【施工方案】任楼煤矿瓦斯地质图毕业论文.doc

河南理工大学本科毕业设计（论文）1引言瓦斯灾害是煤矿开采中最严重的灾害之一。瓦斯突出不仅能摧毁井巷设施、破坏矿井通风系统，而且使井巷充满瓦斯和煤（岩）抛出物，造成人员窒息、煤流埋人，甚至可能引起瓦斯爆炸与火灾事故。瓦斯爆炸不仅造成大量人员伤亡，而且还会严重摧毁井巷设施、中断生产，有时还会引起煤尘爆炸、矿井火灾、井巷垮塌等二次灾害。井下煤矿一次死亡人数多的重大事故主要是瓦斯爆炸事故和瓦斯突出事故。因此，控制瓦斯一直是世界各产煤国煤矿安全的主攻方向之一。各国投入大量资金、人力、物力进行瓦斯防治技术和装备的研究，为煤炭生产提供了安全保证。瓦斯是气体地质体，是地质成因的。当今的煤层瓦斯赋存状态，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坳陷、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、煤层结构粉碎性破坏的地带。瓦斯是地质产物，受地质作用的控制。瓦斯作为气体，除了它的生成条件，更重要的是地质作用对它保存的影响及它的储集条件。运用瓦斯地质的方法，搞清任楼煤矿瓦斯形成和保存的地质条件；搞清影响瓦斯赋存，瓦斯涌出量，瓦斯含量分布及发生瓦斯突出的主要地质因素，找出瓦斯分布的客观规律，并进行预测，这是一种必要的科学的方法。充分利用煤矿这几年回采时揭露的大量、丰富的瓦斯地质资料，经过系统地分析整理，去粗取精，去伪存真，真实地反映到煤层、构造等地质图上，编制成瓦斯地质图。这是来自于生产实际，经过科学分析，上升为理论，又回到生产中最有指导作用的理论。对于瓦斯预测，有针对性的防治瓦斯，指导生产，安全管理，以及向广大煤矿职工普及瓦斯地质知识都是行之有效的方法。本文是通过系统的收集和整理任楼煤矿大量的瓦斯地质资料，对该矿瓦斯涌出规律和煤层瓦斯突出危险性区域进行了较准确的预测，并编制了瓦斯地质图，用于指导任楼煤矿的安全生产。2概况2.1 矿井概况2.1.1 交通位置 任楼井田位于安徽省宿县西南约30km的濉溪、蒙城两县交界处，属濉溪县任集镇和蒙城县许疃镇管辖。井田范围北起界沟断层，南以F8断层与许疃井田毗邻；浅部以11号煤层露头为界，深部至31煤层-800m等高线的平面投影，东南部以F13断层为界。井田走向长约9.814km，倾斜宽约1.73.5km，井田面积约43km2。井田内有矿区公路，向东南至南坪宿（县）蒙（城）公路，向北经孙町集可达淮北市。矿区东靠京沪、西邻京九，北依陇海三条干线，矿区的青芦铁路与其相通。水路由涡河的蒙城码头上船与淮河、长江直接通航。见图21图21 交通位置图2.1.2 地形、地貌及河流任楼井田地处淮北平原中部。地势平坦，地面标高2527m。井田东北约40km处符离集一带为丘陵地区，海拔一般为200m左右，老龙脊高程可达363m。属淮阴山脉的一部分。区域内的地势是西北高，东南低。井田内仅有一条较小河流懈河通过，最高水位历年都低于地表。井田东北外侧有浍河流经，最高河面水位可达2834m(65年)曾酿成内涝，自68年12月新汴河开挖完成后，最高河面洪水位为2698m(77年7月31日)，对矿区及井田已无危害。2.1.3 气象及地震情况 区内属季风暖温带半湿润气候，为我国湿润和干旱区的过渡地带。春秋温和雨少t夏季炎热多雨，冬季寒冷多风。春季多东北风，夏季多东东南风，冬季多北一西北风。年平均风速3ms，最大风速可达18ms。年平均降雨量为820mm多集中在69月份，7月份最大为2685mm。年平均气温143C。一月份最低可达232C，七月份最热可达4lC，蒸发量以68月最大，多年平均蒸发量为1774mm。无霜期为218天。冻结期一般12月上旬次年2月中旬。宿县地区近一千年来共发生有感地震共46次，其中在濉溪县境内一次临近濉溪县的肖县12次，怀远4次，砀山1次。历史上宿县地区共发生主要地震3次，七十年代以来，本地区发生较大地震有4次。 从千余年的历史震况看，井田所在的宿县地区应属4.6级地震区。皖革发(79)151号文指出，本地区地震烈度为7。2.1.4 水源、电源情况 任楼煤矿自建设以来，一直抽取地下水，建成矿区供水工程，任楼矿目前生产用水取自井下采空区水，生活用水取自地面水井。 任楼煤矿位于华中电网的东北部，煤矿建有356kv变电所，采用双回路供电电源。2.1.5 生产概况1 地质储量与可采储量井田走向长约9.814km，宽约1.73.5km，北以界沟断层与孙町勘探区为以F8断层与许町勘探区相邻，面积约43km2。矿井煤炭储量见表。表31 矿井煤炭储量表2 矿井生产能力与服务年限矿井设计生产能力为150万ta，服务年限为814a。3 矿井开拓及巷道布置（1）矿井开拓任楼矿采用立井分水平、中央石门和集中大巷开拓方式。矿井开采下限为800m，第一水平煤层开采标高为520m以上，第二水平煤层开采标高520800m。（2）采煤方法采煤方法为倾斜长壁采煤法，工作面倾斜长平均1500m，工作面长度平均150200m，全部陷落法管理顶板，72、73合层采用综合机械化放顶煤采煤法，一次采全厚，全部垮落法管理顶板，其余煤层为综采。工作面长度为1500m，工作面长为150200m。4 矿井通风矿井有主井、副井、回风井3条井筒，主、副井进风，回风井回风，矿井通风方式为中央边界式，全负压通风，在风井安有2台型号为GAF-26.6-13-1轴流式扇风机作为矿井的主要通风动力，矿井通风负压3.4kPa，矿井总风量最大为990m3min。2.2 地质特征2.2.1地质构造任楼井田位于童亭背斜东南翼，F3断层以北地区为向东倾斜的单斜构造，F3断层以西地区走向转为北西西。F23断层内侧显示一个向斜构造，为童亭背斜与王大庄背斜之间的鞍部构造。区内地层产状比较平缓，一般为1320；中深部地层倾角较大，局部可达2530。煤层厚度亦有较大的变化。1 褶皱构造（1）王大庄背斜位于井田东南角，隆起幅度不大。轴部4812孔51煤层标高在600m左右。北侧4810孔31煤层标高在460m左右。由于老第三纪在该处相对上升，遭到剥蚀，上部煤系保留很少。背斜轴向北北西沿48线剖面地层倾角小于10。背斜东北侧有一近东西向压扭性断层，背斜西北侧有一南倾的张扭性断层，二者断距均为025m。（2）童庄向斜位于井田南部外围，被边界断层F7斜切，轴向北西西，与井田西北部的童亭背斜轴的呈7080大角度相交。向斜北翼及南翼分别被北北西及北西西向张扭断层及断层所切。向斜北翼还发育一组北西北西西张扭性断层及逆冲断层。任楼煤矿矿井构造纲要图（见图22）。2 断裂构造任楼井田范围内，共揭露落差大于5m的各类断层21条（见表32）。其中落差100m的有四条，100mH30m的有5条，30mH5m的有12条，正断层17条，逆断层4条。各断层的基本特征及控制程度见表32所示。按由北向南、由西至东逐条统计表中。图22 任楼煤矿矿井构造纲要图表32 任楼井田断层分类统计表2.2.2煤层赋存 本井田含煤岩系为石炭系和二叠系，共含17个煤层(组)。煤层平均总厚度为l 888m。其中二叠系含主要可采煤层7、8煤，为气煤、肥煤：主要呈暗亮型或亮暗型；多为粉末状，少数为粉碎状及块状，在挤压强烈地段，煤的原结构已遭破坏，一般呈现为片状。 82煤层：它是本井田主要可采煤层之一。位于标志层铝质泥岩之上105m，煤层厚度0485m，平均199m。虽有沉积缺失不可采点，但多集中在层F2以北，为零星小块，不可采面积占储量计算区段面积的4 5。82煤厚度变化具有一定的规律，即：F2断层以南厚度多在23m，煤层厚度变化不大。但煤层结构复杂，有50%的见煤点，具有13层泥岩夹矸，煤层顶板岩性南北两段以砂岩为主。中段以粉砂岩和泥岩居多。 73煤层：是本井田发育较好的可采煤层之一。在37线及其以北除35361孔、构1孔外，皆属原生沉积尖灭，在4448线间大片合并于72煤层，50线以西偶有合并，煤层厚度0.475.53m，平均2.12m，煤层厚度变化较大，煤层结构较复杂。顶板以泥岩及粉砂岩为主，仅在F2断层以北浅部为砂岩。 72煤层：位于73煤层之上022.5m，是本煤田主要开采煤层之一。煤层厚度0.368.32m，平均2.81m，厚度变化较大。该煤层除522孔为原生沉积不可采外，其余不可采点均处于露头附近，为风化带所致。在F2断层以北，厚度为12m；F2断层至44线之问，大片地区煤厚23m之间变化。煤层结构较复杂，具有12层泥岩夹矸。煤层顶扳多为泥岩及粉砂岩，少数为细砂岩。 8煤组一般有12层，间距13m，其间为泥岩，82煤层稳定。7煤组发育有3种情况：37线及其以北为72煤层。4348线间73与72煤层合并为72煤层。第三种情况为72、73两层独立煤层。73与72煤层的间距为5m，结合7、8煤层关系，也可区分7、8煤组。2.3 煤系及煤质特征2.3.1 煤系地层本井田含煤岩系为石炭系和二叠系，共含17个煤层（组）。1 石炭系（1）中统本溪组(C2)浅灰色夹紫色花斑鲕状铝质泥岩。质细，性脆，富含铝土质和菱铁鲕粒、菱铁矿结核，其间夹0.10m浅灰白色隐晶质石灰岩。区内揭露厚度1.102.94m。与奥陶系为假整合接触。（2）太原组（C3）整合于本溪组之上，在井田内揭露厚度128.87130.46m。岩性为石炭岩夹薄层碎屑岩、泥岩和薄煤层的海陆交互相沉积物。石灰岩有915层。编号自上而下为一灰十二灰。石灰岩中富含蜓类、珊瑚、海百合基，腕足类等动物化石。本组砂岩较薄（13m），灰浅灰色，中粒至细粒，钙泥质胶结，性较疏松。分选均一，据泥质线理显示的水平或水平泼状理层，含薄煤层69层，编号自上而下为12煤18煤，总厚2.224.04m，平均总厚3.36m。局部可采者14层薄而不稳定。按岩性可分为上、中、下三段：下段：十一灰以下岩层。厚度2142m，由灰深灰色石灰岩、粉砂岩泥岩和煤层组成。十二灰厚度7.215.55m。其上部普遍含燧石层或燧石结核。含煤层2层，灰岩为其顶板。其中以十二灰以下的18煤层层位稳定，局部可采，煤质较差。中段：十一灰以上至四灰。厚4048m，由薄层石灰岩和碎屑岩、泥岩、煤组成，其中六灰、七灰、八灰有时合并或尖灭，五灰、六灰、十灰下泥岩中常含有铝土质和灰色鲕粒，含薄煤47层，不可采。上段：四灰至一灰，厚4455m，石炭岩颜色较浅，灰浅灰色，富含动物化石，一灰、二灰、三灰之下常有薄层砂岩。三灰最厚21.89m，尤其四灰是本组最厚的石灰岩。四灰上部含燧石层。本段不含煤或偶有薄煤。顶部一灰厚1.403.54m，平均2.68m，浅灰色微带棕色，质不纯，顶部含泥质，性脆，方解石结晶一般比较粗大。富含动物化石，厚度稳定，特征明显，易于辨认，是本区良好的标志层之一。以其顶板作为石炭系和二叠系的分界。2 二叠系二叠系在本区揭露完整。从上石炭统太原组第一层石灰岩顶面至上石盒子组顶部平顶山岩，地层总厚度8821170m，一般1000m左右。有一套连续的海相、过渡相逐渐过渡为陆相的碎屑岩和可燃有机岩沉积物组成，整合于上石炭系太原组之上，含10个煤层（组）。（1）西组（P1S）一灰至分界砂岩。厚度110150m，平均厚度130m。由海相、过渡相和陆相的砂岩、粉砂岩、泥岩和煤组成。含煤两组（11煤层和10煤层），局部可采。以10煤层为界分上下段。（2）石盒子组（P2S）分界砂岩至K3砂岩，是本井田主要含煤段，与下伏山山西组整合接触。厚度为215280m，平均236m。由过渡相、陆相的粉砂岩、砂岩、泥岩和煤层组成。（3）上石盒子组（P2SS）K3砂岩至顶部平顶山砂岩、厚度大于670m。与下伏下盒子组整合接触，由一套厚层的陆相杂色粉砂岩、泥岩和砂岩、煤层组成，砂石较少。泥岩粉砂为厚层状，杂色灰灰绿色，黄色花斑，质不均。含煤层3层（组）。2.3.2 煤质1 的物理性质本井田各煤层均为黑色，一般呈弱玻璃光泽，粉状为主，碎块状次之，条痕黑色、带褐黑色，碎块状者具细条带结构，51、52煤层多为碎块状，块状及粉末状次之，72、73、82煤层多为粉末状，少量为碎块状及块状。肉眼鉴定多为半亮半暗淡型煤。显微煤岩类型主要是暗亮型及亮暗型。由于受后期构造运动的影响，在挤压强烈地带煤的原生结构已遭破坏，一般呈现为片状。2 煤质特征本井田煤种较为单一，煤质指标均较稳定。除51灰分高外，其余均为中灰、低硫（11煤例外）、低磷煤。精煤灰分产率除51煤层外均小于10。煤的粘结性为中等良好。高难熔点，以高灰熔点为主。灰成分呈现酸性灰渣。各煤层均为高发热量，发热量与灰分呈明显反比关系，当灰分增加1时，Qb.d则大约降低0.45MJ/kg。除井田西部的10、11煤层为肥煤煤外，其余煤层均为气煤。各可采煤层的变质阶段为IIIII，以II变质阶段为主。3 煤的工艺性各可采煤层中气煤的挥发份产率为34.5139.92，胶质层厚度为14.616mm，X值为3443mm，一般为40mm上下，熔合情况为部分完全熔合，曲线类型主要为“之”字型，罗加指数一般值为70。煤岩组分中又具有粘结性的凝胶化组分为主（52稍次），粘结性差的丝炭化组分含量稍高。肥煤的挥发份产率为32.8037.26，胶质层厚度为27.1041mm，曲线类型以“山”字型为主。因此，各煤种的粘结性为中等良好，且以中等为主，均具有一定的结焦性。4 煤的工业利用方向各可采煤层不同牌号的气煤、肥煤均具有中等良好的粘结性，洗精煤灰分产率一般在10上下，有害组分硫、磷含量较低，符合当前国家对炼焦用煤所规定的有关质量要求，可作为炼焦配煤。局部可采煤层均为肥煤，10煤层各主要指标达到了目前国家对炼焦用煤的要求，为良好的炼焦用煤。11煤层原煤为高硫煤，精煤为富硫煤。3瓦斯地质规律研究3.1 瓦斯的生成和保存条件3.1.1 瓦斯的生成 煤矿井下的瓦斯来自煤层和煤系地层，它主要是腐植型有机物质在成煤过程中生成的。有机物质沉积以后，一般经历两个不同的造气时期：从植物遗体到形成泥炭，属于生物化学造气时期；从褐煤、烟煤直到无烟煤属于煤化变质作用造气时期。瓦斯生成量的多少取决于原始母质的组成和煤化作用所处的阶段。1 生物化学作用时期瓦斯的生成泥炭阶段的腐植体，处于生物化学作用时期。在温度不超过50低温条件下，经厌氧微生物作用发酵分解成瓦斯和二氧化碳。在沼泽、三角洲等水下生成的瓦斯，能够比较顺利地扩散到古大气中去，或者溶于水中，然后被水带到地表。在泥炭时期，泥炭的埋深一般不大，其覆盖层的胶结固化也不好，生成的瓦斯通过渗滤和扩散容易排放到大气中，因此，生物化学作用产生的瓦斯一般不会保留在煤层内。随着泥炭层的下沉，覆盖层的厚度越来越大，压力与温度随之增高，厌氧微生物的生存环境恶化，生物化学活动逐渐减弱直至停止。在稍高的压力与温度作用下，泥炭化的木质素与纤维素便转化成为褐煤。2 煤化变质作用时期瓦斯的生成褐煤层进一步沉降，压力与温度的影响随之加剧，煤化变质作用增强。一般认为温度在50220和相应的压力下煤层处于烟煤无烟煤热力变质造气时期。在这一时期，煤的变质程度越高，其生成的瓦斯量也就越多。苏联BA乌斯别斯基根据地球化学与煤化作用过程反应物与生成物平衡原理，计算出各煤化阶段的煤生成的甲烷量，如表31所示。任楼煤矿各煤层的变质阶段为IIIII，以II变质阶段为主，含煤岩系为石炭系和二叠系，共含17个煤层(组)。煤层平均总厚度为l8.88m。尽管煤的变质程度不是很高，但煤的总厚比较大，因此瓦斯的生成总量也是很大的。表31 成煤过程中瓦斯生成量煤阶褐煤长焰煤气煤肥煤焦煤瘦煤贫煤无烟煤生气量（m3/t）68168212229270287333419阶段生气量（m3/t）100441741174686 3.1.2 瓦斯的保存条件影响瓦斯保存的因素有：（1）煤层的埋藏深度煤层埋藏深度是决定煤层瓦斯含量大小的重要因素。煤层的埋藏深度增加不仅加大了地应力，使煤层与岩层的透气性变差，而且加大了瓦斯向地表运移的距离，有利于瓦斯的储存。（2）煤层与围岩的透气性煤层与围岩的透气性对煤层瓦斯含量有很大影响，围岩致密完整、不透气时，煤层瓦斯易于保存；反之，煤层瓦斯易于逸散。通常泥岩、页岩、粉砂岩和致密的灰岩等透气性差，易于形成高压瓦斯，瓦斯含量大；若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，煤层瓦斯含量小。（3）煤层倾角和露头煤层倾角大时，瓦斯可沿着一些透气性好的地层向上运移和排放，瓦斯含量低；反之，煤层倾角小时，一些透气性差的地层就起到了封存瓦斯的作用，使煤层瓦斯含量升高。煤层有无露头对煤层瓦斯含量有一定影响。煤层有露头时，瓦斯易于排放；无露头时，煤层瓦斯易于保存。当露头时间越长，瓦斯排放也就越多；反之，地表无露头时，瓦斯含量越高。（4）地质构造地质构造是影响瓦斯储存的重要条件。煤系地层为沉积地层，各种岩石的透气性有很大差别，在地层与地质构造的共同作用下，可能形成封闭型地质构造或开放型地质构造。封闭型地质构造有利于瓦斯储存，开放型地质构造有利于瓦斯排放。闭合而完整的背斜或穹隆又覆盖有不透气的地层是良好的瓦斯储存构造，其轴部煤层内往往积存高压瓦斯，形成“气顶”。在倾伏背斜轴顶部因张力形成连通地表的裂隙时，瓦斯易于流失，轴部瓦斯含量反而低于翼部；另一种情况下，由于向斜轴部瓦斯补给区域缩小，当轴部裂隙发育，透气性较好时，有利于瓦斯流失，开采至向斜轴部时，相对瓦斯涌出量反而减少。受构造影响形成局部变厚的大煤包时，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。断层对煤层瓦斯含量可以有性质上截然不同的两种影响，开放性断层是煤层瓦斯排放的通道，在这类断层附近,煤层瓦斯含量减小;封闭性断层本身透气性差，而且割断了煤层与地表的联系，往往使封闭区段的煤层瓦斯含量增大。（5）煤的吸附性煤是天然的吸附体，其煤化程度越高，储存瓦斯的能力越强，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条件下，变质程度高的煤层往往能保存更多的瓦斯。但由无烟煤向超级无烟煤过渡时，煤的吸附能力急剧减小，煤层瓦斯含量也大大减少。（6）煤层的地质史成煤有机物沉积以后直到现今经历了漫长的地质时代。其间地层多次下降或上升，覆盖层加厚或受剥蚀，陆相与海相交替变化，遭受地质构造运动破坏等，这些地质过程的不同使瓦斯流失排放的过程也不同，对现今的煤层瓦斯含量有巨大影响。从沉积环境看，海陆交替相含煤系，往往岩性与岩相在横向上比较稳定，沉积物粒度细，煤系地层的透气性差，这种煤层的瓦斯含量可能很高；陆相沉积与此相反，煤层瓦斯含量一般较低。（7）水文地质条件煤层和岩层的水文地质条件是影响瓦斯排放的另一个主要因素。地下水活跃的地区通常瓦斯含量小，这是因为：一方面这些地区的天然裂隙比较发育，煤，岩层有较好的透气性，瓦斯易于排放；另一方面地下水的长期活动可以带走相当数量的溶解瓦斯。目前任楼矿开采的深度为600m以浅。煤层顶板主要以泥岩、粉砂岩及砂岩为主，其透气性比较差，这对瓦斯的保存是很有利的，但是煤层露头长达11km，井田所揭露的大断层绝大部分都是正断层，这些条件对瓦斯的排放十分有利，井田地下水也比较活跃，发育导水性陷落柱，因此，瓦斯保存条件不是很好，目前矿井的瓦斯的等级仍是低瓦斯矿井。3.2 矿区瓦斯地质规律临涣矿区位于蚌埠隆起的北侧，既受徐淮前陆褶皱冲断带的影响，又受蚌埠隆起的控制，燕山期又受北北东向构造的作用。矿区内既保留有徐淮前陆褶皱冲断带作用的近南北向构造和北西向构造，如西寺坡断裂，又发育有蚌埠隆起控制作用的东西向构造。有些井田受徐淮前陆褶皱冲断带的作用和燕山期北北东向挤压构造的作用，矿区既发育近南北、北西向构造，又发育有北北东、北东向构造。又由于蚌埠隆起南北挤压作用的改造，形成一些东西向构造。各时期的演化特征如下：（1）印支期（257205Ma）演化特征东西向构造（蚌埠隆起）以挤压为主，影响到矿区形成东西向构造，另有与其配套的扭性和张性构造，相对微弱；郯庐断裂带，由南东北西挤压，同时有左旋；此时形成徐淮前陆褶皱冲断带。（2）燕山期（205135Ma）演化特征矿区形成一系列NNE向的褶皱和断裂，以挤压为主，此期构造作用强烈，并使得煤层结构破坏而形成构造煤。NNE向构造叠加在近东西构造和徐淮褶皱冲断构造之上，并形成复合构造。白垩纪晚期，NENNE向构造又表观为拉张活动。燕山期主压应力方向为NWWSEE方向，NW向构造应以张扭为主，近东西向构造表现为以走滑正断层为主。（3）四川期（13552Ma）演化特征四川期的构造应力场以NNE向缩短和NWW向伸长为主。近东西向构造表现为挤压和逆掩推覆，NW向构造以压扭作用为主，NNE向构造普遍转化为正断层。（4）华北期（5223.5Ma）演化特征华北期，以NNE向水平伸展，NWW向水平缩短，NE向右行，NW向左行为特征。太行山东侧NNE向逆断层带的形成，大别山北麓南北向伸展正断层的形成。近东西向的蚌埠隆起表现为水平缩短和南北向伸展正断层的形成。（5）喜马拉雅期（23.50.78Ma）演化特征近南北向断层发生张裂，太行山东侧正断层，郯庐断裂左行走滑正断层等。近东西向的断层带都转变成逆断层或逆掩断层。喜马拉雅期，构造应力场是以南北向近水平的缩短作用和近东西向构造的伸长作用为主要特征。北东向的先存断裂，此时表现为左行走滑。 （6）新构造期（0.78Ma以来）演化特征新构造期对地质灾害的发生，起到了明显的控制作用。现代构造应力场在华北地区为NEE方向，山东河南陕西一带为近东西向，苏皖一带为NWW向。在新构造期主压力场的作用下，华北地区北北东向活动的断层普遍发生右行走滑逆断层。中更新世以来褶皱发育的地区，主要分布在台湾西部及其附近海域，已经发现第四系参与的105个褶皱，它们的轴向以NNE向为主。近东西向的蚌埠隆起表现为水平缩短。3.3 矿井瓦斯地质规律任楼煤矿，大地构造位置处于宿北断裂和光武固镇断裂之间的地堑构造里，三叠系地层沉积良好，瓦斯保存条件较好。井田位于徐淮前陆褶皱冲断带弧形的南翼，受其控制，井田范围内发育近南北、北西向构造，同时又受燕山期NNE向挤压构造作用，发育NNE、NE向构造，又位于蚌埠隆起北带附近，受到其南北向的挤压作用的改造，形成一些近东西向构造。井田西翼主要受印支期（257205Ma）徐淮前陆褶皱冲断带和蚌埠隆起控制，走向由北东逐渐转变为东西向至北西西向，倾角变化在1030之间，煤层厚度亦有较大变化；北翼主要受燕山期（205135Ma）NE、NNE向构造控制，走向近南北、向东倾斜的单斜构造，倾角较平缓，一般在1320之间。任楼井田构造复杂。新构造期（0.78Ma以来），构造应力场在苏皖一带表现为NWW向作用力，NE向构造普遍受到压扭作用，不利于瓦斯释放；NW、NWW向构造发生左行走滑，不利于瓦斯释放；东西向构造表现为拉张和左旋剪切作用，但此处靠近蚌埠隆起，受南北向挤压作用强烈，因此在漫长的地质构造演化过程中东西向构造仍以挤压作用占据主导地位，表现为东西向的逆断层，不利于瓦斯释放，如F8断层。4瓦斯涌出量预测4.1 瓦斯含量4.1.1瓦斯含量测试煤层瓦斯含量是煤层瓦斯主要参数之一，它是矿井进行瓦斯涌出量预测和煤与瓦斯突出预测的重要依据参数之一。含量测值的准确性直接影响着矿井瓦斯涌出量预测精度的大小。现有的煤层瓦斯含量测定方法按其应用范围可分为地勘方法与煤矿井下方法。下面对我国目前所采用的几种煤层瓦斯含量方法作以简述。（1）直接法利用特殊采样工具在地质勘探钻孔中取样测定煤层瓦斯含量的方法称为直接法。直接法比较简单，应用该法时，直接从采取的煤、岩试样中抽出瓦斯，确定瓦斯成份和瓦斯含量。该法的优点是瓦斯量是直接测定的，避免了间接法测定许多参数时的测定误差；缺点是在试样采取过程中难免有部分瓦斯逸散，需要建立补偿瓦斯损失量的方法。它可以分为密闭式岩芯采取器和集气式岩芯采取器测定法。实践证明：密闭式岩芯采取器测定法得出的含量结果能比较好地反映客观实际。但是其结构复杂，一些零部件易于损坏，试验成功率低，在广泛推广应用中受到一定限制。为了克服上述不足，抚顺分院在50年代试制成功了集气式岩芯采取器主要不同之处是在煤芯接受器上部安装带阀门的集气室，用来收集钻进和提升过程中煤芯泻出的瓦斯。由于它的结构比较简单。在使用和维护上较密闭式采取器容易。所以，六十年代后它在生产中得到推广应用。（2）间接法它是通过测定瓦斯压力等参数并根据煤岩物理特性（吸附与解吸特性等）经过计算来确定煤层瓦斯含量的一种方法。间接法比较复杂，它是先在井下实测或根据赋存规律推算煤层瓦斯压力，并在试验室测定煤的孔隙率、吸附等温线和煤的工业分析，然后再计算煤层瓦斯含量。该法的优点是煤样不须密封，采样方法简单，且如果已知煤层各个不同区域的瓦斯压力，则可根据吸附等温线推算各个不同区域的煤层瓦斯含量；该法的缺点是需要在井下实测煤层瓦斯压力。由于一般较容易测得瓦斯压力，故此法在井下应用较广泛。但在地质勘探钻孔中，因测定煤层瓦斯压力工作较为复杂而未能广泛推广应用。（3）解吸法严格来讲，解吸法属于直接法的一种。该方法利用煤样瓦斯解吸规律来计算采样过程中瓦斯损失量，并结合煤样残存瓦斯量的实验室测定来确定煤层瓦斯含量。解吸法主要是用于地勘中煤层瓦斯含量测定。上述各种煤层瓦斯含量测定方法,由于原理的不同，所得到的测定结果在反映客观值的程度往往不一样。有时，不同的测定方法对同一煤层相邻区域的含量结果也可能相差较大。从理论上讲,密闭式岩芯采取器测定法原理比较完善，因而测定结果准确度高，但由于结构复杂不便推广应用。集气式岩芯采取器测定法，由于煤样在采取过程中不可避免地存在采样瓦斯损失，而在计算瓦斯含量时又没有把这一部分损失量考虑进去，因此这种方法测定结果偏低。据苏联及我国的大量统计对比结果，集气式岩芯采取器测定法得到的瓦斯含量值应乘以1.20的校正系数加以修正.解吸法在计算采样过程中煤样瓦斯损失量时，是采用半经验公式来估算的，因而损失量估算结果对比表明，钻孔深度500米左右时，解吸法测定结果比较符合煤层实际瓦斯含量值，其测定能够误差一般小于15%，能满足工业要求，不失为一种较为理想的地堪过程煤层瓦斯含量测定方法；而对于钻孔(孔深大于500米)，尤其是钻孔深度超过1000米时，解吸法测定结果误差明显增大，据考察，测定误差可达100200%。造成这种现象的原因可以归结根于:深钻孔取样时，煤样从脱离煤体至提到地面密闭所用时间较长，煤样瓦斯损失量较大煤样到达地表时瓦斯解吸速度明显降低，以致根据现有瓦斯损失量计算公式失效；因此，计算处的瓦斯含量误差较大。这说明解吸法测定煤层瓦斯含量方法有待改进。在资源地质勘探中使用“抚研58型瓦斯采集器”直接从钻孔中采集瓦斯成分样和瓦斯含量样,7煤层可利用的合格样为4个，见瓦斯含量分析表41。 表41 煤层瓦斯含量分析表孔号采样深度(m)瓦斯含量（cm3/g）44105202.4040105474.83484814570.735445588.854.2 瓦斯涌出量及其影响因素4.2.1 矿井瓦斯涌出量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内涌出瓦斯的体积，通常所用的单位为/min或/d。矿井绝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/t。两者的关系为：q=Q/A （4-3）式中 q相对瓦斯涌出量，/t； Q绝对瓦斯涌出量，/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等于10/t；高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10/t；煤与瓦斯突出矿井：发生过煤与瓦斯突出。4.2.2 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。（1）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。（2）开采规模开采规模是指矿井的开采深度、开拓、开采范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。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。（3）开采顺序与开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范围的破坏与松动，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。（4）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内的变化量可达（58）0.001MPa，1天内的最大变化量可达（24）0.001MPa，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。4.3 矿井瓦斯涌出量预测方法现行的矿井瓦斯涌出量预测方法主要有以下几种：矿山统计法，分源计算法，类比法，瓦斯地质图法。4.3.1 矿山统计法矿山统计法的基本原理是:根据生产矿井现有瓦斯涌出资料获得矿井瓦斯涌出量与开采深度的关系,预测生产矿井深部水平和临近矿井的瓦斯涌出量。它以下列工作作为预测基础：(1)生产矿井瓦斯涌出量统计；(2)分析影响矿井瓦斯涌出量的主要自然条件和开采条件；(3)确定矿井瓦斯涌出量Q与煤层瓦斯含量和开采深度的函数关系；(4)用确定的函数关系式预测深部水平或临近矿井瓦斯涌出量。统计预测法可用于生产矿井深部水平,临近矿井瓦斯涌出量预测,但必须注意：只有在设计矿井与生产矿井的开采技术条件(煤层开采顺序，采煤方法，顶底板管理方法等)和地质条件相同或类似时才能应用。瓦斯风化带即为相对瓦斯涌出量为2m3/t时的开采深度。开采深度与相对瓦斯涌出量的比例常数a是指在瓦斯风化带以下、相对瓦斯涌出量每增加1m3/t时的开采下延深度。H0和a值根据统计资料确定，为此，至少要有瓦斯风化带以下两个水平的实际相对瓦斯涌出量资料，有了这些资料后，可按下式计算a值：a=（H2-H1）/（q1-q2） （4-4）式中 a开采深度与相对瓦斯涌出量的比例常数，t/m2；H1、H2瓦斯风化带以下两个已知瓦斯涌出量的深度，m；q1、q2对应于H1、H2深度处的相对瓦斯涌出量，/t。已知瓦斯涌出量增深率和瓦斯风化带下界限时，就可用下式预测相对瓦斯涌出量：q=(H-H0)/a+q0 (4-5)式中 q欲求深度的相对瓦斯涌出量，/t；H对应于q的深度，m；H0瓦斯风化带的深度，m；q0H0处的相对瓦斯涌出量，/t。在煤层瓦斯地质条件和开采技术条件有明显变化时，即使在同一井田的同一煤层同一水平，瓦斯涌出量增深率也会有较大差异，这种情况下应采用分区段求出瓦斯涌出量增深率，进行分区段预测。某些矿井瓦斯涌出量增深率随深度渐变，即矿井的相对瓦斯涌出量与深度之间为线性关系，其回归方程可采用下列形式:q=b(H-H0)n+q0 (4-6)式中 b、n回归常数，其余符号意义同前。由于矿山统计法预测矿井或水平的瓦斯涌出量是基于浅部水平或相临矿井的相对瓦斯涌出量资料进行的，因此其适用条件有所限制。对于那些向深部水平延伸的矿井和老区的新井，由于瓦斯涌出量的统计资料比较充分，应用矿山统计法预测的准确性高。矿山统计法大致可以应用以下几种情况：生产矿井的延伸水平；与生产矿井临近的新矿井；开采水平的新区。矿山统计法预测瓦斯涌出量的外推范围限定在垂深不超过100200米，倾斜方向不超过600米。用回归分析法测定矿井瓦斯涌出量与开采深度的关系，矿井瓦斯涌出量与煤层瓦斯含量之间的关系。利用他们之间的关系式及生产时期矿井瓦斯涌出量进行预测并与同期实际矿井瓦斯涌出量进行比较，看矿井瓦斯涌出量预测值与实际值的误差率，只要误差小于20%，这就说明：在开采技术条件和地质条件相同时，利用现有生产矿井的瓦斯涌出统计规律来预测矿井深部水平，临近矿井的瓦斯涌出量是有效的。根据任楼已有的瓦斯资料得出：H1=405m；H2505m；q12.35；q23.91；a64 t/m2。因此风化带下界定为-400m。4.3.2 分源预测法为了确定矿井瓦斯涌出量并为工作面瓦斯管理提供依据，对矿区瓦斯涌出量进行了预测，预测方法为分源预测法，该法的实质是根据煤层瓦斯含量，按矿井瓦斯主要涌出源-回采(包括开采层，围岩和临近层)，掘进及采空区瓦斯涌出规律对矿井各回采工作面，掘进工作面进行预测计算，达到预测各采区，全矿井瓦斯涌出量之目的。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，井下瓦斯源有5个，即开采层（包括围岩）、临近层、掘进巷道、生产采空区和已采区采空区。前4项瓦斯源涌出的瓦斯汇集，构成采区瓦斯涌出。各采区瓦斯涌出与已采区采空区涌出的瓦斯回击构成全矿井瓦斯涌出。矿井瓦斯涌出量预测选用我国煤矿最常用的分源预测法。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4-1），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，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。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41 矿井瓦斯涌出源汇关系示意图分源预测法的计算公式如下：（1）开采煤层（包括围岩）瓦斯涌出量 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，全部陷落法顶板管理的工作面，取k1=1.2；k2工作面丢煤瓦斯涌出系数，其值为工作面回采率的倒数，炮采和高档普采工作面要求回采率达到95%，则k2=1.05；k3顺槽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： L回采工作面长度，m；h巷道瓦斯预排等值宽度，m，巷道瓦斯预排等值宽度，m；不同透气性的煤层其值可能不同，需实测；无实测值时，其值可按表42参考选取。气煤取18.0。m0煤层厚度，m；m1工作面采高，m；X0煤层原始瓦斯含量，m3/t；Xc煤的残存瓦斯含量，m3/t，与煤质和原始瓦斯含量有关，需实测；如无实测数据，可参考表43取值。取Xc 2 m3/t。用m3/t作单位的吨煤瓦斯含量（X0）与用m3/t.r作单位的吨纯煤瓦斯含量（X）之间的换算关系如下： Mad煤中水分含量，%；Ad煤中灰分含量，%；巷道预排瓦斯等值宽度h 表42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256.59.09.011.511.511.5507.410.510.513.013.013.01009.012.412.416.016.016.016010.514.214.218.018.018.020011.015.415.419.719.719.725012.016.916.921.521.521.530013.018.018.023.023.023.0运至地表时煤在残存瓦斯含量 表43煤的挥发份含量Vdaf（%）688121281826263535424250煤残存瓦斯含量X1（m3/t）96644332222（2）邻近层瓦斯涌出量 式中邻近层瓦斯涌出量，m3/t；第i个邻近层厚度，m；第i邻近层原始瓦斯含量，m3/t；受多种因素影响但主要取决于层间距离的第i邻近层瓦斯排放率。邻近层瓦斯排放率与层间距存在如下关系： （515）式中第i邻近层瓦斯排放率；第i邻近层至开采层垂直距离，m;受开采层采动影响顶底板岩层形成贯穿裂隙、邻近层向工作面释放卸压瓦斯的岩层破坏范围，m。开采层顶板的影响范围由下式计算： =m1(1.2 + cosa)(516)式中 ky取决于顶板管理方式的系数。对采高小于等于2.5m的煤层，用全部陷落法管理顶板时，ky =60；用局部充填法管理顶板时，ky =45；用全部充填法管理顶板时，ky =25；m1开采层的开采厚度，m；a煤层倾角，度。开采倾斜和缓斜煤层时，开采层底版的影响范围为3560m。开采急倾斜煤层时，底板的影响范围由下式计算： =m1(1.2 - cosa)(517)国外主要采煤国不同研究者推荐的邻近层瓦斯排放率与层间距的关系曲线如图42a所示，国内研究得出的邻近层瓦斯排放率与层间距的关系曲线如图42b所示。图42 邻近层瓦斯排放率与层间距的关系曲线（3）掘进巷道煤壁瓦斯涌出量 =nm0q0（21）式中 掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；n 煤壁暴露面个数，单孔送道时，n=2；m0煤层厚度，m；巷道平均掘进速度，m/min； L巷道长度，m；q0 煤壁瓦斯涌出初速度，m3/m2min。按下式计算：= 0.026（0.0004+ 0.16）X0式中 煤中挥发份含量，%，实测28.47%；X0煤层原始瓦斯含量，m3/t；其余符号意义同前。（4）掘进落煤的瓦斯涌出量 = S(X0Xc)式中 掘进巷道落煤瓦斯涌出量，m3/min；S掘进巷道断面积，m2；巷道平均掘进速度，m/min；煤的密度，t/m3, =1.39 t/m3；X0煤层原始瓦斯含量，m3/t；其余符号意义同前。（5）回采工作面瓦斯涌出量回采工作面瓦斯涌出量由开采层、邻近层瓦斯涌出两部分组成： = + 式中 回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t。（6）掘进工作面瓦斯涌出量掘进工作面瓦斯涌出量由下式计算： = + 式中 掘进工作面瓦斯涌出量，m3/min。（7）生产采区瓦斯涌出量生产采区瓦斯涌出量是采区内所有回采工作面、掘进工作面及采空区瓦斯涌出量之和，其计算公式为： =（1+k）（ + 1440）/A0式中 生产采区瓦斯涌出量，m3/t； k生产采区内采空区瓦斯涌出系数, 取k=0.1； 第i 回采工作面瓦斯涌出量，m3/t； A1第i 回采工作面平均日产量，t； 第