31采区瓦斯地质规律研究及开拓后预测.doc

郑郑煤煤集集团团超超化化煤煤矿矿 3 31 1 采采区区瓦瓦斯斯地地质质规规律律 分分析析及及开开拓拓后后区区域域预预测测 超超 化化 煤煤 矿矿 20102010 年年 4 4 月月 郑煤集团超化煤矿 31 采区瓦斯地质规律研究及开拓后区域预测 一 一 31 采区概况采区概况 1 采区位置和范围 采区位置和范围 31 采区位于超化煤矿西南部 行政区划位于新密市超化镇张沟村 圣帝庙村 杏 树岗村 31 采区西北部 北部与新密是金山集团超化煤矿为界 东北部 东部与超化 矿 22 21 23 采区以近似 250 水平分界 西部 南部与高岭矿毗邻 其地理坐标为东 经 113 22 47 113 27 35 北纬 34 25 09 34 26 58 31 采区南 北宽 0 333 1 551Km 东西最长 4 362Km 面积 4 6055 Km2 占超化煤矿总面积的 40 79 2 2 采区地质构造 采区地质构造 31 采区整体构造为一宽缓的向斜 向斜轴位于 37 勘查线附近 向南西倾伏 向斜 西翼实际上是超化背斜的东南翼 地层为近东西走向 倾向南 地层倾角越往西越陡 最西端倾角大于 40o 因钻孔稀少 局部小构造尚未完全探明 现已探明有杨台逆断层 黑龙沟正断层 毛沟滑动构造等规模较大的断裂构造 杨台逆断层下盘极可能是一个 与上盘截然不同的紧密向斜构造 向斜东翼走向东南 倾向西南 倾角 10o 35 o 东 南部发育有次一级的崔庄向斜 其中主要发育有圣帝庙断层 DF4 DF5 DF7 小司沟 正断层等断层 构造控制程度相对较高 总体而言 31 采区越往西往南构造越复杂 如果把 23 采区下山南端和 35 补 38 孔连接起来作为一条构造分界线 其南北不但构造 复杂程度不同 而且悬殊颇大 北区地层倾角较缓 没有采区无法跨越的大中型断裂 构造 地层产状变化不大 发育有少量宽缓褶皱 南区含煤地层产状沿走向和倾向均 有较复杂的变化 地层倾角陡 局部大于 40o 南区内发育多条大规模正 逆断层及滑 动构造 煤层破坏严重 呈几个孤立断块 杨台逆断层下盘向斜属紧密褶皱 且伴有 黑龙沟等大规模断层 3 3 煤层 煤层 31 采区主采煤层为二叠系下统山西组下部的二1煤层 区内煤层在 37 剖面线以西 郑煤集团超化煤矿 31 采区瓦斯地质规律研究及开拓后区域预测 近东西走向 倾向南 37 剖面线以东向东南 南偏转 形成向西倾伏的崔庄向斜 北 区煤层倾角较缓 在 15o 25 o之间 平均 18 o 南区受滑动构造影响 煤层倾角突然 变陡 一般在 30 o 40 o之间 局部大于 40 o 二1煤层埋藏深度最浅处在 31 采区西边的西北角 底板标高 0m 左右 埋深约 250m 但该处往南地层倾角大于 40 o 属急倾斜煤层 杨台逆断层下盘二1煤层埋藏最 深 底板标高在 1000m 以下 埋深超过 1200m 正常揭露二1煤层位的钻孔皆在 31 采 区北区 共有 12 个钻孔 煤层真厚度 2 29 16 68m 平均 7 38m 属厚煤层 区内二 1煤层厚度变化较大 且规律性不明显 总体上具有浅部厚 深部薄的特征 短距离内 突然增厚或变薄现象比较普遍 反映出煤层厚度的不稳定性 煤层厚度变化幅度大的 原因是多方面的 与原始沉积有一定关系 但主要是后期构造运动 特别是滑动构造 造成的 31 采区二1煤层属结构简单煤层 正常见二1煤的 12 个钻孔中仅 4005 孔和 35 补 38 孔含 1 2 层夹矸 夹矸岩性以柔软的炭质泥岩为主 次为泥岩 二 二 3131 采区开拓及瓦斯涌出情况采区开拓及瓦斯涌出情况 1 1 采区开拓情况 采区开拓情况 31 采区走向长度较长 因此采区布置为双翼采区 共设计 6 个回采工作面 采区 下山在二水平车场及 300 大巷布置 采区回风下山和皮带下山上部直接与 22 采区底部 相连 轨道下山与 300 大巷相连 该采区布置三条采区下山 皮带下山担负采区的煤 炭运输 进风任务 轨道下山担负采区进风及辅助运输任务 回风下山担负采区专用 回风巷 回风井为 31 风井独立风井 三条下山由西向东依次为 回风下山 皮带下山 和轨道下山 回风下山 皮带下山和轨道下山间距分别为 54m 40m 目前 31 采区 31 回风下山 31 轨道下山 31 皮带下山 31 中部变电所 31 中联巷 31 外环水仓均已 完工 31 回风大巷 31 内环水仓及泵房安装等附属工程正在施工 预计 6 月底将完工 2 2 瓦斯参数测定情况 瓦斯参数测定情况 郑煤集团超化煤矿 31 采区瓦斯地质规律研究及开拓后区域预测 1 勘探期间瓦斯含量测定情况 31 采区生产补勘阶段的 11 个见煤钻孔除 37 补 25 37 补 27 37 补 29 三孔外其 它孔皆采取了瓦斯样 详见表 1 瓦斯全部采用解析法现场采集 8 个取样孔共取瓦 斯样 17 个 其中 12 个为合格样 表表 1 1 3131 采区瓦斯含量测定结果汇总表采区瓦斯含量测定结果汇总表 瓦斯含量 cm3 克可燃物 瓦斯成分 质量情况钻孔号样 号CO2N2烷烃总计CO2N2烷烃 瓦斯带 O2 评价 11 440 411 246 0923 656 7369 62氮气沼气带4 41合格 22 510 338 7011 5421 752 8675 39氮气沼气带8 77参考38 补 11 30 760 5816 1817 524 343 3192 35沼气带16 26参考 10 531 466 838 826 0116 5577 44氮气沼气带6 86合格 38 补 12 20 290 722 363 378 6121 3670 03氮气沼气带2 37合格 10 190 0812 2612 531 520 6497 85沼气带12 28参考 39 补 14 20 571 836 378 776 5020 8772 63氮气沼气带6 40合格 10 221 069 1910 472 1010 1287 77沼气带9 19参考 20 250 765 896 903 6211 0185 36沼气带5 90合格 39 付 补 19 30 180 535 856 562 748 0889 18沼气带5 86合格 36 付 补 30 10 250 834 255 334 6215 6079 78沼气带4 28合格 10 570 378 889 825 803 7690 45沼气带8 90参考 观 6 20 781 657 199 628 0917 1574 76氮气沼气带7 21参考 10 370 746 617 724 839 5385 63沼气带6 61合格 20 321 126 097 534 2014 9380 88沼气带6 09合格37 补 36 30 492 239 9012 623 9117 6978 40氮气沼气带9 90参考 10 293 790 925 005 8075 8018 40氮气沼气带0 93合格 35 补 38 20 243 191 104 535 2270 4824 31氮气沼气带1 12合格 37 补 3910 150 531 061 738 3830 6860 95氮气沼气带1 10合格 最小值0 150 080 921 731 520 6418 400 93 最大值2 513 7916 1817 5223 6572 8097 8516 26 平均值0 551 176 528 236 9318 8074 276 55 2 31 下山开拓期间瓦斯参数测定 31 采区开拓期间在 31 轨道下山进随着开拓延伸进行 4 次瓦斯压力及瓦斯含量测定 具体测定结果见表 2 郑煤集团超化煤矿 31 采区瓦斯地质规律研究及开拓后区域预测 表表 2 2 3131 采区开拓期间瓦斯参数测定表采区开拓期间瓦斯参数测定表 地点测定点标高 m 瓦斯压力 MPa 瓦斯含量 m3 t 备注 300 水仓 3002 45 瓦斯所测定 31 轨道下山 3300 33 65瓦斯所测定 31 采区中联巷 3700 454 82瓦斯所测定 31 轨道下山 4200 54 68瓦斯所测定 31 轨道下山 4700 66 18瓦斯所测定 3 3 开拓巷道掘进期间瓦斯涌出情况 开拓巷道掘进期间瓦斯涌出情况 31 采区下山共布置 3 条下山 其中 31 轨道和 31 皮带下山均布置在煤层底板 L7 8 灰中 掘进期间回风流瓦斯稳定在 0 02 左右 31 回风下山沿煤层底板施工 施工消 突钻孔期间没有出现过喷孔 顶钻等异常现象 掘进期间回5点 回7点之间属于瓦斯 涌出较高地段 风排瓦斯涌出量均 0 9 1 25m3 min 之间 回11点后 15 米到回11点前 20 米之间属于瓦斯涌出较高地段 风排瓦斯涌出量在 1 0m3 min 左右 31 中部变电所 和 31041 顶抽巷车场在施工消突钻孔期间均出现了不同程度的喷孔现象 同时在 31 中 部变电所测试的瓦斯含量最大值为 7 9m3 t 在 31041 顶抽巷车场掘进期间揭露了 F5 走向正断层 断层走向 120o 倾角 35o 落差 0 8m 两工作面掘进期间绝对瓦斯涌出量 在 0 4 2 0m3 min 之间 同时也位于 31 回风下山回5点 回7点高瓦斯区段之间 因 此可以判定该区域为瓦斯涌出异常区 三 三 3131 采区瓦斯地质规律综合分析及突出危险性预测采区瓦斯地质规律综合分析及突出危险性预测 1 1 地质构造对瓦斯赋存的影响 地质构造对瓦斯赋存的影响 超化煤矿 31 采区煤层走向为北西向展布 一系列断层主要为北西向展布 如内构 造以北西向构造为主 如圣帝庙正断层 杨台逆断层 根据断层附近钻孔 35 补 38 孔 和 37 补 39 煤样瓦斯成分烷烃含量均小于 70 说明该断层有利于瓦斯释放 但圣帝 庙断层附近另一个钻孔 37 补 36 煤样瓦斯含量较高 说明圣帝庙断层附近有高瓦斯聚 郑煤集团超化煤矿 31 采区瓦斯地质规律研究及开拓后区域预测 集区 同时根据 31041 顶抽巷揭露的 F5 走向正断层掘进期间瓦斯涌出情况表明该断层 有利于瓦斯聚集 31 采区主要煤层受毛沟滑动构造和新庄滑动构造影响 煤层从南翼向北翼方向滑 动 煤层厚度由 0 34m 变化到 16 68m 井田南翼瓦斯含量比北翼高 其中毛沟滑动构 造由上部的滑盘 中部的滑面和位于主滑面下的基盘三部分组成 上盘地层奥陶系及 其上的煤系地层组成 倾向南 下盘地层为风后岭背斜北翼 由由奥陶系 寒武系 震旦系或更老地层组成 倾向北 主滑面位于上下盘之间 南部较陡北部较缓 由厚 薄不等的断层角砾岩组成 主滑面总体向北倾 陡缓不一 新庄滑动构造主体在超化 矿外围 向东在 35 勘查线进入 31 采区 新庄滑动构造切割其下的毛沟滑动构造 其 上盘由二叠系上统地层组成 其中构造复杂 地层产状多变 还发育有次级滑面 主 滑面分上 下两套 上滑面为支滑面 时有时无 主要沿上 下石盒子组 山西组软 性岩层 特别是二1煤层附近滑动 下滑面为主滑面 通常发育在太原组地层中 滑面 附近一般可见一定厚度的断层破碎带 滑动构造滑动过程中对煤层的剪切作用 使煤 层发生破碎 粉化 揉流 常形成鳞片状构造煤 煤层强度降低 抵抗瓦斯动能的能 力减小 易于发生瓦斯突出 另一方面 煤层被铲蚀 铲薄或局部增厚 煤层厚度发 生剧烈变化 不利于瓦斯顺煤层流动和运移 易于在煤厚剧变带局部聚集 增加突出 危险性 2 2 煤层厚度对瓦斯赋存的影响 煤层厚度对瓦斯赋存的影响 31 采区内煤层厚度 2 29 16 68m 平均 7 38m 受区域性滑动构造影响 煤层顶 底板滑面发育 易冒落 在南部边界断层附近煤层厚度变化大 煤层可采性指数 Km 为 1 00 煤层厚度变异指数为 51 82 属不稳定煤层 利用 31 采区勘探期间钻孔瓦 斯资料对瓦斯含量与煤厚关系进行分析 结果发现两者之间关系比较离散 相关系数 较低 没有明显的相关性 即随着煤厚的增加仅个别地方瓦斯含量呈一定的增大趋势 31 回风下山掘进期间回5点 回7点之间煤层厚度 6 10m 风排瓦斯涌出量在 郑煤集团超化煤矿 31 采区瓦斯地质规律研究及开拓后区域预测 0 9 1 25m3 min 之间 属于瓦斯涌出较高地段 回11点后 15 米到回11点前 20 米之间 煤层受 DF 正断层影响厚度由 4 米逐渐变至 10 米 瓦斯涌出量较高 风排瓦斯涌出量 在 1 0m3 min 左右 因此根据 31 回风下山掘进期间瓦斯涌出资料分析 厚煤层段煤层 瓦斯涌出量较大 煤层厚度变化剧烈地段突出危险性增加 应作为防突工作重点 3 3 煤质对瓦斯赋存的影响 煤质对瓦斯赋存的影响 灰分大小说明了煤层中所含杂质的多少 灰分越大 成煤过程中生成的瓦斯越少 在储 盖层相同的条件下 灰分越大 瓦斯赋存越少 31 采区二1煤为贫煤 根据生 产实际情况分析本区煤层中灰份 水份 挥发份大小与瓦斯含量的关系也不明显 说 明煤质三个变量不是影响瓦斯涌出的主要影响因素 4 4 瓦斯地质异常区预测 瓦斯地质异常区预测 1 31 回风下山回5点 回7点之间 31 顶抽巷及 31 变电所区域 2 回11点后 15 米到回11点前 20 米之间区域 DF 断层附近煤层 3 38 补 11 孔附近煤层 4 300 水仓测定瓦斯压力 2 45Mpa 附近区域煤层 5 22141 下付巷底抽巷实测一个瓦斯含量点为 8 72m3 t 及其附近下1点前 15 米 至下2 前 34 米区域属于高瓦斯区 同时根据我矿 22 采区开采实际证明沿 22 采区回风 下山有一高瓦斯条带 这一条带向下沿 31 回风下山延伸区域 6 根据我矿瓦斯突出的特点分析 生产过程中探明的地质构造复杂部位及小构造 密集区域也将作为瓦斯地质异常区 5 5 突出危险性预测 突出危险性预测 1 31 采区下山瓦斯压力和含量随深度增加而增加 但局部受构造影响区域存在瓦 斯含量异常区 因此 31 采区瓦斯含量与煤层埋藏深度和地质构造有明显关系 2 31 采区瓦斯含量最高区在 38 补 11 和 39 付 补 14 孔之间 为 12 53 17 52cm3 g 可燃物 这两个钻孔皆接近 31 采区北部边界 往北往南瓦斯含量 郑煤集团超化煤矿 31 采区瓦斯地质规律研究及开拓后区域预测 都呈降低趋势 3 接近南部 西南部构造复杂区瓦斯含量显著降低 35 补 38 孔和 37 付 补 39 孔瓦斯含量分别为 4 53 1 77cm3 g 与其处于构造带有关 4 38 补 38 孔两个瓦斯样烷烃含量 18 40 24 31 均比其它钻孔低得多 说明其 见煤点接近杨台逆断层破碎带并受其影响 同时说明杨台逆断层带利于瓦斯气体逸散 5 31 采区下山最高瓦斯含量和瓦斯压力是在 31 轨道下山落底揭煤是测定的 与其 深部的 37 补 36 钻孔测定瓦斯含量接近 但与 37 补 39 钻孔测定瓦斯含量差异较大 根据钻孔布置位置分析由于 37 补 39 钻孔位于圣帝庙正断层的破碎带内 所以圣帝庙 正断层有利于瓦斯逸散 6 南部构造带附近瓦斯含量虽然整体上称降低趋势 但 37 补 36 孔瓦斯含量较高 说明圣帝庙断层带附近有局部瓦斯积聚现象 7 因没有 4005 孔瓦斯资料 31 采区东南部瓦斯富集情况不明 该区煤层厚度巨大 埋藏深 又处于向斜轴部 具备瓦斯积聚条件 8 31 采区瓦斯整体含量较高 38 补 11 孔瓦斯含量高达 17 52 cm3 g 该孔附近 瓦斯突出危险性较高 总体来说 根据 31 采区二1煤层瓦斯放散初速度指标 P 煤的坚固性系数 f 均 大大超过临界值 煤的破坏类型为 类 煤质非常松软 结构破坏严重 煤的瓦 斯放散初速度指标也比较高 因此 从煤体结构类型来讲 二1煤层具备了突出煤层的 物理特征 从鉴定煤层突出危险性的四个单项指标上看 现场实测的瓦斯压力和瓦斯 含量小于其临界值 但综合考虑超化煤矿煤与瓦斯突出危险性参数 对 31 采区二1煤 层突出危险性进行区域预测 除了采区西北部受金山公司超化煤矿开采造成的采空区 以外尚不能划出其它无突出危险区 因此本次突出危险性区域预测将 31 采区受金山煤 矿超化矿采空区影响区域划分为无突出危险区 其余部分仍按突出危险区进行管理 郑煤集团超化煤矿 31 采区瓦斯地质规律研究及开拓后区域预测 四 结论四 结论 1 结合 31 采区开拓期间实测瓦斯压力和瓦斯含量与勘探钻孔测定瓦斯含量对比 分析显示 31 采区瓦斯压力与瓦斯含量随着煤层埋深的增加而增加 但 31 采区南部地 质构造带附近存在瓦斯逸散区 圣帝庙正断层和杨台逆断层有利于瓦斯的逸散 但圣 帝庙正断层局部存在瓦斯含量富集区 2 31 采区瓦斯含量成不均匀分布 根据实际揭露在 300 水仓 31 采区东北部 和 31 中部变电所与 31041 顶抽巷车场附近均存在高瓦斯富集区域 3 虽然 31 采区大部分区域瓦斯含量和瓦斯压力均小于其临界值 7m3 t 和 0 74Mpa 突出危险程度