平煤三矿十采区瓦斯涌出量预测设计

平煤三矿十采区瓦斯涌出量预测摘 要: 通过对平煤三矿的实际考察,收集了该矿大量的瓦斯资料和地质资料,经过整理分析得到各种地质条件、各种开采条件下的实际瓦斯涌出量。同时结合已学的瓦斯基本理论,根据瓦斯原始含量、矿井开拓方式、煤层赋存及煤质、煤层瓦斯含量分布规律等条件,运用分源法对该矿十采区瓦斯涌出量进行预测；通过对本采区的瓦斯涌出量预测对该采区的通风设计,瓦斯抽放设计与瓦斯管理提供技术支持,对该矿瓦斯防治工作具有一定的指导意义。关键词: 瓦斯含量 平煤三矿 分源预测法 瓦斯涌出量THE NO.3MINE OF PINGMEI GROUP THE NO.10PICKAREAGASTO WELLUPAbstract: Through to the even coal three ores actual inspections, has collected this ore massive gas material and the geological data, obtains under each geological condition, each kind of mining condition actual gas after the reorganization analysis wells up the out put. Simultaneously unifies already study the gas elementary theory, according to the gas primitive content, the mine pit development way, the coal bed tax saves and the anthrax, condition and so on coal bed gas content distribution rule, the utilization device source law ten picks the area gas to this ore to well up the output to carry on the forecast; Through to this picks the area the gas to well up the output to forecast to should pick the area to ventilate the design, the gas pulls out puts the design and the gas management provides the technical support, has the certain instruction significance to this ore gas preventing and controlling work.Key word: The gas content even;theNO.3mine of pingmei group ; device sources pre-measurement; gas wells up the output目录1绪论11.1国概况11.2瓦斯涌出量预测的方法21.2.1矿山统计法21.2.2瓦斯含量法21.2.3分源计算法21.2.4类比法21.2.5综合法22 矿井概况42.1交通位置42.2地形与气候42.3矿井开拓方式42.3.1井田边界42.3.2矿井开拓方式42.3.3采煤方法62.3.4采区布置62.3.5掘进方式62.4通风方式62.5煤层赋存与煤质72.5.1煤层72.5.2煤质牌号及工业分析指标72.5.3煤质物理性质72.6井田地质构造83 瓦斯含量分布规律103.1地勘瓦斯含量可靠性评价103.2煤层瓦斯含量分布规律114 矿井瓦斯涌出量预测134.1煤层瓦斯来源134.2煤层瓦斯赋存状态144.3影响煤层瓦斯含量的主要因素144.3.1煤层的埋藏深度144.3.2煤层和围岩的透气性154.3.3煤层倾角154.3.4煤层露头154.3.5地质构造154.3.6煤化程度与煤的吸附性164.3.7煤系地层的地质史164.3.8水文地质条件174.4 矿井瓦斯涌出量174.4.1矿井瓦斯涌出量定义分类174.4.2影响矿井瓦斯涌出量的因素184.5 瓦斯涌出量预测方法及参数取值204.5.1矿山统计法204.5.2煤层瓦斯含量法234.5.3综合预测法234.5.4类比法244.5.5瓦斯涌出量预测法的选择254.5.6分源计算法254.6 瓦斯涌出量预测条件及预测结果314.6.1 回采工作面预测条件及结果314.6.2 掘进工作面瓦斯涌出量预测条件及结果314.6.3 采区不同生产时期的瓦斯涌出量预测条件及结果325 结论与建议336 致347 参考文献3534 / 381绪论1.1国概况我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国,最高年产达13.7亿吨,在一次能源消费结构中,煤炭占到70%以上,预计到2050年还将占50%以上。煤炭生产主要是地下作业,与各主要产煤国家相比, 我国由于煤炭赋存的地质条件复杂多变,主要依靠井工开采,经常受到瓦斯,水,火,粉尘,顶板等自然灾害的威胁,加上抗灾能力较弱,煤矿事故时常有发生,特别是随着开采深度的延伸,煤层瓦斯含量逐渐增加,煤层瓦斯压力增大,矿井瓦斯危险性增高,防治难度越来越大,因此我国是瓦斯事故最多的国家之一。据统计建国以来,煤矿发生一次死亡百人以上事故,95为瓦斯事故,煤矿企业一次死亡10人以上事故中,瓦斯事故占死亡人数的71%。以19901999年为例,全国煤矿共发生3人以上事故4002起,共死亡27495人,其中：瓦斯事故2767期,共死亡20625人,占3人以上死亡事故总起数的69.14,死亡人数的75.01。煤矿事故占工矿企业一次死亡10人以上特大事故的72.8%至89.6%。例如,20XX2月鸡西煤矿发生瓦斯爆炸事故死亡124人、20XX10月省煤集团大平煤矿发生的瓦斯爆炸事故死亡147人、20XX11月省矿务局家山煤矿发生瓦斯爆炸事故死亡166人、20XX2月煤业集团家湾煤矿发生瓦斯爆炸事故死亡214人。由于煤矿事故多,死亡人数多,造成了我国煤矿的百万吨死亡率一直居高不下,20XX国煤矿平均每人每年产煤321吨, 效率仅为美国的2.2%,南非8.1%, 而百万吨死亡率是美国的100倍,南非30倍。而且特别是由于煤矿重大及特大瓦斯灾害事故的频发,不但造成国家财产和公民生命的巨大损失,而且严重影响了我国的国际声誉。矿井瓦斯涌出量预测是新建矿井和改扩建矿井通风设计,安全管理,制定合理的瓦斯防治措施必不可少的重要环节,瓦斯涌出量预测精度的高低直接决定着矿井生产时的安全程度,经济效益的好坏。瓦斯涌出量预测可以为灾害的预防提供基础,为了解瓦斯的赋存规律,防止瓦斯的局部聚集和稀释瓦斯的含量,安全措施尤其是通风状况的效果检验的制定提供依据。因此我们应切实的加强资料的收集和整理。1.2瓦斯涌出量预测的方法就目前的国外研究状况来看,比较成熟的瓦斯涌出量预测方法主要可分为下五类：1.2.1矿山统计法建立在数理统计规律基础上的统计预测方法,其优点主要是可行性强,预测相对准确,但缺点主要是围上局限在以有资料下推200米左右,地质条件要求相似才可使用；1.2.2瓦斯含量法以煤层瓦斯含量为基本参数,按照煤层瓦斯含量与采后煤炭的残余瓦斯含量计算相对瓦斯涌出量,简称其为瓦斯含量法,其优点是成熟,应用效果较佳,缺点是未考虑地质条件因素,对地质构造尤其是断层附近适应性不好；1.2.3分源计算法分源计算法预测矿井瓦斯涌出量的实质是以煤层瓦斯含量煤层地质与开采技术条件为基础,根据各基本瓦斯源开采层邻近层围岩的瓦斯涌出规律,分别计算采煤工作面掘进工作面采区及矿井瓦斯涌出量。其优点是成熟,应用效果较佳,预测准确率达到85%以上。1.2.4类比法在一个煤田或一个矿区围,在地质条件相同或相似的情况下,矿井瓦斯涌出量与钻孔煤层瓦斯含量之间存在一个自然比值,以此为类比的前提,作为新矿井的参照。其缺点是有很大的局限性。1.2.5综合法建立在矿山统计法之上的,为了提高深部水平瓦斯涌出量预测的可靠性并简化预测的计算过程,采用多种计算方法来综合进行瓦斯涌出量预测的方法,其优点是引进了煤层瓦斯含量这一参数,使预测的深度不受限制；此外,国外科研前沿在理论研究上还有灰色系统、模糊数学、构建神经网络等多种预测方法,但目前条件下均存在一定的实用性限制。本文在参考大量瓦斯涌出量预测资料文献之后,多次深入到平煤三矿进行实地考察。确定初步的预测方法后,取得了第一手资料数据。并就矿井瓦斯涌出量监测系统的现状与生产现场技术人员进行了深入的探讨。本论文首先介绍在国外应用较广泛的几种瓦斯涌出量预测方法并比较优缺点,进而结合平煤三矿十采区具体情况,选用分源计算法作为论文的瓦斯涌出量预测方法。2 矿井概况2.1交通位置煤业集团三矿位于省市新华区西市场地区。距市中心约3公里,地势北高南低.交通便利,矿区铁路可以直达漯宝铁路,连接京广、焦枝铁路干线,公路四通八达。2.2地形与气候矿区为广阔的冲积平原,地形北高南低,标高为+150m左右,主要山峰有寨和。季节性河流稻田沟从井田中部向南穿过,汇入湛河,该稻田沟河春、秋、冬三季无水,夏季时有地面雨水汇入。本区属于大陆性半干燥湿度不足带,年降水量主要受季风影响,春、秋、冬三季干旱少雨,夏季雨水偏多,年最大降雨量1221.9mm,最小降雨量434.1mm,常年主导风向NNE,平均风速2.4m/s,历年极端最高气温为42.3度,最低气温为-15.3度。最大积雪厚度为16cm,冻土最大深度为22 cm,冻土期为12月到翌年3月。2.3矿井开拓方式2.3.1井田边界井田东邻二矿,北邻四矿,西邻天力公司先锋矿,南以锅底山断层与七矿为界。井田东西走向为2.975Km,倾斜1.2Km,面积3.57Km2。2.3.2矿井开拓方式八采区开拓方式为：竖井开拓,下山采区双翼布置。矿井共有四个井筒,有主立井、主斜井和八采区立井,一个回风井。十采区开拓方式为：竖井开拓,下山采区双翼布置,共有3个井筒,戊组井立井、己组井立井和一个回风斜井。矿井十采区采掘平面图见下图2-1图2-1十采区采掘平面图2.3.3采煤方法矿井采煤工作面布置全部采用走向长壁采煤法布置,均为后退式回采,自然冒落法管理顶板。主要采用炮采工艺进行开采。2.3.4采区布置采区布置戊10采煤工作面、己16采煤工作面、己15掘进工作面2个。其中戊10煤层布置一个采煤工作面戊10-11172采面,采面长120m,走向长980m,日产量660t；工作面采煤方法为炮采,一次采全高采高1.98m,回采率为95%,日进度2.5m,煤质密度为1.45/。己16煤层布置一个采煤工作面己16煤柱下山,工作面长120m,倾斜长556m,日产量650t；工作面采煤方法为炮采,一次采全高1.98m,回采率95%,日进度2.5m,煤的密度为1.38/。己15煤层布置两个掘进工作面即己15-11050工作面的风巷与己1511050机巷,巷道断面积为5.94m2,原煤密度煤1.435/,日进尺5m。2.3.5掘进方式矿井主要采用钻爆法掘进工艺进行巷道施工,配备风钻,人工装载。2.4通风方式平煤集团三矿有两套独立的通风系统,即三矿矿井八采区和三矿十采区。三矿矿井有三个进风井和一个回风井,即大井立井和主斜井进风供大井使用,己八立井进风供八采区使用,回风斜井回风。风井装备KDB-55主要扇风机两台,一台工作,一台备用,电机功率310KW,风叶角度为30。六月末矿井总进风量1932m3/min,总排风量2236m3/min,负压1600Pa。20XX矿井通风能力核定为35万吨/年,20XX实际出煤12万吨。三矿十采区有两个进风立井和一个回风斜井,即十采区戊组进风立井进风供戊组采区使用,十采区己组立井进风供己组采区使用,回风由南风风井排出。十采区南风井装备BDK-6-N018主扇两台,一台工作,一台备用,电机功率2132KW,当前风叶角度为37.5度。六月末矿井总进风量为2400m3/min,总排风量3026m3/min,负压2500Pa。等积孔为 4。2.5煤层赋存与煤质2.5.1煤层三矿含煤地层包括 二叠系组,石盒子组。井田可采煤层有戊10戊9为不可采煤层、己16、己15三个煤层。三可采煤层均为缓倾斜煤层,平均煤层倾角为14。煤层直接顶多为泥岩,向上多页岩、中粒砂岩。全区岩性较稳定,底版一般多为砂质泥岩和泥岩。2.5.2煤质牌号及工业分析指标见下表2-1表2-1煤质工业分析指标煤层水分灰分挥发分煤种戊100.65%24.50%34.97%气煤己150.71%21.33%32.99%肥煤己160.78%20%29.47%肥煤2.5.3煤质物理性质己16、己15煤：黑色、条痕为褐色或黑灰色、强玻璃金刚光泽。以粉状,碎块状煤为主,夹少量块状煤,视密度1.41t/m,真密度1.46 t/m,空隙率6.9%。戊10煤：黑色,金刚光泽,粉粒状及块状,具参差状断口,含较多的黄铁矿结核、透晶体及散晶。视密度1.39t/m,真密度1.58t/m,空隙率7.5%。1煤岩性质己16、己15煤：宏观煤岩类型以半亮型为主,光亮型及半暗型次之,有机成分含量平均为90.4%,其中镜质组、半镜质组为80.6%,占有机组分的89.2%,并以镜质组为主。无机成分含量为9.6%,并以粘土类为主,占无机组分85.4%,其次为碳酸盐和氧化物,硫化物和其他含量甚微。戊10煤：宏观煤岩类型为半亮型。据镜下鉴定：有机成分含量为86.2%,其中镜质组、半镜质组占有机成分的91.9%,镜质组多呈均匀的镜质体,有时可见破碎的木煤。无机成分含量为13.8%,并以团块状、浸染状、透镜状或条带状粘土类为主,占无机组分的78.3%,另有少量黄铁矿、方解石。煤层各成分组分,详见表2-2表2-2各煤层成分表煤层己己煤层戊灰分产率2024.5%硫分0.230.54%2.10%磷和砷0.010.02%稀散元素F560330551.5mF620290352.0m各煤层分布见柱状图图2-2图2-2煤层柱状图3 瓦斯含量分布规律在实习期间我收集了三矿十采区各煤层的瓦斯原始含量资料, 所获取的瓦斯含量数据如下表表:3.1地勘瓦斯含量可靠性评价由于取样过程中煤样采集的质量和密封效果等原因,并不是每个含量测值都是可靠的,在利用地勘瓦斯含量时,必须进行可靠性评价。根据相关的煤层瓦斯含量测定标准,确定的地勘瓦斯含量测值可靠性评价原则如下：煤样灰分含量不得超过40%,否则视为不可靠测值；煤样现场瓦斯解吸测定后,必须密封装罐,脱气前不漏气,否则视为不可靠测值；瓦斯带中所取测定煤样甲烷成分必须高于80%,否则视为不可靠测值；同一钻孔同一煤层有两个或两个以上的瓦斯含量测值,且均满足条件时,按最大测值确定煤层瓦斯含量；对于某一煤层而言,因局部区域煤质发生显著变化,在分析该煤层的瓦斯含量分布规律时,不同煤质的瓦斯含量不能放在一起分析。根椐上述原则,三矿十采区己15,己16煤层和戊十煤层地勘瓦斯含量可靠性评价结果见表3-1和表3-2。表3-1戊10煤层瓦斯含量测值及可靠性评价结果钻孔号埋深煤样重 量瓦斯含量瓦 斯成分%煤 质 分 析 %可 靠 性 评 价 及 结 果gCH4CO2N2adMadVdaf34-217894008.785.363.980.627.98133.2合格34-268103606.1903.211.8514.890.932.97不合格34-282823490.230.451.9869.8825.630.7933.65不和各35-7500450690.753.221.934.10.9829.02合格35-10 3503133.8985.23.629.9831.220.7134.97合格35-164202708.390.661.826.0550.611.029.11不合格36-125055307.5389.953.961.7339.520.875.77合格36-183764622.0459.883.8236.4860.330.869.24不合格37-106183906.5585.233.8335.5431.220.790.34合格注:钻孔号34-26与同深度钻孔相比瓦斯含量偏低,不合格;钻孔号34-28自然瓦斯成分严重偏低,不合格;钻孔号35-16灰分高于40%不合格;钻空号36-18灰分高于40%不合格。 己15煤层瓦斯含量测值及可靠性评价结果钻孔号埋深煤样重量g瓦斯含量ml/g瓦斯成分%煤质分析%可靠性评价及结 果CH4CO2N2灰分ad水分Mad挥发分Vdaf38-99002407.8890.23.667.9910.960.9826.45不合格38-78902906.9678.320.41.8520.880.9628.33不合格38-83603972.9960.85.0640.520.630.827.89不合格39-67003428.9992.62.53.698.190.5130.6合格39-86893919.1192.64.882.1820.980.6431.56合格39-105604385.6592.43.351.995.200.8125.12合格41-93583874.6793.20.55.1816.850.429.14合格41-104653404.7488.61.512.9610.650.9032.99合格42-154864704.790.57.451.526.90.3029.8合格42-186034984.5896.75.10.2225.320.8533.54合格注：己15与己16煤层相距3米左右,则瓦斯含量取值一样,钻孔号38-9与同深度钻孔相比瓦斯含量偏低不合格;钻控38-8自然瓦斯成分严重偏低,不合格;钻控号38-7自然瓦斯成分严重偏低,不合格。3.2煤层瓦斯含量分布规律通过对表3-1和表32中合格的瓦斯含量测值进行回归,得到了己15,己16煤层和戊10煤层的瓦斯含量分布规律,分述如下：1戊10煤层瓦斯含量具有随埋藏深度增加而增大的趋势图31,两者之间遵循式31所示的统计关系相关系数R=88.16%：X= 0.01147H0.124 31式中X煤层瓦斯含量,m3/t.； H煤层埋藏深度,m。图31 己15煤层瓦斯含量与埋深关系图2己15,己16煤层瓦斯含量具有随埋藏深度增加而增大的趋势图32,两者之间遵循式32所示的统计关系相关系数R=79.15%：X = 0.0109 H0.336 32式中X煤层瓦斯含量,m3/t；H煤层埋藏深度,m图3-1 戊10煤层瓦斯含量与埋深的关系图根据以上实测资料,各煤层原始瓦斯含量见下表3-3表3-3实测煤层瓦斯含量表煤层埋深瓦斯成分瓦斯含量3/CH4C02N2戊1030586.183.5410.283.89己1541584.711.3013.864.74注 己15与己16煤层相距3米左右,则瓦斯含量取值一样。4 矿井瓦斯涌出量预测4.1煤层瓦斯来源煤矿井下的瓦斯主要来自煤层和煤质地层,目前国外多数学者认为煤中的瓦斯是成煤的煤化作用过程中形成的,即有机成因说,有机成因说认为：煤的原始母质沉积以后,一般经历两个成气时期,从植物遗体到泥炭属于生物化学成气时期；在地层的高温高压作用下,从褐煤到烟煤,直到无烟煤属于煤化变质作用成气时期。1生物化学成气时期的生成这个时期是从成煤原始有机物堆积在沼泽相和三角洲相环境中开始的；在温度不超过65条件下,成煤原始物质经厌氧微生物的分解成瓦斯。这个过程,一般可用纤维素的化学反应式来表达： 或目前认为,在这个阶段成煤物质生成的泥炭层埋深浅,且上覆盖层的胶结固化不好；故而生成的瓦斯,通过扩散和渗透容易排放到古大气中,因此,生化作用生成的瓦斯一般不会保留到现在煤层。随着泥炭层的下沉,上覆盖层越积越厚,压力与温度也随之升高,生物化学作用逐渐减弱直至结束；这时,在较高的压力与温度作用下,泥炭转化成褐煤,进入煤化作用阶段。2煤化作用成气时期的生成褐煤层进一步沉降,地层温度与压力作用加剧,便进入煤化变质作用成气时期。据考察,一般在100及相应的地层压力下,煤层中的煤体就会产生强烈的热力变质成气作用。煤化过程中有机质分解,脱出甲基测链和含氧官能团而生成的CO2,CH4和H2O是煤成气形成的基本反应,其生成的瓦斯以甲烷为主要组分。所以,从褐煤到无烟煤,煤的变质程度越高,生成的瓦斯数量也越多。但值得注意的是各个煤化阶段生成的气体组分不仅不同,而且数量上也有很大变化,甲烷的生成是个连续的相,即在整个煤化阶段的各个时期都不断地有甲烷生成,只是数量上有较大的波动。在个别煤层中也有一部分瓦斯是由于油气田瓦斯的侵入造成的,有时也与底板石灰岩洞中的瓦斯相连。一般而言,世界各国煤田中含瓦斯均以甲烷为主。4.2煤层瓦斯赋存状态瓦斯在煤层中的赋存状态一般有两种,即吸附状态和游离状态。而煤层瓦斯含量实际上是指吸附瓦斯量与游离瓦斯量之和,其值的大小往往是平价煤层瓦斯储量和是否具有抽放价值的重要指标。现今煤层中瓦斯量的大小不仅取决于成煤中生成量的多少,而且还与煤层及围岩的赋存条件有关。目前的实验表明：在煤的瓦斯含量中,一般吸附瓦斯占8090；而吸附瓦斯量的多少,主要取决于煤对瓦斯的吸附能力、瓦斯压力和温度条件,吸附瓦斯在煤中是以单分子层吸附的状态附着于煤的表面。由吸附瓦斯和游离瓦斯组成的总瓦斯量随瓦斯压力增大而提高,随温度的升高而降低。这是因为在一定温度下,当瓦斯压力升高时,则意味着单位体积瓦斯分子数增加,从而增大了瓦斯分子与煤体的吸附机会；当吸附量增加到一定程度后,就逐渐饱和。目前认为,一般在瓦斯压力超过5.0MPa以后,吸附量基本上达到饱和围。在现今的开采深度,煤层的瓦斯主要是以吸附状态存在的,游离状态的瓦斯只占总量的10%左右。原联科学院资源综合开发研究所1987年的研究表明,在300米1200米开采围,游离瓦斯仅占5%12%。但是在断层或者大的裂隙,孔洞与砂岩,瓦斯主要是以游离瓦斯状态赋存。4.3影响煤层瓦斯含量的主要因素从某种意义上讲,煤层瓦斯含量的多少主要取决于保存瓦斯的条件,即不仅取决于煤的变质程度,而更主要的是取决于储存瓦斯的地质条件。根据目前的研究成果认为,影响煤层瓦斯含量的主要因素有：4.3.1煤层的埋藏深度埋深的增加不仅会因地应力增高而使煤层及围岩的透气性变差,而且瓦斯向地表运移的距离也增长,这二者都有利于封存瓦斯。当深度不太大时,煤层瓦斯含量随埋深基本上呈线性规律增加。近几年来国外有关学者的研究表明,当深度达到一定值后,煤层瓦斯含量将趋与常量并有可能下降。一般情况下,深度每增加100米煤层瓦斯含量可增加0.51.1/。数据来源与程伟编著煤与瓦斯突出危险性预测与防治一书4.3.2煤层和围岩的透气性一般情况下,煤层及其围岩的透气性越大,瓦斯越易流失,煤层瓦斯含量就越小；反之,瓦斯易于保存,煤层的瓦斯含量就越大。通常泥岩叶岩砂页岩粉砂岩和致密的灰岩等透气性差,易与形成高瓦斯压力,瓦斯含量大。例如六枝等地区围岩透气性差,所以煤层瓦斯含量高。反之,围岩及地层中岩石以中砂岩粗砂岩砾岩和裂隙或溶洞发育的灰岩为主时,其透气性好,则煤层瓦斯含量低。例如在煤田,煤田西部,围岩的透气性大的厚砂岩,煤层瓦斯含量就很低。4.3.3煤层倾角目前认为,在同一埋深及条件相同情况下,煤层倾角越小,煤层的瓦斯含量就越高。若倾角陡,相对瓦斯涌出量一般较小；反之则大。例如：芙蓉煤矿北翼煤层倾角陡4080,相对瓦斯涌出量20/,无瓦斯突出现象；反之,南翼煤层倾角在612,相对瓦斯涌出量高达150/,而且还有瓦斯突出现象。发生这种现象的原因主要在于,煤层渗透性一般大于围岩,煤层倾角越小,在顶板岩层密封好的条件下,瓦斯越不容易通过煤层排放,煤体中产生的瓦斯容易得到贮存；故而煤层的瓦斯含量高,瓦斯涌出量大。4.3.4煤层露头煤层露头是瓦斯向地面排放的出口,露头存在时间越长,瓦斯排放就越多。反之,地表无露头的煤层,瓦斯含量往往很高。4.3.5地质构造目前认为,封闭型地质构造有利于封存瓦斯,开放型地质构造有利于排放瓦斯。其影响包括褶曲构造现场实践表明,闭合而完整的背斜或窟窿又覆盖不透气的地层是良好的贮瓦斯构造,在其轴部煤层往往积存高压瓦斯,形成气顶。在倾斜背斜的轴部,通常也比相同埋深的翼部瓦斯含量高。但是,当背斜轴的顶部岩层为透气岩层或因力形成连通地面的裂隙时,瓦斯会大量流失,这时轴部煤层瓦斯含量反而比翼部小,因此顶板岩性的密闭性具有重要作用。向斜构造一般轴部瓦斯含量比翼部高,这是因为轴部岩层受到强力挤压,围岩的透气性往往会变得更低,因此有利于在向斜的轴部地区封存较多的瓦斯。但在开采高透气性煤层时,在向斜轴部煤层的瓦斯涌出量却往往较低。这是因为开采越接近向斜轴部,瓦斯补给区域越来越小,补给瓦斯量越接近轴部越枯竭,另外向斜轴部裂隙往往较发育,煤岩的透气性较好,有利于轴部瓦斯的流失的缘故；此外由于瓦斯比空气轻,易于向上移动,也是造成轴部瓦斯涌出量较小的原因；受地质构造影响形成的煤层局部变厚的大煤包也会出现瓦斯含量增高的现象,这是因为煤包在构造应力作用下,周围煤层被压薄,上下透气性差的岩层形成对大煤包的封闭条件。断裂构造断层对煤层瓦斯含量的影响往往比较复杂；一方面要看断层带的封闭性,另一方面还要看与煤层接触的对盘岩层的透气性。目前研究认为,开放性断层一般是性,扭性断层无论其与地表是否直接相通,都会引起断层附近的煤层瓦斯含量降低,当与煤层接触的对盘岩层透气性不大时,瓦斯含量降低的幅度就会更大,封闭性断层一般是压性、压扭性,现在仍受挤压处于封闭状态的断层与煤层接触的对盘岩层透气性低时,可以阻止煤层瓦斯的排放,故而在这种条件下,煤层往往具有较高的瓦斯含量,但是,如果断层规模很大,断距很长时,一般与煤层接触的对盘岩层属致密不透气的概率会减少,所以大断层往往会出现一定宽度的瓦斯排放带,在这个带瓦斯含量降低。4.3.6煤化程度与煤的吸附性一般情况下,在瓦斯带,尚若其他因素相同,则煤化变质程度不同的煤,其瓦斯含量不仅有所不同,而且随深度增加,其瓦斯含量增加的量也有所不同。但对于高变质无烟煤,其结构发生了质的变化,孔隙率及表面积大大减少,故而瓦斯含量往往很低一般不超过23m3/t,而且与埋深无关。煤是天然的吸附体,其煤化程度越高,存储瓦斯的能力越强,在其他条件相同时,煤的变质程度越高,煤层瓦斯含量就越大。在同一煤田,煤吸附瓦斯的能力随煤的变质程度的提高而增大,故在同一瓦斯压力和温度 的条件下,变质程度高的煤层往往能保存更多 的瓦斯。4.3.7煤系地层的地质史成煤有机物沉积以后直到现今煤化阶段经历了漫长的地质年代,其间地层多次下降或上升,覆盖层加厚或遭到剥蚀,陆相与海相相交替变化,遭受地质构造运动破坏等等,所以这些地质过程及其延续时间的长短都会对煤层瓦斯含量的大小产生巨大的影响。一般情况下,从沉积环境上看,海陆交替相含煤系,聚煤古地理环境属于滨海平原,往往岩性与岩相在横向上比较稳定,沉积物粒度细,这时形成的煤系地层的透气性较差,如果其上又遭受长期海侵,并被泥岩、灰岩等致密地层覆盖,这种煤层的瓦斯含量有可能很高。反之,对于陆相沉积,陆环境,横向岩性变化大且覆盖层多为粗粒碎屑岩,这种煤系地层往往不利于瓦斯的封存,故而煤层的瓦斯含量一般都较低。4.3.8水文地质条件根据目前的实践表明,地下水活跃的区域,通常煤层的瓦斯含量较少,这不仅是因为这里的天然裂隙比较发育,而且处于开放状态,是瓦斯排放的直接通道；此外,尽管瓦斯溶于水的程度不高,但地下水在漫长的地质年代往往可以带走数量可观的瓦斯,另一个不可忽视的事实是,由于地下水的溶蚀作用,还会带走大量的矿物质,导致煤系地层的天然御压,地应力降低；而地应力的降低,则引起煤层及围岩的透气性增大,从而加强了煤层瓦斯的流失。因此,目前许多矿井所谓的水大瓦斯小,水小瓦斯大就是这个原因。煤矿井下采矿工作会使煤层所受应力从新分布,造成次生透气性结构；同时,矿山压力可以使煤体透气性增高或降低,其表现为在卸压区透气性增高,在集中应力带透气性降低。这种情况会引起煤层瓦斯赋存状态发生变化,具体表现在采掘空间中瓦斯涌出量的忽大忽小,如开采上、下保护层时,在保护围,由于煤岩体的透气性的增大,使煤体中的瓦斯大量释放。从中可以看出,保护层的开采由于引起地层应力从新分布,导致瓦斯赋存状态发生很大的变化,表现为保护层本身的开采过程中,瓦斯涌出量的增大,从而使邻近被保护层的瓦斯得到释放。此外,在厚煤层分层开采时,也会有类似的现象.4.4 矿井瓦斯涌出量4.4.1矿井瓦斯涌出量定义分类矿井瓦斯涌出量是指矿井生产过程中涌入巷道的瓦斯量,可用绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量两个参数来表示。矿井绝对瓦斯涌出量是指矿井在单位时间涌出瓦斯的体积,通常所用的单位为m3/min或m3/d。矿井相对瓦斯涌出量是指矿井在正常生产条件下采一吨煤所涌出的瓦斯体积,单位是m3/t。两者的关系为：q=Q/A 4-1式中 q相对瓦斯涌出量,m3 /t； Q绝对瓦斯涌出量,m3/d； A日产煤量,t/d。需要说明的是,绝对瓦斯涌出量仅能表示矿井或采区涌出瓦斯的多少,但不能以次判断矿井或采区瓦斯涌出情况的严重程度,而相对瓦斯涌出量是以矿井或采区产煤量为基础的,一般来说,它可以作为判断矿井瓦斯涌出程度的标准。根据矿井相对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式的不同,我国煤矿安全规程将矿井瓦斯等级划分为以下三级：低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10m3/t且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40m3/min。高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min。煤岩与瓦斯二氧化碳突出矿井：发生过煤与瓦斯突出。4.4.2影响矿井瓦斯涌出量的因素矿井瓦斯涌出量对于整个矿井来说,称为矿井瓦斯涌出量；对个别煤层、水平、采区或工作面而言。则分别称为煤层、水平或工作面的瓦斯涌出量。瓦斯涌出量的大小主要取决于下列自然因素和开采技术因素。围岩的瓦斯含量煤层包括可采层和非可采层和围岩的瓦斯含量是瓦斯涌出量大小的决定因素,瓦斯含量越高,瓦斯涌出量越大。当前矿井的瓦斯涌出量预测把煤层瓦斯含量作为主要依据。开采规模开采规模是指矿井的开采深度、开拓、开采围以及矿井的产量而言。随着开采深度的增大,煤层的瓦斯含量也相应增大。对某一矿井来说,开采规模越大,矿井的绝对瓦斯涌出量也就越大,但就矿井相对瓦斯涌出量来说,情况比较复杂。在矿井达产之前,绝对瓦斯涌出量随着开拓围的扩大而增加。绝对瓦斯涌出量大致正比于产量,相对瓦斯涌出量数值偏大而没有意义。如果矿井是靠改进采煤工艺,提高工作面单产来增大产量的则相对瓦斯涌出量明显减少,原因为：一是与采面无关的瓦斯源的瓦斯涌出量在产量提高时无明显增大；二是随着开采速度加快,临近层及采落煤的残存瓦斯含量将增大。如果矿井仅是靠扩大开采规模来增大产量的,则矿井相对瓦斯涌出量或保持不变或增大。当开采工作逐渐收缩时,绝对瓦斯涌出量又随产量的减少而减少,并最终稳定在某一个数值,这是由于巷道和采空区瓦斯涌出量不受产量的减少的影响,这是相对瓦斯涌出量的数值又因产量的低而偏大,再次失去意义。开采顺序与回采方法在开采层群中的首采煤层时,由于其涌出的瓦斯不仅来源于开采层本身,而且来来源于上、下临近层,因此,开采首采煤层时的瓦斯涌出量往往比开采其他各层时大好几倍。为了使矿井瓦斯涌出量不发生大的波动,在开采煤层群时,应搭配好首采煤层和其他各层的比例。在厚煤层分层开采时,不同分层的瓦斯涌出量也有很大的差别。采煤方法的回采率越低,瓦斯涌出量就越大,因为丢煤中所含瓦斯的绝大部分仍要涌入巷道。在开采煤层群时,由于采用陷落法管理顶板比采用充填法管理顶板时能造成顶板更大围的破坏与松动,因而采用陷落法管理顶板的工作面的瓦斯涌出量比采用填充法管理顶板的工作面的瓦斯涌出量大。 生产工艺瓦斯从煤层暴露面煤壁和钻孔和采落的煤炭涌出的特点是,初期瓦斯涌出的强度大,然后大致按照指数函数的关系逐渐衰减,所以落煤时瓦斯涌出量总是大于其他工序。落煤时瓦斯涌出量增大,增大值与落煤量新暴露煤面大小和煤块的破碎程度有关。如果风镐落煤时,瓦斯涌出量可能增加1.11.3倍；放炮时增大1.42.0倍；采煤机工作时增大1.41.6倍；水采工作面水枪开动时增大24倍。综合机械化采煤工作面推进速度快,产量高,在瓦斯含量大的煤层工作时,瓦斯涌出量很大。如的煤矿机组工作面瓦斯涌出量可达每分钟40立方米。 地面大气压的变化地面大气压的变化必然引起井下空气压力的变化。根据测定,地面大气压力在一年的变化量可达580.001MPa,1天的最大变化量可达240.001MPa,但与煤层瓦斯压力相比,地面大气压的变化量是很微小的。地面大气压的变化对煤层暴露面的瓦斯涌出量没有太大的影响,但对采空区的瓦斯涌出有较大的影响。在生产规模较大采空区瓦斯涌出量占很大比例的矿井,当气压突然下降时,采空区积存的瓦斯会更多地涌入风流中,使矿井瓦斯涌出量增大；当气压突然上升时,矿井瓦斯涌出量会明显减小。断层的影响断层附近,由于在煤层及其顶、底板岩层中产生了一系列的构造裂隙,因而在断层附近往往出现瓦斯涌出量升高,甚至产生瓦斯喷出现象。煤的渗透率的影响煤层的渗透率是煤层中瓦斯流动难易程度的标志。渗透率大,瓦斯流动就容易。瓦斯流量与渗透率、流动面积、瓦斯压力梯度成正比,与瓦斯粘度成反比。风量变化矿井风量发生变化时,瓦斯涌出量和风流中的瓦斯浓度会发生扰动,但是很快就会转变为另一稳定状态。无邻近层的单一煤层回采时,由于瓦斯主要来自煤壁和采落的煤炭,采空区积存的瓦斯量不大。回风流中的瓦斯浓度随风量减少而增加或随风量的增加而减少。煤层群开采和综采放顶煤工作面的采空区煤巷的冒顶空洞,往往积存大量的高浓度瓦斯。一般情况下,风量增加时,起初由于负压和采空区漏风的加大,一部分高浓度的瓦斯漏风从采空区带出,绝对瓦斯量迅速增加,回风流中的 瓦斯浓度可能急剧上升。然后,浓度开始下降,经过一段时间,绝对瓦斯涌出量恢复到或接近原来的值,回风流中的瓦斯浓度才能降低到原值以下。风量减少时情况相反。这类瓦斯浓度的变化时间,由几分钟到几天,峰值浓度和瓦斯涌出量变化决定于采空区的围采空区的瓦斯浓度漏风情况和风量调节的快慢与幅度。采空区的密闭质量采空区往往积存着大量的高浓度瓦斯可达60%-70%,如果封闭的密闭质量不好,或进风及回风侧的通风压差较大,就会造成采空区大量漏风,使矿井的瓦斯涌出量增大。4.5 瓦斯涌出量预测方法及参数取值4.5.1矿山统计法1 矿山统计法的基本原理矿山统计法是建立在数理统计规律基础上的统计预测方法,该方法基本原理是：根据矿井已采区域历年测定的瓦斯涌出量及相应的开采深度,采用数理统计方法建立二者之间的线性或非线性回归方程,q=f,并通过统计检验,确认回归方程有意义后,用于对深部或条件相同矿井未采区域的瓦斯涌出量做出预测。而通常采用的瓦斯涌出量梯度a,实际上是瓦斯涌出量q对开采深度H的回归方程的回归系数；其实质是根据生产矿井积累的实测瓦斯资料,经过统计分析,把得出的矿井瓦斯涌出量随开采深度变化的规律,应用来推算新水平,新区或邻近新矿井的瓦斯涌出量。2使用该方法应具备的条件预测瓦斯涌出量的新水平,新区或邻近新矿井的矿山技术条件和地质条件,如煤层赋存,煤质,煤层开采顺序,采煤方法,顶板管理,煤系地层岩性,地质构造应以已生产区域相似。预测瓦斯涌出量的外推围,一般沿垂深不超过100200米,沿煤层倾斜方向不超过600米,沿走向应在中间无大的地质构造带的相邻区。在瓦斯带,最少应具有两个已采水平的瓦斯资料；或在瓦斯带有一个已采水平的瓦斯资料,但已知瓦斯风化带的深度,在该深度处的瓦斯相对涌出量取2 m3/ t。由于它是以相对瓦斯涌出量为依据,所以在统计预测中必须采用产量较稳定时的矿井瓦斯涌出量测定资料。3矿山统计预测法的工作步骤及计算方法已采区域瓦斯测定资料的统计分析根据矿井通风瓦斯报表,瓦斯鉴定等级和其它瓦斯涌出量测定资料,一般将按日统计瓦斯涌出量转化为按月计算的矿井平均相对瓦斯涌出量q,计算公式见式4-2所示。m3/t 4-24-2式中qi,Ci-该月每次测得的回风量m3/min及风流中瓦斯浓度%；n-该月测定的次数；A-该月的平均日产量,t; 如果该月只有一个水平开采,则就是该开采深度H处的相对瓦斯涌出量,如果是多水平开采,则必须求出该月的加权平均开采深度 ,则q就是该加权平均深度 处的相对瓦斯涌出量。加权平均开采深度的计算,m 4-3式中： -该月第i个采区的开采深度m与产量tn -该月开采的采区数推算深部水平的瓦斯涌出量对统计所得的q和H值,可用图解法或计算法来确定二者之间的关系,并据此推算深部水平的瓦斯涌出量。. 4-4其中： k,b-常数 a-瓦斯涌出量梯度,m/ a的物理意义：相对瓦斯涌出量每增加1m3/t,开采深度增加的平均值m数。a值的大小取决于煤层倾角,煤层和围岩的透气性等因素。当只有两个开采水平的瓦斯涌出资料时则其中： q2,q1-分别为采深H2,H1处的相对瓦斯涌出量,m3/t H2,H1-瓦斯带两个开采深度,m n-指数,在目前的开采深度下,当外推深度较小时,一般取n=1当有较多水平的瓦斯涌出量资料时,a值可用图解法或最小二乘方按下式确定平均a值。4-5其中： Hi,qi-第i个水平的开采深度m和相对瓦斯涌出量m3/tn -统计的开采水平个数4.5.2煤层瓦斯含量法煤层瓦斯含量法即按照煤层瓦斯含量与采后煤炭的残余瓦斯含量计算相对瓦斯涌出量。4.5.3综合预测法1综合法的基本原理综合法是建立在矿山统计法之上的,有些矿井积累了丰富的瓦斯基础资料,如历年瓦斯涌出量,瓦斯平衡,煤层瓦斯压力,煤的吸赋常数,煤层瓦斯含量等,为了提高深部水平瓦斯涌出量预测的可靠性并简化预测的计算过程,采用多种计算方法来综合进行瓦斯涌出量预测,即综合预测法。2用煤层瓦斯含量资料直接预测矿井瓦斯涌出量根据瓦斯涌出量的统计结果,用主采煤层的瓦斯含量直接预测计算深部水平矿井瓦斯涌出量,矿井瓦斯涌出量与煤层瓦斯含量之间的关系,用下式表示：q= 1,q=2X式中： q-矿井瓦斯涌出量 X-煤层瓦斯含量 Xc-煤层残存瓦斯含量-瓦斯预测比值系数,与围岩邻近层瓦斯涌出,采空区瓦斯涌出,邻近巷道瓦斯涌出所占的比值有关。可按统计资料回归分析取值或按下式计算：式中： b1-围岩瓦斯涌出系数,全部陷落法管理顶板时,取b1=1.2 b2-甲烷膨胀系数,回采空间温度为25时,b2=1.1 b3-采空区包括开采的和已采的瓦斯涌出量占矿井瓦斯涌出总量的百分比。3用煤层瓦斯压力直接预测矿井瓦斯涌出量 由于矿井瓦斯涌出量取决于煤层瓦斯含量的大小,而煤层瓦斯含量有取决于煤层瓦斯压力,因而矿井瓦斯涌出量与煤层瓦斯压力之间必然存在某种关系,可用下式表达：q=式中： q-煤层瓦斯涌出量- 比值系数 P-煤层瓦斯压力4.5.4类比法1类比法的基本原理瓦斯生成、赋存、排放条件是受地质构造因素控制的。在未开发的井田、未受采动影响处于自然状态的煤层瓦斯含量的分布规律与地质构造条件有密切的关系,而矿井瓦斯涌出量的大小,一方面受控于地质因素,另一方面受开采方法的影响很大。因此,在一个煤田或一个矿区围,在地质条件相同或相似的情况下,矿井瓦斯涌出量与钻孔煤层瓦斯含量之间存在一自然比值。对于新建矿井,在地质勘探期间已经提供了钻孔煤层瓦斯含量数据,而矿井瓦斯涌出量是未知数。若要求得到该参数,可以通过临近生产矿井一直的矿井瓦斯涌出量资料和钻孔空煤层瓦斯含量资料的统计运算,求得一个比值。然后将该比值与新建矿井淤滞的钻孔煤层瓦斯含量相乘,即可得到新建矿井的瓦斯涌出量。公式表达为：A/B=C/D 式中 A生产矿井瓦斯涌出量；B生产矿井钻孔煤层瓦斯含量；C新建矿井瓦斯涌出量；D新建矿井钻孔煤层瓦斯含量。2类比条件运用类比法预测新建矿井瓦斯涌出量是通过临近生产矿井的实际瓦斯资料统计来进行的。因此,必须把相同或相似的地质、开采条件作为两个矿井的前提,同时类比法的条件运用一般均结合在其他方法的应用中,具有较好的适用性。4.5.5瓦斯涌出量预测法的选择经过对几种方法的优缺点比较及已有的瓦斯和地质资料情况,我选用分源计算法进行瓦斯涌出量预测。分源计算法,其优点是成熟,应用效果较佳。分源预测矿井瓦斯涌出量经过近10年的研究,技术不断的完善与提高,在、,等几十个矿区与矿井应用均取得了满意的效果,预测准确率在85以上,并已经制定了矿井瓦斯预测规,在全国广泛推广应用。4.5.6分源计算法1分源计算法基本原理分源预测法是以煤层瓦斯含量为基本参数的,通过计算井下瓦斯涌出量,得到矿井或某一预测区域的相对瓦斯涌出量。分源计算法主要是计算井下开采煤层、围岩及邻近煤层、采空区中的瓦斯涌出量；此外,往往还包括掘进巷道的瓦斯涌出量。因此,这种预测方法可以概括为,矿井相对瓦斯涌出量,然后求和；由于这种预测方法是以煤的瓦斯含量作为计算基础,故而人们又简称其为瓦斯含量法。其实质是按照矿井生产过程中瓦斯涌出源的多少,各个瓦斯源涌出瓦斯量的大小来预计该矿井各个时期如投产期,达标期,萎缩期等的瓦斯涌出量。因此,能为矿井通风设计提供更合理的瓦斯涌出量基础资料,并为高低煤层如何合理的配采,减少瓦斯涌出量不均衡提供依据。一个矿井的瓦斯涌出量的大小既取决于瓦斯源的多少,又取决于瓦斯源涌出瓦斯量的多少。含瓦斯煤层被开采时,受采掘影响的煤层及围岩中的瓦斯赋存平衡条件被破坏,其中的瓦斯将涌入采掘工作面及采空区。按照瓦斯涌出地点分,井下