高瓦斯矿井瓦斯赋存特征及流动规律研究

高瓦斯矿井瓦斯赋存特征及流动规律研究摘要：煤层瓦斯赋存受埋深和地质构造带影响，瓦斯分布差异大#本文以石泉煤业为研究对象，在综采放顶煤开采高瓦斯煤层过程中，分析不同开采方法瓦斯涌出、分布及运移规律的影响用通过瓦斯赋存规律分析，测定煤层瓦斯压力；掌握综放开采瓦斯运移规律，为安全生产提供保障高瓦斯矿井瓦斯赋存特征表现为受地质构造影响显著瓦斯在煤层中赋存不均常形成高瓦斯区域用流动规律受开采活动影响瓦斯沿煤层裂隙和采空区流动开易积聚引发事故用研究需关注瓦斯赋存的地质条件、开采过程中的瓦斯涌出规律及防控措施用1矿井瓦斯赋存概况1.1褶皱构造对瓦斯赋存的影响石泉煤业3号煤层开拓范围内发育了一系列NE、SN背斜构造构造煤比较发育瓦斯含量较大赋存条件复杂用影响工作面分背斜位于井田S2背斜构造位于井田北部及西部别为30101工作面及30106工作面影响工作面分背斜位于井田工作面及301采区下山区域JS7背斜位于井田北部偏西影响工作面分别为30102及30103工作面P在多次构造运动中开由于挤压应力作用上覆地层发生褶皱并隆起随后又经历剥蚀导致上覆基岩厚度发生较大变化用特别是在背斜轴部开地层剥蚀尤为强烈形成大量张性裂隙开这些裂隙使瓦斯封存能力大大减弱导致煤层中的瓦斯含量较低#相比之下在背斜的两翼下部地层破坏程度较轻为瓦斯保存提供了有利条件这些区域的煤层瓦斯含量较高断层附近的瓦斯含量实测值分别达到13.1m³/t、11.48m³/t和11.5m³/t#与煤层埋深相似且地质赋存稳定的区域相比断层附近的瓦斯含量要高出2~3m³t故断层对瓦斯分布具有重要影响#如在30106胶带顺槽掘进期间用煤层赋存稳定区域瓦斯涌出量为4.5m³/minj在遇F5断层附近掘进期间开掘进面配风量提至1300m³/min开回风流瓦斯浓度平均为0.6%瓦斯涌出量达到7.8m³/min用2矿井瓦斯赋存规律煤层瓦斯含量测定方法主要有直接测定法和间接测定法1石泉煤业3号煤层在采掘期间瓦斯含量测定均采用直接法石泉煤业3号煤层在采掘过程中定期进行瓦斯含量测定同一标高、同一巷道进行多次测定且测定数据变化不大为方便研究开选取同一标高同一巷道测定出的最大瓦斯含量同时剔除测定数据明显有误的测点开从中选取30组典型数据进行瓦斯含量赋存规律表1石泉煤业3号煤层原始瓦斯含量实测结果统计1234567采区胶带上山891号回风下山根据表1统计瓦斯含量测定数据，经线性拟合得到图1曲线，由图可知：石泉煤业3号煤层瓦斯含量与埋深呈线性关系，关系式为：石泉煤业3号煤层瓦斯含量与埋深具有很好的线性关系；无地质构造带影响，瓦斯含量百米增加梯度3.83m³/t;瓦斯含量随埋深增加明显，3号煤层瓦斯含量主要影响因素为煤层埋深²¹。埋深(m)图1瓦斯含量与埋深关系图3矿井瓦斯压力分布规律3.1煤层瓦斯压力测定方法煤层瓦斯压力测定是评估煤层瓦斯含量及动力特征的关键手段，方法主要包括直接测定和间接测定。直接测定法通过在煤层中打钻、封孔，并利用压力表测量瓦斯压力；间接测定法是通过采集新鲜煤样，在实验室测定瓦斯吸附常数，利用数学模型反推煤层瓦斯压力。需根据地质条件、测定要求和设备条件选择合适方法，并严格按照规范操作，确保测定结果准确，为煤矿安全生产提供数据支持。3号煤层瓦斯压力的测定方法采用直接测压法³¹。采用直接测压法进行煤层瓦斯压力测定，测压钻孔布置至关重要。应优先选择石门或岩巷中的岩性致密地点作为测定地点，确保无断层、裂隙等地质构造，保证瓦斯赋存状况具有代表性。钻孔见煤点需远离煤层暴露点至少50m,以减少外部因素对测定结果的干扰。若在同一施工地点需施工两个钻孔，两钻孔见煤点间距应不小于20m,确保数据独立。测定地点的煤层应为未受采动影响的原始煤体，并避开地质构造裂隙带、巷道卸压圈和采动影响范围，提高压力测定的可靠性。在钻孔孔径选择上，推荐直径75mm的钻孔，也可根据现场施工条件灵活选择直径在75～113mm之间3.2测定结果根据煤科集团沈阳研究院有限公司2016年11月编制的《山西石泉煤业有限责任公司3号煤层煤与瓦斯突出危险性鉴定报告》可知：石泉煤业测得瓦斯压力如表2所示。测点测试地点标高(m)埋深(m)相对瓦斯压力(MPa)31南翼瓦斯鉴定3巷距原鉴定线20m处右帮2南翼瓦斯鉴定3巷平巷段750m处右帮3南翼瓦斯鉴定3巷平巷段1817m处左帮穿层4南翼瓦斯鉴定2巷距胶带下山520m处右帮穿层5穿层6穿层71号回风下山距开口300m处右帮81号回风下山距开口360m处右帮穿层91号回风下山距开口527m处左帮穿层102轨道顺槽距采区胶带下山800m处西帮穿层在编制的鉴定范围新增施工的测压钻孔中，由于矿井301采区南翼瓦斯压力测点埋深小于1号回风下山瓦斯压力测点埋深55～165m,矿井301采区南翼测定的瓦斯压力分布在0.12～0.36MPa,矿井1号回风下山测定的瓦斯压力分布在0.44～0.61MPa,由埋深引起的瓦斯压力变化较大。根据表2绘制瓦斯压力与埋深曲线图，如图2所示。根据图2可知，石泉煤业煤层瓦斯压力与埋深符合线性关系，关系表达式为：根据式(2)可知：石泉煤业3号煤层的瓦斯压力与埋深存在线性关联，表现为每增加100m埋深，瓦斯压力上升0.25MPa。规律性变化表明，在地质条件稳定◆瓦斯压力——线性(瓦斯压力)情况下开煤层埋深成为影响瓦斯压力的主导因素用301掘进至埋深最低点即底板标高达到+320m时巷道埋深大约590m#基于这一埋深数据和已知的瓦斯压力增加梯度开预测301采区煤层的最大瓦斯压力将达到约0.675MPa煤层透气性测定结果分析显示透气性系数是衡量瓦斯流动难易程度的关键用高透气性系数[如大于10m/(MPa²·d)煤层易于瓦斯抽放而低透气性系此外开透气性系数还受地质构造、地应力影响开其准确测定对煤矿安全生产至关重要用4.1瓦斯含量系数确定现场实测的煤层瓦斯含量和煤层瓦斯压力用下式确定瓦斯含量系数：p-煤层瓦斯压力MPa取3号煤层实测最大瓦斯压力0.55MPa用经计算开3号煤层的瓦斯含量系数为4.2煤层透气性系数计算径向流量法计算煤层透气性系数公式如表3准数Fo=Bλ煤层透气性系数λ10²~110²~10³10³~10⁵10⁵~10放煤层在可抽采煤层中属于较难抽采部分用5瓦斯涌出特征及煤层瓦斯赋存规律分析根据对石泉煤业3号煤层地质赋存、综放面瓦斯涌出特征及煤层瓦斯赋存规律分析得出：①结合褶皱构造及断层构造对瓦斯赋存的影响分析石泉煤业井田范围内褶皱对瓦斯赋存的影响范围及影响程度分析石泉煤业采掘范围内断层对瓦斯赋存的影响程度得出断层影响带瓦斯含量比同等埋深煤层赋存稳定区域增大2～3m³/t#②石泉煤业3号煤层在不同埋深条件下的瓦斯含量进行统计分析开揭示该煤层的瓦斯含量与埋深展现出良好的线性关系在地质构造带影响较小、煤层赋存状态稳定的区域开瓦斯含量的百米增加梯度达到3.83m³/t用随着煤层埋深增加瓦斯含量呈上升趋势用③石泉煤业3号煤层在不同埋深条件下的瓦斯压力数据进行统计分析煤层瓦斯压力与埋深存在线性关系表现为瓦斯压力增加梯度是每100m埋深增加0.25MPa#在3号煤层地质条件赋存稳定的前提下煤层埋深成为影响瓦斯压力的主导因素用④经实测并计算石泉煤业3号煤层透气性系数石泉煤业3号煤层瓦斯赋存受地质构造影响显著开褶皱和断层构造使瓦斯含