龙家山煤矿6煤层矿井瓦斯地质图编制说明书.doc

湖南省煤业集团红卫矿业公司龙家山煤矿瓦斯地质图说明书湖南省煤业集团红卫矿业有限公司龙家山煤矿6煤层矿井瓦斯地质图编制说明书项目名称：红卫矿业有限公司龙家山煤矿6煤层矿井瓦斯地质图编制完成单位：红卫矿业有限公司龙家山煤矿 目 录1前言11.1课题来源11.2研究内容11.3完成情况22矿井概况32.1交通位置及隶属关系32.2开拓部署42.3瓦斯情况42.4煤系地层52.5煤质特征62.6水文地质特征63地质构造及控制特征研究83.1矿区地质构造演化及分布特征83.2井田地质构造及分布特征83.3构造煤发育及分布特征93.4地质构造对瓦斯赋存的控制104矿井瓦斯地质规律研究114.1断层、褶皱构造对瓦斯赋存的影响114.2顶底板岩性对瓦斯赋存的影响124.3煤层厚度对瓦斯赋存的影响124.4埋藏深度对瓦斯赋存的影响124.5瓦斯含量分布及预测135矿井瓦斯涌出量预测155.1矿井瓦斯涌出资料统计及分析155.2矿井瓦斯抽采资料统计及分析155.3回采工作面瓦斯涌出量预测166煤与瓦斯区域突出危险性预测206.1煤与瓦斯突出危险性参数测定及统计206.2煤与瓦斯突出危险性影响因素分析216.3区域突出危险性预测217煤层气资源量计算227.1资源量计算方法227.2资源量计算及参数的确定257.2.1计算基本条件257.2.2计算参数确定267.3煤层气资源量计算结果及评价277.3.1煤层气资源量计算277.3.2煤层气资源量计算结果评价278矿井瓦斯地质图编制298.1编图资料298.1.1地理地图298.1.2地质资料298.1.3瓦斯资料298.2编图内容和表示方法298.2.1地质内容及方法298.2.2瓦斯内容及方法309结论和建议319.1主要结论319.2存在的问题319.3建议32附图34附表341前言1.1课题来源煤矿瓦斯灾害是重大的安全生产隐患，矿井瓦斯涌出、煤与瓦斯突出等瓦斯问题，已经成为影响煤矿正常生产、威胁人员安全的重大问题，给国家和人民生命财产造成巨大损失。我国煤矿瓦斯灾害频发的关键原因之一是瓦斯预测技术还不完善，大多数矿井瓦斯分布规律尚不清楚。根据煤矿安全规程第一百八十一条规定：“突出矿井必须及时编制矿井瓦斯地质图”；2005年04月12日国家发展改革委制定的煤矿瓦斯治理和利用总体方案规定：“要及时编制三级瓦斯地质图”和“加强瓦斯地质规律研究”；防治煤与瓦斯突出规定第十七条第一款的要求：“地质测量部门与防突机构、通风部门共同编制矿井瓦斯地质图，图中标明采掘进度、被保护范围、煤层赋存条件、地质构造、突出点的位置、突出强度、瓦斯基本参数及绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量等资料，作为区域突出危险性预测和制定防突措施的依据”。同时根据国家能源局文件开展全国煤矿瓦斯地质图编制工作（国能煤炭（2009）117号）的通知，全国开展瓦斯地质图编制重大专项，湖南省煤矿瓦斯地质图编制是全国煤矿瓦斯地质图编制的一个重要组成部分、为重大专项中的一个子专项。湖南省发展和改革委员会与湖南省煤炭工业局以湘发改交能2009979号文关于组织开展全省煤矿瓦斯地质图编制工作的通知正式启动我省瓦斯地质编图工作。因此，湖南省煤业集团组织开展各矿业公司突出矿井瓦斯地质图的编制工作。红卫矿业有限公司龙家山煤矿瓦斯地质图编制工作是湖南省煤业集团瓦斯地质图编制工作的重要组成部分。1.2研究内容（1）通过对区域地质演化、矿区构造演化、矿井构造分布特征，以及矿区构造对井田构造的控制、对构造复杂区的控制、对构造煤发育规律的控制，构造逐级控制的研究，初步了解构造对煤层瓦斯生成、保存和赋存分布特征的控制规律，初步了解矿井煤层气（瓦斯）地质规律；（2）矿井6煤层瓦斯含量的分布及预测、瓦斯涌出量预测；（3）初步估算矿井6煤层煤层气（瓦斯）资源量。1.3完成情况（1）对矿井区域地质、矿井地质资料、瓦斯资料进行搜集、整理。对矿井已有的地质资料、矿井资料、瓦斯地质等资料进行搜集，整理，对有用信息进行了提炼、筛选。（2）分析了矿井区域构造演化特征。用区域地质理论，研究了矿井所在区域地质构造演化规律，在搞清区域构造地质特征的基础上，研究矿区构造控制特征。（3）对矿井地质资料分析，研究了矿井地质特征。（4）探讨了矿井瓦斯地质规律。运用瓦斯地质理论，通过对矿井瓦斯资料分析，结合区域地质、矿井地质特征，对矿井瓦斯地质规律进行分析研究，探讨了矿井区域构造演化、矿井地质构造等地质因素对瓦斯的影响程度，探讨矿井瓦斯地质规律。（5）预测了矿井瓦斯含量和瓦斯涌出量。运用瓦斯地质理论，结合矿井地质、矿井开采、矿井瓦斯、通风等实测资料，运用了线性回归分析法、瓦斯地质法对瓦斯含量进行了预测，采用了分源预测法对矿井瓦斯涌出量进行了预测。（6）计算了龙家山矿井6煤层气（瓦斯）资源量。根据煤层气资源/储量规范（dz/t0216-2010），估算了6煤层煤层气（瓦斯）资源量和资源丰度。（7）编绘了龙家山煤矿6煤层瓦斯地质图（1：2000）。2矿井概况2.1交通位置及隶属关系龙家山煤矿位于湖南省耒阳市东南10km处的泗门洲镇，行政区划隶泗门洲镇楼下村；地理坐标：东经11253301125402，北纬261846262210，面积4.0387km2；京广铁路在矿山西侧6km通过，在耒阳站设有白沙矿区专用运煤支线，并在该矿井设有工农车站；107国道、京珠高速公路均与京广铁路平行，矿山有公路与之相连，交通较方便；耒水穿越矿井东北段，现该河流上游约14km，下游约18km均建成低位水电站。交通位置见图2-1。图2-1 矿井交通位置图2.2开拓部署龙家山煤矿建于1967年8月，投产于1970年12月，为国有企业，主采6煤层；矿山设计能力为21万t/a，2008年核实为15万t/a；矿井采用反倾斜多水平开拓方式，设有一个主斜井，两个风井；主斜井口标高为+95.5m、落底标高为-250m、坡度为27；南风井口标高为+129.1m、落底标高为+31.1m、坡度为32；北风井口标高为+95.5m、落底标高为+34.4m、坡度为27。矿井设计为-100m、-250m、-400m三个水平；-100m水平已于1994年全部收尾，现有生产水平为第二水平的-250m水平，-400m水平正在延深；生产水平分南、北两翼布置采区；往北已布置了226采区至今未开采；南翼每隔300m已依次布置了216、236、256、276采区，-250m布置一条底板运输巷，利用第一水平-100m的底板运输巷、116轨道上山+30m底板巷、176、196溜煤上山和0m底板回风巷作为回风巷道。2.3瓦斯情况龙家山煤矿是煤与瓦斯突出矿井，截止2012年全矿井累计突出30次，突出强度最大1420t，均出现在非“红层”直接顶板区，因“红层”剥蚀区有利于瓦斯的排泄，瓦斯含量低；非“红层”区的煤与瓦斯突出多发生在石门揭煤和一分层煤巷掘进工作面，突出频率最高是沿煤上山，始突深度在垂深187m，累计突出量为2246t，平均突出量为77.5t。其中：岩巷遇煤或石门揭煤时突出7次，占总突出次数的24%，突出量为1710t，占总突出量的76.19%，平均突出量为244.3t。煤巷掘进时突出次数为23次，占总突出次数的76%，突出量为536t，占总突出量的23.9%，平均突出量为24.4t。突出主要发生在煤掘上山和做切眼时。龙家山煤矿自1972年起，每年都进行了瓦斯鉴定，近5年的瓦斯测定数据见表2-1。表2-1 20082012年龙家山煤矿瓦斯测定表年度瓦斯等级ch4co2绝对涌出量m3/min相对涌出量m3/t绝对涌出量m3/min相对涌出量m3/t2008突出6.4319.932.297.092009突出5.6620.632.328.452010突出6.7723.992.338.452011突出8.1425.663.310.42012突出8.7825.213.29.19龙家山煤矿瓦斯(ch4)绝对涌出量在5.668.78m3/min，相对瓦斯涌出量在19.9325.66m3/t，瓦斯涌出量随开采深度，煤层厚度变化，红层剥蚀区缩小而增加。矿井瓦斯压力大小见附表10；掘进工作面瓦斯涌出量大小见附表6；回采工作面瓦斯涌出量大小见附表7。 2.4煤系地层二叠系龙潭组上段（p2l2）含煤地层，为泻湖相、泥炭沼泽相，由中、细粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤组成。根据岩性组合和煤层稳定性等可分为五个层组（4个煤组、7层煤）。现由上至下描述如下：1、1煤组（p2l2-4）：位于含煤地层之顶部，灰黑色砂质泥岩及砂岩，含菱铁质及黄铁矿结核，产植物及动物化石，层组厚约7m。底部含煤一层，称1煤层，极不稳定，厚00.49m平均厚0.14m，为不可采煤层。2、薄层砂岩（p2l2-k）：位于1煤组之下，灰色、薄层状，细粒以石英为主，硅质胶结，致密坚硬。夹二层黑色砂质泥岩，含少量菱铁质结核，产数量不多的瓣鳃类动物化石，层组厚约28m。3、2煤组（p2l2-3）：深灰色、灰黑色泥岩及砂质泥岩，薄层状，夹较多扁豆状菱铁质结核俗称“结核泥岩”，产大量瓣鳃类及螺类动物化石常被黄铁矿取代，层组厚约33m，是对比2煤层的标志层。底部含煤一层称2煤层，含硫高，不稳定，偶尔可采。煤层顶、底板泥岩中产植物化石及碎片，煤厚03.60m。4、3-6煤组（p2l2-2）：位于煤系地层的中、下部。该煤组上部为浅灰色细中粒砂岩具楔形及小型斜层理，成份以石英为主，硅质、泥质胶结，夹有不规则的粉砂岩、砂质泥岩及泥岩，厚约29m。上部砂岩的底部含煤一层，称3煤层，不稳定，煤厚01.07m，偶尔可采。中部为深灰色灰黑色砂质泥岩，含指状菱铁质结核，产大羽羊齿植物化石，该层砂质泥岩下部常有灰色浅灰色细砂岩或粉砂岩，厚约21m，底部含煤一层称5煤层，为局部可采煤层，较稳定，煤厚01.99m，该煤层在本井田南段较发育。下部为灰白色浅灰色，中厚层状，细中粒砂岩，泥质、硅质胶结，较疏松，局部发育缓波状层理及斜层理，偶夹粉砂岩，该层砂岩顶部和底部为砂质泥岩，产大羽羊齿植物化石，砂岩层厚约38m，底部含煤一层称6煤层，结构较简单至复杂，煤层稳定性为较稳定至不稳定，煤厚015.63m平均2.07m，为本井田主要可采煤层。5、7煤组（p2l2-1）：上部为灰白色细砂岩及黑色砂质泥岩，厚约18m，中部为细、中粒砂岩，泥质胶结，厚约33m，下部为黑色砂岩夹有薄层细砂岩厚约14m。局部地段含煤线或炭质泥岩，为7煤层层位。2.5煤质特征龙家山煤矿井田含煤地层为二迭系龙潭组上段，共含煤7层，其中6煤为主采煤层，5煤局部可采，其它煤层均不可采。主采6煤层厚度036.4m，平均3.13m，可采指数81.2%，变异系数150.1%，煤层结构简单，属较稳定的中厚煤层。6煤层属中灰、低硫、高发热量的无烟煤（水份平均2.87%、灰份平均17.67%、挥发份平均5.41%、硫平均0.5%、发热量平均25.09mj/kg），煤尘无爆炸危险性，属不易自燃煤层。5煤层：钢灰色、灰黑色，半金属光泽，参差状断口，条带状构造，结构简单。煤岩类型为半光亮型。6煤层：灰黑色、黑色，似金属光泽，粒状结构，条带状、鳞片状及糜棱状构造，阶梯状、参差状断口，裂隙发育，为重胶结煤。煤岩类型为半暗淡至半光亮型。2.6水文地质特征龙家山煤矿属低山丘陵地形，地势整体是西高东低，南高北低。山系呈南北向延伸，南段山系与地层走向基本一致，北段山系与地层走向有30左右夹角。最大标高是200.8m，最低标高是84.8m，最大相对高差为116m，一般相对高差为3050m。56勘探线以南地形起伏较大，地表储水面积小，大气降水排泄快。56勘探线以北，地势相对平坦，不利于大气降水的排泄，使地下水有良好的补给条件。井田内地表水系不发育，主要水系为耒水，位于井田的东北侧的“红层”剥蚀区内，6煤层-400m水平左右上方，对矿井开采没有较大影响。井田中部和南部边界的两条季节性小溪，距开采的深度为地表垂直距300350m。根据邻近矿井资料，采后导水裂隙带高度为3640m，裂高与采厚比值为1820。此外小溪通过地段为弱含水层，故小溪对矿井无影响。井田西侧的南冲水库，其库尾在6煤层露头线和126采区的老窿采空区上方，1981年4月5日，该水库的水通过老窿溃入井下，淹井达16d之久，总突水量6298m3。综上所述，由于矿井有白垩系“红层”的中等含水层。充水来源主要是大气降水和老窿、小矿水，按矿井水文地质条件类型分类，在红层剥蚀区和老窿破坏区为水文地质中等类型，其它地段则属于水文地质简单类型。3地质构造及控制特征研究3.1矿区地质构造演化及分布特征红卫矿区煤层煤系属于龙潭煤系。龙潭煤系是华南地区重要的含煤地层之一。湘赣地区位于华南板块东南部，紧邻华南加里东褶皱带。由于受雪峰、江南和武夷等古隆起的限制，以陆源碎屑沉积为主的龙潭煤系呈北东向沿南昌萍乡耒阳一带分布。聚煤环境多样化，但主要类型为滨海平原和滨海三角洲。滨海平原型龙潭煤系主要发育于赣中一带，其岩性、岩相和含煤性均呈北东向带状分布。煤系厚度从东南向西北递减，一般厚100200m；富煤层位随之降低。安福丰城乐平为一个明显的北东向富煤带。滨海三角洲型主要分布于湘中、湘中南等地，由于沉积速率高，堆积了大量的砂质沉积，因此煤系厚度大，砂岩含量高，是研究区含煤性较好的地区。耒阳郴州一带自早二叠世晚期粗碎屑岩沉积到晚二叠世早期煤系沉积，显示三角洲沉积层序的特征。红卫矿区煤层煤系跟龙潭煤系一样是在东吴运动的构造背景下发育起来的。其含煤性和富煤带均受ne向构造控制，发育在碰撞隆升的陆地前缘滨海地带，与海岸线大致平行展布。随着碰撞效应的前移，聚煤古地理环境、沉积类型和富煤带显示向nw规律性迁移。而且一系列ne向展布的含煤盆地发育明显的不对称性：se翼陡，含煤厚度大；nw翼缓，含煤厚度小。这些情况也暗示后期微板块的碰撞方向是由se持续指向nw的。龙潭煤系地层发育后又经历了晚三叠世的印支运动使得华南板块与华北板块碰撞，发生整体差异隆升，但研究区以坳陷沉降为主，断裂活动较弱。在凹陷处堆积了较厚的地层，使龙潭煤基本完成了深成变质作用，达到气煤阶段。由于煤层埋深较大，所以煤层气的散失比较微弱， 缺乏分区现象。3.2井田地质构造及分布特征白沙向斜是本区域主体构造，走向近南北，轴长30km，宽幅10km，南、北两端收敛。龙家山矿井位于白沙向斜南段西翼，呈单斜构造，走向近于南北，倾向东，倾角3033，小型褶曲在井田南北均有发现，但幅度甚小，从原勘探资料及井下巷道反应井田内断层四条，现分述如下：（1）f1枫树下正断层：位于井田南端边界，走向310，倾角60，断距100m。本断层处于矿井北部，断距较远较深，为矿井自然边界。根据矿井采掘过程中所揭露的巷道资料分析，该断层只切割了地表浅部，对煤层基本上无影响。（2）f2新坡洞逆断层：位于52勘探线附近，长达60m，走向103，倾向13，倾角78，断距50-150m。根据矿井采掘过程中揭露的巷道资料分析，该断层只切割了地表浅部，对煤层无影响。（3）f3柳家冲逆断层：位于6269勘探线的井田西侧，长达1500m，走向187，倾向277，倾角29，断距50m。根据矿井采掘过程中揭露的巷道资料分析，该断层只切割了地表浅部，对煤层无影响。（4）f4耒河边逆断层：位于68勘探线以北，为隐伏断层，长度不明，走向147，倾向57，倾角55，断距不明。3.3构造煤发育及分布特征构造煤是煤与瓦斯突出的必备条件，龙家山煤矿是煤与瓦斯突出矿井。在矿井的整个区域内大致存在两种特性的煤层。一种是原生煤，煤层煤质比较硬，煤层普式系数为0.26（数据来源于龙家山煤矿6煤层瓦斯基本参数测定研究报告），层理清晰，原生结构没有遭到破坏，大致都为块状；另外一种是构造煤，煤质松软，层理紊乱、原生结构遭到严重破坏，大致以碎粒状、糜棱状为主，矿区工人直接把它叫做“突出煤”。构造煤在空间分布上具有明显的分区、分带特征。构造煤分布的非均衡性不仅存在于煤田、矿井之间，而且还存在于同一煤层同一矿井的不同工作面之间与同一煤层同一矿井同一工作面的不同地带。龙家山煤矿构造煤的分布存在两个明显的特点：一种是呈现南边煤层的构造煤多于北边，因此从龙家山矿井瓦斯突出点基础资料显示：南边的突出点多于北边，并且突出强度也大于北边；另外一种分布现象主要跟矿井的地质构造有关，通过矿井瓦斯突出资料与井下施工时可知：大部分的构造煤分布地带都是煤层顶底板急剧变化的地带。在煤层顶底板急剧变化的地带，煤层一般都经过了构造应力的挤压、剪切破坏作用，正是这种构造应力破坏了煤层的层理面，原生结构，使煤层呈现出碎裂煤、碎粒煤、粉粒煤和糜棱煤的特性，形成煤与瓦斯突出的构造煤。3.4地质构造对瓦斯赋存的控制地质构造既可改变煤层赋存形态及煤体结构，又可改变煤层围岩透气性能。褶曲使煤层在背斜、向斜轴部增厚，翼部变薄，褶曲发育部位多为厚煤层区段，同时也呈小断裂发育。煤厚发生变化使瓦斯释放运移、集聚条件相应改变，褶曲轴部煤层瓦斯含量成倍增长，瓦斯压力增大，瓦斯涌出量增高。围岩条件直接影响煤层瓦斯赋存量的大小，决定了煤层顶底板岩性及其透气性的强弱。顶板岩层越疏松、颗粒及孔隙度越大，越利于瓦斯运移逸散。其主要体现在以下两个方面（1） 褶皱对煤层中瓦斯保存的控制 岩层经过褶皱作用后，在褶皱不同部位围岩封闭瓦斯能力具有较大的差别，在背斜轴部节理以张性为主，因此，封闭瓦斯的能力明显减弱。在向斜轴部，节理以压性或压扭性为主，因此，围岩封闭瓦斯的能力介于背斜轴部和向斜轴部之间。此外，背斜倾伏端埋深相对大，封闭瓦斯的能力也相应增强，而向斜仰起端埋深相对减少，封闭瓦斯的能力也相对减弱。（2） 断层对煤层中瓦斯保存的控制断层保存瓦斯的能力则随断裂性质的不同而具显著的差异。压性断层因其受到较大压应力作用，结构致密的断层泥、粉砂岩较发育，透气性差，沿断层和垂直断层面方向上的瓦斯运移都相对困难，因此，压性断层对煤层中瓦斯的保存最为有力，张性断层则相反，其中，结构松散的碎裂隙岩、断层泥发育，透气性好易于瓦斯释放，其它断层对瓦斯的保存能力则按压扭性、扭性、张扭性的顺序逐渐减弱。此外，断层对煤层中瓦斯保存的控制还明显地受构造作用的强烈程度影响，随着地质构造作用的加强，断层泥、粉砂岩进一步发育压性断层变得更有利于瓦斯保存，扭性断层保有瓦斯的能力也有一定程度的提高，张性断层则变得更有利于瓦斯释放。龙家山煤矿在生产过程中没有遇到大的地质构造，只碰到一些小型褶曲；褶曲使煤层产生分叉，容易导致煤层突出。4矿井瓦斯地质规律研究4.1断层、褶皱构造对瓦斯赋存的影响根据目前龙家山煤矿的地质资料显示：矿井区域内存在四条断层。一条位于矿井北边界的f4耒河边逆断层。f4耒河边逆断层，仅7103钻孔控制，由于在红层剥蚀区内，6煤层因赋存状况差有可能不开采，故预计影响不大。一条位于52勘探线附近的f2新坡洞逆断层，一条位于6269勘探线的井田西侧的f3柳家冲逆断层，由于这两条断层切割不深，对煤层基本上没有影响。还有一条位于井田南端边界的f1枫树下正断层，为井田自然边界。在生产过程中均未发现此断层，估计此断层对煤层影响不大。褶皱主要从三方面影响瓦斯的赋存：（1）褶曲是由于地层中的构造力对地层的挤压、拉张和剪切，导致地层一定的弯曲与变形。通过此种作用对煤层造成了两种影响。一是煤体通过构造力作用原生态结构破坏，形成一定厚度的软煤分层，用手指可以搓成粉末状和粉粒状，大大降低了煤的硬度。二是大大增加了煤的比表面积，从而使煤对瓦斯的吸附能力大大增强；当应力解除时，微孔隙与微裂隙很快连通起来，又具有快速解吸瓦斯的能力。（2）褶曲以后煤层出现厚薄分布不均现象。煤层在轴部会变厚，而在褶曲的翼部变薄。而龙家山煤矿基本都是小型褶曲，地层中由于褶曲产生的裂隙少且小，并且上覆地层厚且是透气性差的地层。因此煤层在开采时往往褶曲轴部形成封闭地段，且因为煤层变厚并未遭到破坏，使煤层瓦斯含量大大加大。（3）褶曲地段一般都是应力集中地段，使煤层处于强压状态。因此，在这些地段能够引起与煤与瓦斯的压力增大。当煤层被开采时，压力得到快速释放，容易引起煤与瓦斯突出。龙家山煤矿在生产实践中，未见到勘查报告中的褶皱、断层的构造迹象；矿井-250m水平以上南、北两端均见到小褶皱（向、背斜）小断层（走向、倾向的正、逆断层）。这些小构造，由于幅度小或断距小对煤层影响很小。且大多数“下褶上不褶”、“下断上不断”，即底板岩巷中见到的小构造，在煤层开采中未发现或痕迹不明显。4.2顶底板岩性对瓦斯赋存的影响顶底板岩性包括岩石的孔隙率、渗透性和孔隙结构。一般来说顶底板岩石孔隙率大，连通情况好，渗透性好，孔隙度大，透气性能好，对煤层逸散有利，反之则对煤层赋存有利。一般来说，煤层顶底板岩性为致密完整的岩石，如页岩、油母页岩时，煤层中的瓦斯容易被保存下来；顶底板为多孔隙或脆性裂隙发育的岩石，如砾岩、砂岩时，瓦斯就容易逸散。矿井6煤层顶板粉砂岩成岩胶结程度好，透气性能差，不利于其下伏煤层瓦斯散失；6煤层底板虽然是细砂岩，但成岩胶结较好，透气性虽然比顶板粉砂岩好，但是岩性、岩相在横向上比较稳定，沉积物粒度通常较细，细碎屑岩中泥岩所占比例较大，造成有利于封存瓦斯的条件。4.3煤层厚度对瓦斯赋存的影响根据龙家山煤矿煤与瓦斯突出记录表分析对比： 276二轨-190m石门平均煤层厚度为9至11m，突出煤量70t；1764s-1切眼上山平均煤层厚度为4至6m，突出煤量为25t；2568-1切眼上山平均煤层厚度为1至3m，突出煤量为15t。根据上述分析：煤层厚度对瓦斯赋存影响较为明显，煤层厚度越厚，瓦斯含量越大、突出强度越大。4.4埋藏深度对瓦斯赋存的影响大量研究表明煤层埋深对瓦斯赋存的影响很大。煤层自甲烷带起，煤层的瓦斯含量、瓦斯涌出量都与煤层的埋深成一定的梯度关系。分析龙家山煤矿6煤层瓦斯含量与埋深关系可知（图4-1），龙家山煤矿6煤层瓦斯含量随埋深增大而增加。加之透气性差，煤层瓦斯易于保存，煤层的瓦斯含量就越高。图4-1 龙家山煤矿6煤层瓦斯含量与埋深关系散点图4.5瓦斯含量分布及预测龙家山煤矿瓦斯含量分布与预测主要根据井下施工的测压钻孔、2766-1(2) 回采工作面和2764-1回采工作面瓦斯涌出量计算得的瓦斯参数进行统计与研究。根据龙家山建井以来的统计的瓦斯基础资料分析与研究可知，龙家山煤矿瓦斯的分布呈现如下几条规律：（1）从矿井的整体可知：矿井南边煤层的瓦斯含量比北边煤层的瓦斯含量大。（2）根据地质钻孔与开采以后测的瓦斯参数可知：煤层厚度大的地方瓦斯的含量都比煤层薄的地方瓦斯含量大。（3）根据矿井在煤巷掘进时施工的抽排钻孔与测的瓦斯参数的结果可知：煤层走向急剧变化的部位，由于应力集中并且在某些地带由于煤层变薄，顶底板急剧合拢，形成封闭状态。这些地带煤层的瓦斯含量也加大，施工抽排钻时常出现喷孔与吸钻现象。根据龙家山煤矿瓦斯含量（见表4-1），利用excel表格回归分析龙家山煤矿6煤层瓦斯含量与埋深的关系，得出6煤层瓦斯赋存规律如下：（1）6煤层瓦斯含量（w）具有随埋深（h）加深而增大的总体趋势（见图4-2）。两者之间遵循式（4-1）所示的统计关系（相关系数r87.55%）；w=0.0514h+2.9442 （4-1）式中 w煤层瓦斯含量，m3/t；h埋深，m。（2）6煤层瓦斯含量增长梯度为5.14m3/t/100m，增长梯度较大；（3）6煤层瓦斯含量较大，为煤与瓦斯突出提供了能量基础。根据煤层瓦斯含量与埋深的统计关系式（4-1）对龙家山煤矿的瓦斯分布情况进行了预测并绘制了瓦斯含量等值线，根据龙家山煤矿井上下对照图、采掘工程平面图与煤层瓦斯含量等值线可知：煤层的埋深与地表的垂距越大，煤层的透气性越差，导致瓦斯含量越高。表4-1 龙家山煤矿6煤层瓦斯含量测试地点埋深（m）含量(m3/t)2766-1（2）31619.262764-130818.58-250m三轨绕道30318.69图4-2 龙家山煤矿6煤层瓦斯含量与埋深关系趋势图5矿井瓦斯涌出量预测5.1矿井瓦斯涌出资料统计及分析根据龙家山煤矿瓦斯地质图说明书后面附表统计资料分析：矿井南翼绝对瓦斯涌出量比较大；一分层采掘工作面瓦斯涌出量大于次分层采掘工作面瓦斯涌出量，因此，一分层采掘工作面的开采可以作为次分层采掘工作面保护层开采；风排瓦斯量大于瓦斯抽放量，因此，需要加大瓦斯抽放力度。各回采工作面及掘进工作面瓦斯涌出情况见附表67。5.2矿井瓦斯抽采资料统计及分析龙家山煤矿于2006年建立了地面永久抽采系统，地面抽放泵选用2bea-303、75kw水环式真空泵二台，井下布置管网对各采掘工作面进行抽采，正常情况下，地面抽放泵房可以24h全天对本煤层和采空区实施瓦斯抽采。目前矿井保存了自2008年以的瓦斯抽采资料，通过对其周、月、季报表进行统计，数值如下表5-1。表5-1 近5年来瓦斯抽采情况表年度抽采时间（h）抽采量（m3）钻孔进尺（m）20086400925170146502009685096520013520201061201036872168642011660011621911720020126580121521418650根据龙家山煤矿近年来对工作面瓦斯抽采的统计资料分析可知：龙家山煤矿煤层的瓦斯抽采效果主要跟以下三个参数有关：瓦斯抽采时间；钻孔深度；工作面煤层透气系数。但是瓦斯抽采效果又不跟三个因素成正比例关系，而是三个因素相互影响制约。在工作面瓦斯储量差不多，抽采钻孔尺数差不多的情况下，抽采时间越多，效果越好。而当只一味的加大其中一个参数时，效果总是不够理想。因此，首先进行区域“四位一体”防突措施，等抽采达标以后，要进行局部防突措施进行补充。鉴于目前矿井抽采煤层瓦斯达不到理想效果，更创造不了经济价值。因此，我矿井未对瓦斯进行综合利用。5.3回采工作面瓦斯涌出量预测龙家山煤矿6煤层采用分层开采，先采上分层，采高2m，上分层工作面回采完毕、再生顶板胶结后再布置下分层工作面，下分层工作面内错于上分层工作面布置。在上分层工作面开采时，由于下分层煤层直接暴露，使下分层煤体内部分瓦斯涌入上分层工作面，且由于受上分层采动影响，内错布置的下分层工作面煤体得到充分卸压，煤层的透气性增强，从而使下分层煤体内的瓦斯绝大部分涌入上分层回采工作面；到下分层工作面开采时，工作面的瓦斯涌出量会相对较小。这就是说，无论何时都是在开采上分层工作面时的瓦斯涌出量最大，因此，从瓦斯治理角度而言，只需对上分层回采工作面进行预测。根据安全生产行业标准矿井瓦斯涌出量预测方法（aq1018-2006），采用分源预测法对龙家山煤矿回采工作面瓦斯涌出量进行预测。汇：矿井瓦斯涌出生产采区瓦斯涌出源：已采采区采空区瓦斯涌出回采工作面瓦斯涌出掘进工作面瓦斯涌出源：生产采区采空区瓦斯涌出源：开采层瓦斯涌出源：邻近层瓦斯涌出源：煤壁瓦斯涌出源：落煤瓦斯涌出图5-1 矿井瓦斯涌出源汇关系示意图分源预测法的技术原理是：根据煤层瓦斯含量和矿井瓦斯涌出的源汇关系，利用瓦斯涌出源的瓦斯涌出规律并结合煤层的赋存条件和开采技术条件，预测回采工作面的瓦斯涌出量，预测条件如下：1、预测公式如下：（1）厚煤层分层开采时，开采煤层（包括围岩）瓦斯涌出量 （5-1）式中：q1-开采煤层（包括围岩）相对瓦斯涌出量，m3/t；k1-围岩瓦斯涌出系数，对于全部陷落法顶板管理的工作面，取k1=1.3；k2-工作面丢煤瓦斯涌出系数，其值为工作面回采率的倒数，按照各工作面的地质报告和作业规程，回采工作面设计回采率为95%，则k2=1.05； k3-准备巷道预排瓦斯对工作面煤体瓦斯涌出影响系数，采用长壁后退式回采时，系数k3按下式确定： （5-2）l-回采工作面长度，m，l=70m；h-巷道瓦斯预排等值宽度，m，按巷道平均暴露105天考虑，则无烟煤取h=9.1m，参考表5-2；表5-2 巷道预排瓦斯等值宽度h巷道煤壁暴露时间（d）不同煤种巷道预排瓦斯等值宽度（m）无烟煤瘦 煤焦 煤肥 煤气 煤长焰煤256.59.09.011.511.511.5507.410.510.513.013.013.01009.012.412.416.016.016.016010.514.214.218.018.018.020011.015.415.419.719.719.725012.016.916.921.521.521.530013.018.018.023.023.023.0kf-取决于煤层数量和顺序的分层瓦斯涌出量系数，分两层开采时，上分层开采取kf=1.504；w0-煤层原始瓦斯含量，m3/t，根据预测工作面位置，在瓦斯含量分布预测图上查取；w1-煤的残存瓦斯含量，m3/t， 取实测值w1=3.18m3/t。（2）邻近层瓦斯涌出量 （5-3）式中：q2 -邻近层瓦斯涌出量，m3/t；mi-第i个邻近层厚度，m；1- 上邻近层排放曲线，2-近水平和缓倾斜煤层下邻近层排放曲线，3-急倾斜煤层下邻近层排放曲线图5-2 邻近层瓦斯排放率与层间距的关系曲线m1-开采层的开采厚度，m；woi-第i邻近层原始瓦斯含量，m3/t，因邻近层没有瓦斯含量测值，上邻近层按同一位置6煤层瓦斯含量取值。w1i-第i邻近层残存瓦斯含量，m3/t，参考6煤层取w1i =3.18m3/t；ki-取决于层间距离的第i邻近层瓦斯排放率，ki可根据层间距离（表5-3）由图5-1查取。表5-3 6煤层开采时邻近层厚度及至开采层距离（据地层综合柱状图）煤层煤层厚度（m）距离6煤间距（m）瓦斯排放率（%）上邻近层20.8088.51030.5759.53850.7438602、预测结果根据矿井的瓦斯含量分布及预测结果对矿井回采工作面的相对和绝对瓦斯涌出量进行预测。预测结果见表5-4。表5-4 6煤层开采时各采面瓦斯涌出量计算表参数取值瓦斯含量/（m3/t）k11.34812162024k21.054812162024k30.824812162024l704812162024h9.84812162024kf1.5044812162024m1（m）2.04812162024wc（m3/t）3.184812162024q采（m3/t）1.528.9316.3523.7631.1738.59（m3/min）0.201.152.103.054.004.966煤与瓦斯区域突出危险性预测煤与瓦斯突出是煤矿井下采掘过程中煤和瓦斯突然涌出并产生巨大动力效应的煤岩动力灾害，可能导致瓦斯爆炸，是煤矿事故发生频率高、人员伤亡大的地质灾害。有效进行区域突出危险性预测（以下简称区域预测）可减少防突措施实施的盲目性，增加防突工作的针对性，避免对非突出区域投入大量人力、物力和财力，有利于保障矿井安全生产。6.1煤与瓦斯突出危险性参数测定及统计2007年12月2008年3月我矿协助重庆研究院对6煤层进行了瓦斯基本参数测定，其结果如下：（1）瓦斯压力：6煤层在-250m三轨绕道和-400m南大巷测定地点（-250三轨绕道埋深303.8m-400m南大巷埋深468.3m）区域的瓦斯压力-250m三轨绕道为1.63mpa-400m南大巷为1.95mpa；（2）瓦斯含量：6煤层在-250m三轨绕道和-400m南大巷测定地点埋深区域的最大瓦斯含量-250三轨绕道为18.69m3/t-400m南大巷为19.799m3/t；（3）透气性系数：6煤层在测定地点区域的透气性系数介于 0.03790.0465m2/mpa2d；（4）钻孔瓦斯流量衰减系数：6煤层在测定地点区域的钻孔瓦斯流量衰减系数介于0.3490.523d-1。从煤层的透气性系数和钻孔瓦斯流量衰减系数来看，6煤层属于较难抽采煤层。表6-1 矿井瓦斯抽采统计资料工作面钻孔 进尺 (m)控制 煤量 (t)瓦斯 储量 (m3)抽采 时间（min）纯瓦斯 抽采量（m3）残余瓦 斯含量（m3/t）残余瓦斯压力（mpa）保护层 煤量（t）2768-1（1）9354325416293428540004145716.6未测定216942766-1（2）7214262355073846850003184927.2未测定174902761-1（3s）192725850011314936120007923647.00.015398402764-1（3）1254739540764703526000468157.5未测定29655注：未测定的工作面都是2012年及其之前已经采完收尾了的工作面。为此，我矿选择了合理的抽采系统、抽采方法和抽采工艺，加强生产全过程的瓦斯抽采，利用一切可能的空间和条件充分抽采煤层的瓦斯。6.2煤与瓦斯突出危险性影响因素分析由矿井动力现象汇总表可以看出，龙家山的突出大部分发生在地质构造位置：向背斜、褶曲、断层、煤厚变化、倾角变化等，可见地质构造对龙家山矿区的煤与瓦斯突出起控制作用。6.3区域突出危险性预测龙家山煤矿开采以来发生过多次突出事故，根据湖南省煤业集团黑金时代股份有限公司及白沙安全生产管理局要求，矿井范围内瓦斯突出危险区域划分依据为未开采区域划分为突出危险区；正在开采的区域经消突评价报告确认为无突出危险的和已开采完毕的区域为无突出危险区（突出危险性区域划分依据及相关内容不作为湖南省煤炭研究所技术指导内容）。详见龙家山煤矿6煤层瓦斯地质图（1:2000）。7煤层气资源量计算 煤层气（煤矿瓦斯）资源量是指根据一定的地质工程为依据，估算赋存于煤层中、当前可开采或未来可能开采的具有现实经济意义和潜在经济意义的煤层气总量。资源量计算结果是实现煤层气规模开发的前导性必要工作，是国家进行能源结构调配和煤层气产业发展的战略和规划的基本依据，同时也为矿井有关设计提供基础资料，指导矿井安全生产。7.1资源量计算方法我国地质条件复杂，不同区域煤层赋存条件差异很大，这对煤层气资源量计算过程含气面积、含气量等参数的确定带来了诸多问题。我国目前煤层气资源量的计算方法主要分为以下几种：（1）地质储量估算体积法它是我国目前煤层气储量计算普遍采用的一种方法，适应于各个级别煤层气地质储量计算，在美国有很多人采用，计算公式如下： （7-1）或 式中 gi煤层气地质储量，108 m3； a煤层含气面积，km2； h煤层净厚度，m； d煤的空气干燥基视密度（煤的容重），t/m3； cad 煤的空气干燥基含气量，m3/ t； ddaf煤的干燥无灰基视密度，t/m3；cdaf煤的干燥无灰基含气量，m3/ t；mad煤的空气干燥基水分含量，%； aad煤的空气干燥基灰分产率，%。类比法主要利用国内外已开发气田或邻近气田的地质参数和工程参数进行类比得出。估算时要绘制出已开发区关于生产特性和储量相关关系的典型曲线，求得类比目标区的储量参数再配合其他方法进行储量估算。类比法可用于潜在的资源量、推断的和控制的地质储量估算。类比内容主要是储层厚度、埋深、煤质、煤岩、含气量、渗透率、储层压力、储层压力梯度等，并且类比目标应优于类比对象。计算区与开发区的地质条件、储层条件等越相似，计算结果越准确。由于我国地质条件较为复杂，尤其是湖南省煤层赋存条件更为复杂，此方法的局限性较大，只有很少地区能够采用。但如果在煤层气开发初期选区，储量级别要求不高，地质资料比较可靠，利用这种方法参数选择比较快捷、直观。（2）可采储量估算数值模拟法数值模拟法是利用数值模拟软件对已获得的储层参数、工程参数和实际的生产数据（或试采数据）进行拟合匹配，最后获取气井的预计生产曲线和可采储量。（a）数值模拟软件选择：必须能够模拟煤储层的独特双孔隙特征和气、水两相流体的3种流动方式（解吸、扩散和渗流）及其相互作用过程，以及煤体岩石力学性质和力学表现等。（b）储层描述：是对储层参数的空间分布和平面展布特征的研究，是进行定量评价的基础，描述应该包括基础地质、储层物性、含气性、储层流体性质及生产动态等5个方面的参数，通过这些参数的描述建立储层地质模型用于产能预测。（c）历史拟合与产能预测：利用储层模拟工具对所获得的储层地质和工程参数进行估算，将估算所得气、水产量及压力值与气井实际量值和实测压力值进行历史拟合。当模拟的气、水产量动态与气井实际生产动态相匹配时，即可建立气藏模型获得产气量曲线，预测未来的煤层气产量并获得最终的煤层气累计产量，即煤层气可采储量。根据资料的掌握程度和估算精度，数值模拟法的估算结果可作为控制开采储量和探明可采储量。产量递减法产量递减法是通过研究煤层气的产气规律、产量、压力、液面等生产特征、分析气井的开采特征和历史资料来预测储量，一般是在煤层气经历了产气高峰并开始稳产或出现递减后，利用产量递减曲线的斜率对未来产量进行估算。产量递减法实际上是煤层气井生产特征外推法，运用产量递减法必须满足以下几个条件：（a）所选用的生产曲线具有典型的代表意义；（b）可以明确界定气井的产气面积；（c）产量时间曲线上在产气高峰后至少有3个月以上稳定的产气量递减曲线斜率值；（d）必须有效排除由于市场减缩、修井、检泵或地表水处理等非地质原因造成的产量变化对递减曲线斜率值判定的影响。产量递减法可以用于探明可采处理的估算，特别是在气井投入生产开发阶段，产量递减法可以配合体积法和数值模拟法一起提高储量估算精度。采收率估算法可采储量是通过估算气田采收率来估算，估算公式为： （7-2）式中 gr煤层气可采储量，108 m3； gi煤层气地质储量，108 m3； rf采收率，%。煤层气采收率（rf）可以通过以下几种方法估算：（a）类比法：根据与已开发气田或邻近气田的地质参数和工程参数进行类比得出。（b）数值模拟法：在实际生产数据的基础上，根据气田特征和开发概念设计建立模型，并经历时拟合对煤层气储层进行重新扫描后模拟估算得出。 （7-3）式中 gpl气井累计气体产量，108 m3；giw井控范围内的地质储量，108 m3。（c）等温吸附曲线法：在等温吸附曲线上通过废弃压力所对应的可采储量估算得出。 （7-4）式中 ggi原始储层条件下的煤层含气量，m3/t；gga废弃压力条件下的煤层含气量，m3/t。（d）产量递减法：在已获得稳定递减斜率的产量递减曲线上估算得出。 （7-5）式中 gpl气井累计气体产量，