祥升煤礦3#煤層瓦斯參數(shù)測(cè)定及賦存規(guī)律研究

呂 龍

(山西壽陽(yáng)潞陽(yáng)祥升煤業(yè)有限公司， 山西 壽陽(yáng)縣 045400)

0 前 言

山西壽陽(yáng)潞陽(yáng)祥升煤業(yè)有限公司位于壽陽(yáng)縣城以北約15 km處，行政區(qū)劃隸屬壽陽(yáng)縣解愁鄉(xiāng)管轄。本井田主要含煤地層為山西組和太原組，含可采煤層6層，編號(hào)為3#，6#，8#，9#，15#，15下#，可采含煤系數(shù)為7.1%，山西組地層總厚為43.88 m，可采的3#，6#煤層總厚為3.90 m，可采含煤系數(shù)為9.6%。太原組地層總厚為123.00 m，可采的8#，9#，15#，15下#煤層總厚為7.65 m，可采含煤系數(shù)為6.2%。

本區(qū)位于沁水煤田西北邊緣，靠近煤層露頭處，整體上為一北東走向，傾向南東的單斜構(gòu)造，傾角3°～12°，在井田的北部，煤層露頭附近，地層走向近東西，傾向南，隨著地層向南擴(kuò)展，地層走向轉(zhuǎn)為北東，傾向南東。在井田的中南部發(fā)育了兩條寬緩的向背斜，褶幅和延伸長(zhǎng)度都不大。在本區(qū)北部發(fā)育有F1和F22兩條正斷層。

背斜位于井田中南部尖山村-河底村一線(xiàn)，由鉆探資料控制，軸向北東，兩翼基本對(duì)稱(chēng)，傾角5°左右，褶曲幅度不大，井田內(nèi)延伸長(zhǎng)度2500 m。向斜位于P107至D380孔一線(xiàn)，由鉆探資料控制，軸向北東，與背斜平行展開(kāi)，西北翼傾角8°，東南翼傾角5°左右，井田內(nèi)延伸長(zhǎng)度約1000 m。在礦井開(kāi)采中，發(fā)現(xiàn)了一些陷落柱，形態(tài)多為橢圓形及近似圓形，陷壁角75°，按15下#煤底板上統(tǒng)計(jì)，共22個(gè)，長(zhǎng)軸最大為250 m，最小為20 m，短軸最大為140 m，最小為12 m。本井田構(gòu)造復(fù)雜程度屬簡(jiǎn)單類(lèi)。

1 3#煤層瓦斯賦存參數(shù)測(cè)定

為了掌握山西壽陽(yáng)潞陽(yáng)祥升煤業(yè)有限公司3#煤層開(kāi)采過(guò)程中的瓦斯涌出規(guī)律，對(duì)3#煤層瓦斯賦存參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，包括現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室兩部分?，F(xiàn)場(chǎng)部分包括：煤層瓦斯壓力、煤層原始瓦斯含量、鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)、煤層透氣性系數(shù)及煤的破壞類(lèi)型；實(shí)驗(yàn)室部分包括：煤對(duì)瓦斯吸附常數(shù)、放散初速度、煤的堅(jiān)固性系數(shù)等[1-3]。

1.1 煤層瓦斯含量測(cè)定

在祥升煤業(yè)3#煤層上組煤集中回風(fēng)巷300 m以及上組煤集中回風(fēng)巷500 m處2個(gè)地點(diǎn)分別取樣，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 直接法測(cè)定3#煤層瓦斯含量結(jié)果

1.2 3#煤層瓦斯壓力測(cè)定

直接法測(cè)定煤層瓦斯壓力，即在現(xiàn)場(chǎng)選取合適打鉆位置施工測(cè)壓孔實(shí)測(cè)煤層瓦斯壓力。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，3#煤層測(cè)定地點(diǎn)選擇在上組煤軌道大巷500 m、上組煤運(yùn)輸大巷1300 m處向3#煤施工上向鉆孔以及上組煤回風(fēng)大巷650, 1050 m處施工順層鉆孔。祥升煤業(yè)3#煤層測(cè)壓鉆孔的各項(xiàng)參數(shù)及測(cè)定結(jié)果如表2所示。

1.3 煤的堅(jiān)固性系數(shù)測(cè)定

煤的堅(jiān)固性系數(shù)(f值)采用落錘法測(cè)試，測(cè)試器具為搗碎筒和計(jì)量筒[4]，利用上述方法對(duì)該礦3#煤層上組煤回風(fēng)大巷300 m、上組煤回風(fēng)大巷500 m處取樣進(jìn)行測(cè)定，其測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 3#煤層瓦斯壓力測(cè)定鉆孔參數(shù)及測(cè)定結(jié)果

表3 3#煤層f值測(cè)定結(jié)果

1.4 瓦斯放散初速度測(cè)定

瓦斯放散初速度測(cè)試需用專(zhuān)用的△P測(cè)試儀在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，瓦斯放散初速度△P=P2-P1，同一煤樣的兩個(gè)試樣測(cè)出的△P值之差不應(yīng)大于1，否則需要重新測(cè)試[5]，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 3#煤層△P測(cè)定結(jié)果

2 煤層瓦斯含量分布規(guī)律

煤層瓦斯含量受多種地質(zhì)因素的制約，諸如煤質(zhì)、埋藏深度、構(gòu)造、煤的物理化學(xué)性質(zhì)、煤層頂?shù)装鍘r性等等，不同礦區(qū)，各種地質(zhì)因素施加影響的顯著性可能是不相同的。對(duì)某一個(gè)具體井田而言，在諸多地質(zhì)因素中總有一個(gè)主導(dǎo)因素控制瓦斯含量在全井田范圍內(nèi)變化的總體趨勢(shì)，其它地質(zhì)因素只能在局部范圍內(nèi)影響煤層瓦斯含量[6]。根據(jù)3#煤層全井田都是焦煤，煤質(zhì)變化不大、煤的物理化學(xué)性質(zhì)、煤層頂?shù)装鍘r性都沒(méi)有變化。根據(jù)F1以南井下實(shí)測(cè)和鉆孔瓦斯含量數(shù)據(jù)，來(lái)分析礦井瓦斯含量分布規(guī)律，回歸曲線(xiàn)如圖1所示。

由圖1可看出，礦井瓦斯含量具有隨埋深增加而加大的趨勢(shì)，埋深每增加100 m；3#煤層瓦斯含量增長(zhǎng)2.10 m3/t 。

3 結(jié) 論

祥升煤礦3#煤層上組煤集中回風(fēng)巷300， 500 m瓦斯含量分別為9.62 m3/t、9.80 m3/t。3#煤層8個(gè)鉆孔相對(duì)瓦斯壓力為0.10～0.14 MPa。3#煤層上組煤回風(fēng)大巷300 m、上組煤回風(fēng)大巷500 m處煤的堅(jiān)固性系數(shù)值分別為0.16， 0.27，煤層瓦斯放散初速度為11.8～14.9。根據(jù)井下3#煤層的采掘現(xiàn)狀，所布置測(cè)點(diǎn)受到局限，建議在以后的生產(chǎn)過(guò)程中加強(qiáng)煤層瓦斯參數(shù)測(cè)定工作，更多的掌握瓦斯賦存規(guī)律，以便更好的治理礦井瓦斯，為礦井安全生產(chǎn)工作提供依據(jù)及技術(shù)支撐。

圖1 3#煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系散點(diǎn)圖