深井煤层瓦斯地质规律研究实施技术方案.doc

煤业有限公司深井煤层瓦斯地质规律研究实施技术方案12一、项目研究的背景及目的煤矿位于山东省济宁市西侧，是淄博矿业集团在济北煤田投资新建的一座现代化大型矿井，设计年产量为3.0Mt。本井田含煤地层为二迭系山西组和上石炭统太原组，平均总厚248m， 可采煤层有3（3上）、3下、6、10下、15上、16、17共七层，平均总厚12.00m，含煤系数4.8。主要可采煤层3（3上）、3下、16、17平均总厚9.76m，占可采煤层总厚的81.3；其中以3（3上）煤层最厚，最大厚度10.55m，全区平均5.51m，占可采煤层总厚的46。地质储量632.59Mt，可采储量286.78Mt，占井田总可采储量的77，又是最上一层可采煤层，是先期开采的主要对象。该井田位于济宁地堑西侧北部。东界为济宁断层，西界为嘉祥断层，由之构成本区的地堑构造。因受孙氏店、济宁及嘉祥等南北向区域性断层的控制，区内次级构造以南北向、北北东向断层为主，局部因受南北二侧东西向构造带控制，也存有少量东西向断层。本区东、西边界地带受南北向济宁断层和嘉祥断层控制形成较多的附生断层。区内则以北东向断层居多。本区断层分为南北向、北东向、近东西向三组正断层。近南北向正断层主要分布在本区东西边界，且次一级附生断裂发育，形成复杂断裂带；近东西向正断层只有北部一条；区内广大范围内主要为北东向正断层，其中F2、F3断层之间为一复杂断裂带，F2断层以西的井田主体部分主要为走向北东的小断层。井田内经地震与钻探发现和证实的断层共有77条，其中落差100m的16条；50100m的17条；3050m的9条；1030m的26条；10m的9条。由于该矿井属于深部开采，煤层埋藏深1000m以上，并且存在大量的断层和褶曲，这些地质构造或多或少的都对瓦斯赋存起到一定的影响。由于煤层埋藏深，其瓦斯赋存较周边其它矿井丰富，构造煤发育，瓦斯地质条件较复杂，这样就更增加了生产过程中瓦斯治理工作的难度，制约着该矿的安全生产和发展。为了搞清井田内瓦斯赋存规律，特别是地质构造附近瓦斯的变化情况，有针对性的指导矿井瓦斯治理工作，减小瓦斯治理工作的盲目性，特提出了瓦斯地质规律研究项目。二、项目主要研究内容本项目以瓦斯地质理论和瓦斯防治理论为指导，采用现场实测、实验室测试和理论分析相结合，针对深井煤层赋存条件和回采方式，主要有以下研究内容： 主采煤层3上煤层瓦斯基本参数测定测定参数包括：煤层原始瓦斯含量，原始瓦斯压力，瓦斯含量系数，煤对瓦斯吸附常数，孔隙率，煤层透气性系数，钻孔瓦斯流量衰减系数和煤的工业分析。 主采煤层3上煤层瓦斯地质规律研究深井地质构造运动对煤层厚度和煤质的影响，结合瓦斯含量测定数据，研究煤层瓦斯赋存规律；地质因素对3上煤层瓦斯含量分布的控制作用研究；煤层瓦斯地质特征及瓦斯地质单元划分；主采煤层3上煤层不同瓦斯地质单元的瓦斯分布规律；主采煤层3上煤层瓦斯地质图编绘（图中包含采掘工程布置、瓦斯含量等值线、瓦斯涌出量等值线、埋深等厚线和瓦斯基本参数测值点等信息）。 3上煤层瓦斯涌出规律及矿井瓦斯涌出量预测研究矿井开采深度变化与瓦斯涌出关系；矿井瓦斯涌出来源及构成分析；回采工作面瓦斯涌出来源及构成分析；采掘工作面采落煤瓦斯涌出规律研究；采掘工作面煤壁瓦斯涌出规律研究；回采工作面采空区瓦斯涌出规律研究；建立基于矿煤层条件的瓦斯涌出量预测方法；采掘工作面、采区及矿井瓦斯涌出量预测。 采掘工作面瓦斯防治技术研究回采工作面瓦斯超限治理技术研究；掘进工作面瓦斯超限治理技术研究；矿井日常瓦斯管理实施细则制定。三、考核指标（带*者为重点考核指标） 提交主采煤层3上煤层的瓦斯基本参数*。 分瓦斯地质单元提出目标煤层瓦斯含量分布规律。 矿井不同深度条件下瓦斯分布变化规律的系统评价*。 提交完备和标准的主采煤层3上煤层瓦斯地质图和瓦斯等值线图*。 提出矿井开采深度变化与瓦斯涌出规律定性与定量描述指标*。 不同开采深度条件下工作面瓦斯管理的关键技术*。 在技术合理、经济上可行的条件下，确保采掘过程中瓦斯不超限。四、项目拟达到的经济技术指标1. 瓦斯基本参数的测定准确率达到90%以上；2. 瓦斯地质单元划分合理，煤层瓦斯含量分布规律与实际的偏差小于15%；2. 未采区域采掘工作面、采区及矿井瓦斯涌出量预测准确率不低于80%；五、项目实施地点煤业有限公司六、项目研究技术方案 技术路线瓦斯含量分布规律研究矿井瓦斯灾害防治瓦斯涌出量预测P、f、透气性系数，百米钻孔流量，煤的工业分析煤层瓦斯含量、压力、瓦斯吸附常数瓦斯基本参数测定瓦斯地质图编绘矿井瓦斯地质规律研究矿区地质构造资料收集地质构造对瓦斯含量分布的控制作用瓦斯地质单元划分瓦斯涌出量预测方法建立工作面、采区矿井瓦斯涌出量预测图1 技术路线图 瓦斯基本参数测定煤层原始瓦斯压力测定测定方法：按煤炭工业行业标准煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法（MT/T638-1996），采用岩石穿层钻孔水泥砂浆封孔、瓦斯压力自然恢复法测定。要求测定地点岩层完整，50m范围无断层，岩柱（垂高）厚度不小于10m。测定地点及测定数量：数量暂定6个，地点与矿方商量确定。煤层原始瓦斯含量测定测定方法：采用井下解吸法测定。即：用电煤钻垂直采掘工作面新鲜暴露的煤壁，打直径42mm、深1015m的顺层煤孔，通过煤芯采集器采集孔底煤样并装入煤样罐中，用瓦斯解吸仪测定煤样的瓦斯解吸速度后，将煤样送实验室测定煤样的残存瓦斯量，最后根据煤样取样过程损失瓦斯量、井下样瓦斯解吸量、残存瓦斯量和煤样重量确定煤层原始瓦斯含量。测定地点及测定数量：数量暂定8个，地点与矿方商量确定。煤对瓦斯吸附常数测定测定方法：打测压钻孔时用煤芯管现场目标煤层采集煤样（煤样重量不小于1000g），密封送实验室按煤炭工业行业标准煤的甲烷吸附量测定方法（高压容量法）（MT/T752-1997）测定。测定数：数量暂定8个。孔隙率测定测定方法：在回采工作面或掘进工作面新鲜暴露煤壁采集粒径510cm的块状煤样35块，密封送实验室，按国家标准煤的真相对密度测定方法（GBT217-1996）和煤炭视比重测定方法（GB694986）测定煤的真、假密度，再根据真、假密度计算孔隙率。测定数量：数量暂定8个。钻孔瓦斯流量衰减系数测定测定方法：测压钻孔瓦斯压力平衡后，卸掉瓦斯压力表，用孔板流量计定期测定钻孔瓦斯流量，记录测定时间t和钻孔瓦斯流量Q；根据连续1520天测定所获得的（t，Q）数组，按QQ0e-t规律回归分析求得钻孔瓦斯初始流量Q0和钻孔瓦斯流量衰减系数。测定数量：数量暂定4个。煤层透气性系数测定测定方法：根据测压钻孔所测平衡瓦斯压力测值、钻孔瓦斯流量测定结果以及测压钻孔直径、见煤长度等参数，采用径向不稳定流动理论，计算测压地点的煤层透气性系数。测定数量：数量暂定3个,测定地点同瓦斯压力测定地点。煤的工业分析测定测定方法：在回采工作面或掘进工作面新鲜暴露煤壁，采用刻槽法采集重量100200g煤样，密封送实验室按国家标准煤的工业分析方法（GB212-91）测定原煤的灰分、水分和挥发份含量。测定数量：数量暂定8个。 深井煤层瓦斯地质规律研究瓦斯受着地质条件的控制。瓦斯地质规律是煤层瓦斯涌出、瓦斯突出的重要规律。瓦斯含量、涌出量大小和发生煤与瓦斯突出受地质构造演化作用的控制，并且存在着明显的分区、分带特征，这是编制矿井瓦斯地质图，综合防治瓦斯灾害的理论基础。煤层瓦斯赋存状态，瓦斯含量大小，瓦斯压力高低，都是由于含煤地层和地质构造历史演化的结果，取决于煤层瓦斯的生成条件和在历次构造运动中经受凹陷、隆起、挤压、拉张等作用的保存条件。威胁煤矿开采最严重的地质灾害煤与瓦斯突出，主要发生在高瓦斯赋存、高地应力、煤层结构碎性破坏地带。只有搞清瓦斯地质规律，才能搞清瓦斯赋存规律和瓦斯涌出规律；只有搞清瓦斯地质规律，才能搞清高应力带、挤压、剪切作用形成构造煤的律。统计主采煤层3是煤层回采工作面回采期间月平均相对瓦斯涌出量和绝对瓦斯涌出量，反演不同深度已采区域回采工作面煤层瓦斯含量；统计主采煤层3是煤层掘进工作面平均绝对瓦斯涌出量，反演不同深度已采区域掘进工作面煤层瓦斯含量；统计各煤层已采区域采掘工作面遇断层（厚煤带、薄煤带）前30m、过断层（厚煤带、薄煤带）中和过断层（厚煤带、薄煤带）后30m的瓦斯涌出量，绘制绝对瓦斯涌出量与断层（厚煤带、薄煤带）关系曲线，研究井田主要地质因素对瓦斯含量分布（瓦斯涌出）的控制作用；根据地质构造（主要是断层）分布和埋藏深度变化，绘制井田断层复杂程度系数等值线图和埋深等厚线图，并结合煤层瓦斯含量（瓦斯压力）测值点的分布，研究煤层的瓦斯地质特征，分煤层区划瓦斯地质单元，解释造成煤层瓦斯含量分布不均衡的瓦斯地质机制；根据实测获得的生产区域煤层瓦斯含量、未采区域瓦斯压力（用朗格缪尔方程计算出瓦斯含量）和已采区域瓦斯含量反演值，结合煤层瓦斯地质特征，采用数量化理论，分煤层分瓦斯地质单元建立受主导影响因素控制的煤层瓦斯含量分布规律模型，揭示煤层瓦斯沿走向和倾向的分布规律；根据煤层瓦斯含量分布规律，采用计算机成图技术，分煤层编绘基于GIS的Auto图形格式的彩色瓦斯地质图，瓦斯地质图中包含采掘工程布置、瓦斯含量等值线、瓦斯涌出量等值线、煤层埋深等厚线和瓦斯基本参数测值点等信息。 矿井瓦斯涌出量预测采用分源预测法预测3上煤层不同开采时间和区域时的矿井瓦斯涌出量。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（图2），利用瓦斯涌出源的瓦斯涌出规律并结合煤层赋存和开采技术条件，通过对回采工作面和掘进工作面瓦斯涌出量的计算，实现采区和矿井瓦斯涌出量预测的目的。瓦斯涌出量预测主要包括如下内容：回采工作面瓦斯涌出量预测；掘进工作面瓦斯涌出量预测；采区瓦斯涌出量预测；矿井瓦斯涌出量预测。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2 矿井瓦斯涌出源汇关系示意图 采掘工作面瓦斯防治技术研究煤层瓦斯抽放可行性论证根据煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数和采掘工作面瓦斯涌出量预测结果，评价目标煤层未采区域瓦斯抽放的必要性和可行性。回采工作面瓦斯超限治理技术研究掘进工作面瓦斯超限治理技术研究矿井日常瓦斯管理实施细则制定。七、研究计划进度项目完成周期为：12个月。以合同签订之日为项目研究时间起算点，计划进度如下：2009.1-2009.2：测试地点现场考察，制定项目实施方案，瓦斯基本参数测定材料、测试仪器和施工设备准备；2009.32009.4：瓦斯基本参数现场测定，煤样实验室测试，矿井地质资料、采掘工作面瓦斯涌出资料收集与统计分析；2009.52009.8：目标煤层瓦斯地质特征分析，煤层瓦斯含量分布规律研究，煤层瓦斯涌出规律研究，矿井瓦斯涌出量预测，采掘工作面瓦斯治理技术试验准备；2009.92009.10：编绘主采煤层瓦斯地质图，煤层瓦斯抽放可行性论证，回采工作面瓦斯治理技术试验研究，掘进工作面瓦斯治理技术试验研究，矿井日常瓦斯管理实施细则制定；2009.11：测试资料分析，项目研究报告文件编写及鉴定（验收）；2009.12：项目鉴定（验收）。八、项目经费概算科 目价格(万元)备注(1)(2)(3)一、人员费其中：项目负责人5.00主要研究人员12.00二、设备费1、购置费(特殊需要)1.002、试制费(包括样机)0.00三、相关费用1、材料费1.502、测试及化验费22.003、仪器设备及使用费3.504、差旅费10.005、项目验收或鉴定费6.006、其它费用3.00(一、二、三) 小计64.00四、生产性试验或现场试验费1、现场人员费3.002、设施使用费2.503、材料费1.504、交通费1.005、其它费用0.50小计8.5总 计(一、二、三、四)72.50九、项目研究人员名单序号姓 名现专业技术职务投入本项目全时工作时间(人月)在本项目中承担的主要工作(1)(3)(4)(5)1马丕梁研究员3项目总负责人，瓦斯分布规律研究，工作面瓦斯治理技术研究2樊少武副教授4瓦斯地质规律研究方案制定3马 超工程师5瓦斯地质图编绘4张 浪工程师5瓦斯涌出规律研究5陈金玉高 工12瓦斯地质特征与瓦斯分布规律研究6贾东旭工程师12瓦斯基本参数测定，瓦斯治理技术研究7杨 勇工程师12瓦斯资料统计分析8迟娜娜工程师12实验室测试9陈 杰工程师12瓦斯涌出资料统计分析，瓦斯涌出量预测10孙景来工程师12瓦斯分布规律研究十、承担项目单位与主要研究人员业绩 项目承担单位简介煤炭科学研究总院成立于1957年，是煤炭行业唯一的大型综合性研究开发机构，是中央管理的国有重要骨干企业。煤炭科学研究总院拥有底蕴厚重的人力资源，现有职工5200多名，专业技术人员占66.4%，其中中国工程院院士3名，高级专业技术人员1500余名。煤炭科学研究总院拥有雄厚的科技实力，7个国家级、6个行业产品检验中心和国家矿山安全计量站设在总院，具有国际先进水平的实验、检验手段。建院四十多年来，取得科研成果4000余项，获国家级和省部级奖励930余项，专利500多项，有3个博士、8个硕士学位授权点，成为推动煤炭工业技术进步的主导力量。煤炭科学研究总院北京安全技术研究所成立于2004年8月。安全所的科研队伍是由总院各科研院所的高级专业人才组建而成的，现有专职科研人员48人，其中研究员、教授6人，高级工程师8人，工程师12人。学历以博士和硕士研究生为主，博士9人，硕士18人，硕博人员占70%以上，其它全部为大专以上，其中包括注册安全评价人员26人，注册安全工程师15人，是一支学历高、能力强、配置合理、精干高效的科技人员队伍。目前下设矿山安全评价室、安全技术研究室、安全工程设计室、安全仪器仪表研究室、安全培训室等五个业务部门及一个综合办公室。具有工程设计、工程咨询和安全评价甲级资质以及煤矿生产能力核定资质。煤科总院瓦斯基础实验室，是国家重点实验室，拥有包括瓦斯含量、瓦斯压力、煤对瓦斯吸附常数、孔隙率、比表面积、煤质分析、地质构造探测等专业试验室，测试设备总价值3000多万元，设备齐全、技术先进，可以承担瓦斯地质、瓦斯灾害防治、煤矿火灾防治和煤矿通风领域的基本参数测试和科研项目。综上所述，煤炭科学研究总院安全技术研究所完全具备承担本项目研究所需的技术、手段和人才条件。项目负责人简历和主要拟参研人员情况 项目负责人简历马丕梁：研究员，博士生导师，现任煤炭科学研究总院副总工程师、北京安全技术研究所所长，曾任煤科总院抚顺分院党委书记兼副院长、国家煤矿安全产品质量检验中心主任，兼任中国煤炭工业劳动保护科学技术学会瓦斯专业委员会主任委员、中国煤炭学会安全专业委员会主任委员，长期从事煤矿安全科学研究及技术服务等工作，具有很高的学术水平和丰富的现场实践经验。主要负责、参加完成的“七五”国家攻关项目采空区瓦斯抽放技术研究，90年7月通过部级鉴定，成果达国际先进水平，获能源部科技进步二等奖；“八五”国家攻关项目抽瓦斯示范矿井及无煤柱机采面综合抽放瓦斯技术的研究，96年1月通过部级鉴定，鉴定认为成果达国际先进水平，获九六年度煤炭部科技进步三等奖；承担并完成智能调速局部通风机研制，获2004年度中国煤炭工业科学技术奖二等奖；主持完成“八五”国家攻关项目抽瓦斯多参数监控系统，96年1月通过部级鉴定，成果达到国际先进水平；94.0196.12主持完成部课题防止地方煤矿瓦斯煤尘爆炸工程技术的研究项目论证、试验方案制定等工作，96年12通过了部级鉴定，国内先进水平；95.0196.12主持完成部课题多功能定向控制钻具的研制承担钻具整体结构设计和组织现场试验，96年12月通过了部级鉴定，成果达国际先进水平；96.1199.06主持承担“九五”国家重点科技攻关项目平顶山矿区合理预抽期的研究的论证和总体技术方案制定，参与制定试验方案及考察方法。 其他主要拟参研人员情况樊少武：副教授，博士，现为安全技术研究所安全技术研究室主任，主要从事采矿工程、瓦斯赋存规律、瓦斯抽放控制技术、煤与瓦斯突出预测预报技术等研究。主持完成山西焦煤集团西山煤矿总公司屯兰矿瓦斯赋存规律与控制技术研究，获2005年煤炭工业协会科技进步一等奖；2006年3月独立完成同煤大唐塔山煤矿主采煤层瓦斯基础参数测试和赋存规律研究；2006年5月承担并完成山西焦煤集团杜儿坪矿全井田瓦斯抽采和综合利用科技攻关试点工程项目实施方案设计和可行性研究。马超：工程师，硕士，安全技术研究室副主任，1997年8月开始参加工作，在安徽省淮南市国投新集能源股份有限公司新集煤矿主要从事工程技术、矿井设计、通风等安全技术管理工作，历任技术员、业务主管、副科长等职。2002年9月到西安科技大学攻读硕士学位，在此期间主要从事煤矿自燃火灾胶体防灭火研究、瓦斯爆炸机理和抑爆基础等研究。2005年8月分配到煤炭科学研究总院，从事煤矿安全技术研究、安全评价和咨询服务等工作，参加河南义马矿业集团易燃煤层综合防灭火技术研究和兖州煤业股份有限公司矿用新型封闭和堵漏材料应用工艺研究等项目的研究工作。张浪：工程师，硕士。安全技术研究室副主任，曾先后负责陕西宝鸡秦源煤矿矿井通风系统优化分析研究工作，完成现场阻力测试和优化改造研究方案；参加山西王坡煤矿瓦斯抽放技术服务项目，设计了3202准备工作面的瓦斯抽放方案；完成了河南安阳果园煤矿的瓦斯突出评价，组织测试瓦斯突出参数并编写评价研究报告；参加国家安全生产监督管理总局组织的全国45户国有重点煤矿的安全技术专家会诊工作。陈金玉：高级工