力值并不可靠。各煤層原始瓦斯壓力測定結果詳見表2-10所示：各測壓鉆孔測壓結果表表表2-10孔號地點所測煤層見煤深度（m）封孔深度（m）測點標高（m）表壓（MPa）絕壓（Mpa）1#南總回風巷1#煤層18.012.5-4200.200.303#擴大區(qū)北大巷1#煤層21.012.5-6901.761.865#擴大區(qū)北大巷繞道2#煤層16.314.0-6971.411.51備注地面海拔標高在118.00m到239.80m之間，最大高差達121.80m，1#壓力孔壓力值不可靠。第三節(jié)透氣性系數(shù)和鉆孔流量衰減系數(shù)一、透氣性系數(shù)測定煤層透氣性系數(shù)是衡量煤層中瓦斯流動難易程度的重要指標，是評價煤層瓦斯能否實行預抽的基本參數(shù)。由于煤是一種多孔介質,在一定壓力梯度下，氣體可以在煤體內流動，透氣性系數(shù)表示煤層內瓦斯流動難易程度，其物理意義是：在1m長煤體上，當壓力平方差為1MPa2時，通過1m2煤層斷面，每日流過的瓦斯立方米數(shù)。目前我國廣泛采用煤層瓦斯向鉆孔流動的狀態(tài)屬徑向不穩(wěn)定流動的基礎上建立的，通過測定煤層瓦斯徑向不穩(wěn)定流量來計算煤層透氣性系數(shù)。徑向不穩(wěn)定流動的計算公式見表2-11。

徑向不穩(wěn)定流動參數(shù)計算公式表2-11流量準數(shù)Y時間準數(shù)F0=Bλ系數(shù)a指數(shù)b煤層透氣性系數(shù)λ常數(shù)A常數(shù)B10-2～11～1010～102102～103103～105105～107110.930.5880.5120.344-0.38-0.28-0.20-0.12-0.10-0.065表中:Y—流量準數(shù)，無因次；F0—時間準數(shù)，無因次；a、b—系數(shù)與指數(shù)，無因次；—煤層瓦斯含量系數(shù)，m3/m3·MPa1/2；a1煤＝11.76m3/m3·MPa1/2、a2煤＝17.32m3/m3·MPa1/2；—煤的瓦斯含量，m3/m3；1煤＝15.60m3/m3、2煤＝20.57m3/m3；P—確定煤瓦斯含量時的瓦斯壓力，MPa；P1煤=1.76MPa、P2煤=1.41MPa；—煤層原始的絕對瓦斯壓力(表壓力加0.1)，MPa；—鉆孔內排放瓦斯時的瓦斯壓力，一般為0.1MPa；—鉆孔半徑，m；=0.04m；—煤層透氣性系數(shù)，m2/MPa2·d；—在排放瓦斯時間為t時的鉆孔煤壁單位面積瓦斯流量，m3/(m2.d)，可由下式確定：—在時間為t時測出的鉆孔流量，m3/d；Q1煤=1.28m3/d、Q2煤=6.60m3/d—鉆孔見煤長度，一般為煤層厚度，m；1煤＝1.18m、2煤＝6.7m；；—從鉆孔卸壓到測定鉆孔瓦斯流量的時間，d。t＝1現(xiàn)場工作人員利用煤層原始瓦斯壓力測定孔進行了壓力測定和鉆孔流量的測定工作，在鉆孔卸壓24小時后測得2#煤層鉆孔瓦斯流量為4.58L/min；1#煤層鉆孔瓦斯流量為0.89L/min，2#煤層透氣性計算過程為：A＝＝＝0.0691B＝＝＝267.8測量與鉆孔卸壓時間間隔不長，選用F0=10～102范圍公式進行計算得λ＝1.1×0.06911.25×267.81/4＝0.158m2/MPa2·d代入校檢公式F0=Bλ＝267.8×0.158＝42.31，F(xiàn)0在10～102內，公式適用，結果正確。將所測1#煤層鉆孔流量利用同樣方法進行計算，得出陶二煤礦擴大區(qū)1#煤層：λ=0.125m2/MPa2·d、F0=67.67。即1#煤層和2#煤層透氣性系數(shù)分別為：1#煤層：λ=0.125m2/MPa2·d、F0=67.67；2#煤層：λ=0.158m2/MPa2·d、F0=42.19。二、鉆孔流量衰減系數(shù)測定1、鉆孔瓦斯流量測定選擇具有代表性的煤層區(qū)段打鉆孔，測定瓦斯流量隨時間的變化規(guī)律，最后計算出鉆孔的瓦斯流量衰減系數(shù)，在實際測定中，根據(jù)測定瓦斯衰減鉆孔要求結合現(xiàn)場施工條件，使用150鉆機在南總回風巷和擴大區(qū)井底車場北大巷施工煤層孔二個，對2#煤層的鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)進行測定；受井下巷道施工條件限制，使用風動防突鉆機加麻花鉆桿在擴大區(qū)井底車場水倉聯(lián)絡巷處也施工一個順層鉆孔，用于對1#煤層鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)進行測定，鉆孔具體參數(shù)如表2-12所示。各測壓鉆孔位置及參數(shù)表表2-12孔號地點測量煤層傾角（°）孔徑（mm）孔深（m）封孔深度（m）有效長度（m）2#南總回風巷2#煤層07530.82.020.04#擴大區(qū)北大巷2#煤層07527.02.025.06#擴大區(qū)水倉聯(lián)絡巷1#煤層05025.02.023.0備注傾角為鉆孔中心線與煤層之間夾角，4#鉆孔涌水量大，測量初始流量為3.1L/min，因南總回風成巷時間超過150天，鉆孔實際有效長度20m左右。鉆孔施工完成后封孔，使用4′鍍鋅鐵管作為導氣管，待封孔完成后測量鉆孔流量，采用ZLD-2型多級流量計對鉆孔瓦斯流量進行定時測量。ZLD-2型多級流量計進行流量測量時通過下式計算測量值：……………(2-4)式中：q—鉆孔流量，L/min；K—所選用噴嘴的流量系數(shù)，L/min·mm水柱1/2，該系數(shù)由實驗室校檢后給出；K1—瓦斯?jié)舛刃拚禂?shù)，煤層瓦斯?jié)舛韧ǔＴ?5%以上，該系數(shù)取為1.34；Δh—水柱計壓差讀數(shù)，mm。因4#鉆孔施工時涌水量較大，且鉆孔瓦斯流量明顯不正常，為了保證參數(shù)準確性，此鉆孔瓦斯流量測量值不參與計算。測量鉆孔瓦斯流量結果如表2-13和表2-14所示。2#鉆孔瓦斯流量測定結果表表2-13時間(d)初始量(l/min)26.9024.3623.519.0216.49.859.288.75時間(d)20.0025.0030.0040.0050.00流量(l/min)8.256.144.572.531.40備注初始流量為鉆孔成孔實測量流量，17天以后流量為推算流量。6#鉆孔瓦斯流量測定結果表表2-14時間(d)初始量1357161718流量(l/min)22.0120.0716.6813.8611.525.014.574.16時間(d)192025304050流量(l/min)3.803.462.181.370.540.22備注初始流量為回歸所得流量，7天以后流量為推算流量。2、鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)根據(jù)煤層瓦斯流動理論分析，煤層鉆孔的瓦斯涌出量隨著時間的延長呈衰減變化。鉆孔的瓦斯流量隨時間而衰減變化的特性系數(shù)，稱為鉆孔的瓦斯流量衰減系數(shù)。鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)α和煤層透氣性系數(shù)一樣，同是評價煤層瓦斯預抽難易程度的一個重要指標，雖煤層透氣性系數(shù)說明抽放難易程度最為直觀，但由于井下測定煤層透氣性較為復雜，不如鉆孔流量衰減系數(shù)容易掌握。測定鉆孔流量衰減系數(shù)對于評價煤層可抽性來說尤為重要，實踐證明，鉆孔瓦斯流量的變化規(guī)律基本符合下面的負指數(shù)方程：……………(2-5)式中：—鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)，d-1；—鉆孔的初始瓦斯流量，m3/min；—經t時鉆孔瓦斯流量，m3/min；t—排放瓦斯時間，d。煤層鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)計算方法為鉆孔密封后經t1時間測定其瓦斯流量q1，經t2時間（數(shù)日）后再測其瓦斯流量q2，并按又2-5轉換的下式計算?！?2-6)將表2-13、2-14中的數(shù)據(jù)經轉換代入式2-6，用最小二乘法求2#煤層2#鉆孔α=0.0591d-1、r=0.932；將此系數(shù)帶回公式2-5做出指數(shù)曲線與實測流量曲線進行對比，如圖2-10所示：圖2-10實測流量與公式曲線對比圖通過以上對比圖可知，兩條曲線趨勢相同，圖線基本重合，計算式正確，使用同樣方法可以得出1#煤層鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為α=0.0925d-1、r=0.99。綜上所述，可以得出擴大區(qū)煤層鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為：2#煤層：α=0.0591d-1；r=0.932；1#煤層：α=0.0925d-1；r=0.99。第四節(jié)煤瓦斯放散初速度及堅固性系數(shù)一、瓦斯放散初速度ΔP測定瓦斯放散初速度ΔP是反映煤在常壓下吸附瓦斯的能力和含瓦斯煤體暴露時放散瓦斯（從吸附狀態(tài)轉化為游離狀態(tài)）快慢的一個指標。煤的放散瓦斯的性能是由煤的物理、力學性質來決定的。《防治煤與瓦斯突出細則》將瓦斯放散初速度納入煤與瓦斯突出預測單項指標之一，并確定其臨界值為10（礦井無實測臨界值時）。1、測定步驟(1)采樣在井下煤層新暴露面的上、中、下層位采集煤樣，密封嚴實防止風化，送到實驗室，煤樣要附有標簽上注明采樣地點、所采煤層號、采樣時間等。(2)制樣將新采集的煤樣進行粉碎，篩分出粒度為0.2～0.25mm的煤樣。每一煤樣取2個試樣，每個試樣重3.5g；(3)煤樣試驗a.把2個試樣分別裝入ΔP測試儀的2個試樣瓶中；b.啟動真空泵對試樣脫氣1.5h；c.脫氣1.5h后關閉真空泵，將甲烷瓶與試樣瓶相連，在1個大氣壓下充氣，使煤樣吸附瓦斯1.5h；d.關閉試樣瓶和甲烷瓶閥門，使試樣瓶與甲烷瓶隔離；e.開動真空泵對儀器管道死空間進行脫氣，使U型管汞真空計兩端汞面持平；f.停止真空泵，關閉儀器死空間通往真空泵的閥門，打開試樣瓶閥門，使煤樣與儀器被抽空的死空間相連并同時啟動秒表計時，10s時關閉閥門，讀出汞柱計兩端汞柱差P1（mm），45s時再次打開閥門，60s時關閉閥門，再一次讀出汞柱計兩端汞柱差P2（mm）。(4)瓦斯放散初速度指標的計算a.瓦斯放散初速度指標按下式計算：ΔP=P2－P1b.同一煤樣的兩個試樣測出的ΔP之差不應大于1，否則需要重新測定。2、測定結果為了測定陶二煤礦1#煤層和2#瓦斯放散初速度指標，煤炭科學研究總院撫順分院現(xiàn)場科研人員在首采區(qū)皮帶上山掘進頭新暴露面和擴大區(qū)井底車場南、北大巷以及水倉通道處分別采集了4個煤樣（1#煤層和2#煤層各2個），密封后送撫順分院科研中心試驗室進行瓦斯放散初速度ΔP值的測定，其測定結果見表2-15。瓦斯放散初速度ΔP值測定結果表2-15實驗室煤樣編號采樣地點對象煤層采樣點標高(m)ΔP值2006-109-14擴大區(qū)井底車場北大巷繞道2#-70019.072006-109-41首采區(qū)皮帶上山掘進面2#-50026.942006-109-15擴大區(qū)井底車場南大巷1#-71122.942006-109-40擴大區(qū)水倉通道1#-71122.37二、煤的堅固性系數(shù)f煤的堅固性系數(shù)f值是指煤的力學破壞性質，它實質上反映的是單位質量的煤破壞所消耗能量的大小，是標志煤抵抗外力破壞能力的一個重要指標?！斗乐蚊号c瓦斯突出細則》將煤的堅固性系數(shù)的臨界值定為0.5（礦井無實測臨界值時）。1、測定步驟煤的堅固性系數(shù)f值按以下測定步驟得出：(1)采樣與制樣a.沿新暴露的煤層的上、中、下部各取塊度為10cm左右的煤樣若干，并用塑料袋包嚴，以免風化；b.煤樣要附有標簽，注明采樣地點、層位和時間等；c.在煤樣攜帶、運送過程中，應注意不得摔碰；d.在實驗室將煤樣用小錘碎制成20～30mm的小塊，用孔徑為20或30mm的篩子篩選；e.稱取制備好的試樣50g為一份，每5份為一組，共稱取3組。(2)試驗步驟a.將搗碎筒放置在水泥地板或2cm厚的鐵板上，放入試樣一份，將2.4kg的重錘提高到600mm的高度，使其自由落下沖擊試樣，每份沖擊3次，把5份搗碎后的試樣裝在同一容器中；b.把每組搗碎后的試樣一起倒入孔徑0.5mm分樣篩中篩分，篩至不再漏下煤粉為止；c.把篩下的煤粉裝入計量筒中，輕輕敲打使之密實，然后插入具有刻度的活塞尺與筒內粉末面接觸。在計量筒口相平處讀取數(shù)l。當l≥30mm時，沖擊次數(shù)n即可定為3次，按上述步驟進行其它各組測定；否則，第一組試樣作廢，每份試樣沖擊次數(shù)改為5次，重復以上各步驟，測定煤粉高度l。(3)堅固性系數(shù)的計算堅固性系數(shù)按下式計算：f=20n/l……………(2-9)式中f—堅固性系數(shù)；n—每份試樣沖擊次數(shù)，次；l—每組試樣篩下煤粉的計量高度，mm；測定平行樣3組（每組5份），取算數(shù)平均值，計算結果取一位小數(shù)。(4)軟煤堅固性系數(shù)的確定如果取得的煤樣達不到測定f值所要求的粒度，可采取粒度1～3mm的煤樣按上述要求進行測定，并按下式換算：當f1～3﹥0.25時，f=1.57f1～3﹣0.14；當f1～3≤0.25時，f=f1～3式中f1～3—粒度為1～3mm時煤樣的堅固性系數(shù)。2、測定結果煤炭科學研究總院撫順分院現(xiàn)場科研人員在首采區(qū)皮帶上山掘進頭新暴露面和擴大區(qū)井底車場南、北大巷取樣3個（1#煤層一個、2#煤層2個），密封后送撫順分院科研中心試驗室進行煤的堅固性系數(shù)f值測定，其余測定結果見表2-15。煤的堅固性系數(shù)f值測定結果表2-17實驗室煤樣編號采樣地點對象煤層采樣點標高(m)f值2006-109-14擴大區(qū)井底車場北大巷繞道2#-7002.222006-109-41首采區(qū)皮帶上山掘進面2#-5001.472006-109-15擴大區(qū)井底車場南大巷1#-7112.50試驗結果顯示，本礦井煤堅固性系數(shù)較大。有點矛盾，是否未取到軟煤層？有點矛盾，是否未取到軟煤層？第五節(jié)其它瓦斯基礎參數(shù)一、煤質工業(yè)分析為對本礦井1#煤層和2#煤層進