袁店二井煤矿72煤层瓦斯赋存规律技术研究

袁店二井煤矿72煤层瓦斯赋存规律技术研究

【摘 要】结合矿井勘探和揭煤过程中的瓦斯地质资料，详细分析了81、82采区范围内72煤层瓦斯赋存特征，收集、整理矿井生产阶段瓦斯基本参数以及在已采81、82采区的7211、7226工作面的瓦斯涌出情况，总结了81、82采区72煤层的瓦斯分布及瓦斯涌出规律，并通过安全线法寻求瓦斯压力的计算公式，逐步总结出适合本矿井实际条件的瓦斯预测技术及其指标体系；最后达到跟踪采掘进程及时制定出有效安全措施的目的。

【关键词】瓦斯赋存；瓦斯基本参数；指标体系

1 矿井概况

袁店二井煤矿位于安徽省濉溪县与涡阳县交界处曹市镇境内，其中心东距宿州市约50km、东北距淮北市约52km。井田范围内地形平坦，煤层赋存较深，采用立井大巷石门开拓方式，设计一水平标高为-560m。

根据袁店井田勘探地质报告和矿井可行性研究报告，按照高瓦斯矿井进行建设，勘探报告用解吸法采集57个煤层瓦斯样，合格样48个，CH4含量为0～7.12m3/t.daf，其中72煤层可燃基瓦斯含量最大值为3.54 m3/t.daf。

2 项目研究的背景

随着矿井瓦斯等级提高，相应的安全管理工作也必将步入一个新的阶段。首先是从意识上重视对突出煤层瓦斯赋存、运移、涌出特征及煤与瓦斯突出规律的分析与掌握；其次是逐步总结出适合本矿井实际条件的瓦斯预测技术及其指标体系，并力求加以应用、推广。

3 矿井瓦斯地质规律研究

3.1 断层、褶皱构造对瓦斯赋存的影响

81采区内查出断层16条，82采区内查出断层21条，全为正断层，易于瓦斯的逸散，瓦斯含量均相对较低。

81、82采区内的褶皱构造均无明显的发育，对采区内的瓦斯赋存影响不大。

3.2 顶、底板岩性对瓦斯赋存的影响

72煤层的顶、底板以泥岩为主，砂岩、粉砂岩零星分布。泥岩有利于瓦斯的保存，但由于81、82采区内正断层大量发育，泥岩对81、82采区内的瓦斯封闭作用不明显。

3.3 岩浆岩分布对瓦斯赋存的影响

在81、82采区生产过程中已揭露出沿煤层顺层侵入的岩浆岩。81采区揭露的岩浆岩厚度不大，只在局部范围内有分布，对81、82采区的瓦斯赋存影响不大。

3.4 岩溶陷落柱对瓦斯赋存的影响

本矿井石灰岩岩溶裂隙垂向上浅部发育，深部减弱，同时在水平方向上岩溶裂隙发育程度也具有不均一性。

虽然目前在81、82采区内尚未发现岩溶陷落柱，但生产过程中仍需加强岩溶陷落柱的探查和研究工作，确保采区安全生产。

3.5 煤层埋深对瓦斯赋存的影响

从实测的瓦斯含量和瓦斯压力分析，72煤层的瓦斯赋存随埋深的增大而增大。具体瓦斯压力和瓦斯含量随埋深的变化规律见3.6和3.7节。

3.6 瓦斯压力分布及预测研究

3.6.1 81、82采区72煤层瓦斯压力测定结果

81、82采区72煤层瓦斯压力测定结果如下表1所示：

表1 72煤层瓦斯压力测定结果表

测定地点 见煤标高/m 方位 /° 倾角 /° 孔长

/m 封孔长度/m 压力值/MPa

7211机巷 -559 221 -26 44.5 40 0.4

7211风巷 -551 208 -35.5 23.5 20.5 0.38

81采区变电所 -554.4 208 -36 44.5 41.5 0.48

81采区回风石门 -570.5 239 -50 38 30 0.25

7211风巷石门 -551 45 0.4

7211机巷石门 -559.4 20.5 0.58

由上表可知，81、82采区实测瓦斯压力均小于0.74MPa。

3.6.2 81、82采区72煤层瓦斯压力赋存规律

将表1中数据绘制成图，可以获得81、82采区72煤层的瓦斯压力分布规律，如图1所示：

图1 81、82采区72煤层瓦斯压力与标高关系图

81、82采区72煤层的瓦斯压力与标高之间的关系可以用下式表示：

P=-0.00174H-0.336

式中：P—煤层瓦斯压力，MPa；H—标高，m。

可见，72煤层的瓦斯压力梯度为0.174MPa/hm，带入瓦斯压力0.74MPa，可以求得此时的标高为-618m。由于81、82采区的开采下限为-560m，所以整个81、82采区均无煤与瓦斯突出危险性。根据上式，我们可以对81、82采区不同标高72煤层瓦斯压力进行预测，预测结果如表2所示：

表2 72煤层瓦斯压力预测结果表

序号 标高（m） 瓦斯压力（MPa）

1 -300 0.19

2 -320 0.22

3 -340 0.26

4 -360 0.29

5 -380 0.33

6 -400 0.36

7 -420 0.39

8 -440 0.43

9 -460 0.46

10 -480 0.50

11 -500 0.53

12 -520 0.57

13 -540 0.60

14 -560 0.64

3.7 瓦斯含量分布及预测研究

3.7.1 72煤层瓦斯含量计算的相关参数

袁店二井煤矿72煤层煤样工业分析及瓦斯吸附参数试验测定的结果如表3所示。选用表中测定结果来计算72煤层瓦斯含量。表3 72煤层工业分析及瓦斯吸附参数试验测定结果

取样

地点 煤层 工业分析 密度

/t/m3 视密度

/t/m3 孔隙率

/% 吸附常数 测定单位 Mad

/% Ad

/% Vaf /% a

/m3/t b

/MPa-1

南翼胶带机大巷（-560） 72 0.63 13.06 26.49 1.36 1.27 6.62 21.1083 1.0538 中国矿大

3.7.2 81、82采区瓦斯含量测定结果及赋存规律

根据表3中的数据，可以用间接法计算出81、82采区72煤层在不同标高下的瓦斯含量，计算结果如表4所示。瓦斯含量随标高的变化关系如图2所示。

表4 72煤层瓦斯压力和瓦斯含量预测结果表

序号 标高（m） 瓦斯压力（MPa） 瓦斯含量（m?/t）

1 -300 0.19 1.89

2 -320 0.22 2.35

3 -340 0.26 2.79

4 -360 0.29 3.21

5 -380 0.33 3.61

6 -400 0.36 3.98

7 -420 0.39 4.34

8 -440 0.43 4.68

9 -460 0.46 5.01

10 -480 0.50 5.32

11 -500 0.53 5.62

12 -520 0.57 5.90

13 -540 0.60 6.18

14 -560 0.64 6.44

图2 72煤层瓦斯含量与标高关系图

由图2可以看出，随着标高增加，瓦斯含量逐渐增加。但两者不是简单的线性关系，当标高相对较浅时，随着深度的增加，瓦斯含量增加较快，当瓦斯含量增加到一定程度时，瓦斯含量随标高的增加相对较慢。另外，81、82采区的瓦斯含量均低于8m?/t。

4 应用效果分析及结论

运用地质构造控制理论分析了袁店二井煤矿的瓦斯赋存特征，总结了矿井的瓦斯地质规律。从瓦斯地质学的角度指出一定的地质构造条件、煤层上覆基岩厚度、顶底板岩性、煤层埋深、岩溶陷落柱对袁店二井煤矿煤层瓦斯赋存规律的影响。并利用数值回归分析的方法，建立了瓦斯压力、瓦斯含量与标高的数学预测模型，为预测深水平的瓦斯压力和瓦斯含量奠定了基础。

参考文献：

[1]袁店二井煤矿82采区煤与瓦斯突出危险性评估报告，淮北永泰安全评价有限公司，2011

[2]袁店二井72煤层煤与瓦斯突出危险性鉴定报告，中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室，2010

作者简介：

慈林林（1986-），男，安徽淮北人，助理工程师，从事煤矿一通三防工作