祥升煤矿3#煤层瓦斯参数测定及赋存规律研究

吕 龙

(山西寿阳潞阳祥升煤业有限公司， 山西 寿阳县 045400)

0 前 言

山西寿阳潞阳祥升煤业有限公司位于寿阳县城以北约15 km处，行政区划隶属寿阳县解愁乡管辖。本井田主要含煤地层为山西组和太原组，含可采煤层6层，编号为3#，6#，8#，9#，15#，15下#，可采含煤系数为7.1%，山西组地层总厚为43.88 m，可采的3#，6#煤层总厚为3.90 m，可采含煤系数为9.6%。太原组地层总厚为123.00 m，可采的8#，9#，15#，15下#煤层总厚为7.65 m，可采含煤系数为6.2%。

本区位于沁水煤田西北边缘，靠近煤层露头处，整体上为一北东走向，倾向南东的单斜构造，倾角3°～12°，在井田的北部，煤层露头附近，地层走向近东西，倾向南，随着地层向南扩展，地层走向转为北东，倾向南东。在井田的中南部发育了两条宽缓的向背斜，褶幅和延伸长度都不大。在本区北部发育有F1和F22两条正断层。

背斜位于井田中南部尖山村-河底村一线，由钻探资料控制，轴向北东，两翼基本对称，倾角5°左右，褶曲幅度不大，井田内延伸长度2500 m。向斜位于P107至D380孔一线，由钻探资料控制，轴向北东，与背斜平行展开，西北翼倾角8°，东南翼倾角5°左右，井田内延伸长度约1000 m。在矿井开采中，发现了一些陷落柱，形态多为椭圆形及近似圆形，陷壁角75°，按15下#煤底板上统计，共22个，长轴最大为250 m，最小为20 m，短轴最大为140 m，最小为12 m。本井田构造复杂程度属简单类。

1 3#煤层瓦斯赋存参数测定

为了掌握山西寿阳潞阳祥升煤业有限公司3#煤层开采过程中的瓦斯涌出规律，对3#煤层瓦斯赋存参数进行测定，包括现场和实验室两部分。现场部分包括：煤层瓦斯压力、煤层原始瓦斯含量、钻孔瓦斯流量衰减系数、煤层透气性系数及煤的破坏类型；实验室部分包括：煤对瓦斯吸附常数、放散初速度、煤的坚固性系数等[1-3]。

1.1 煤层瓦斯含量测定

在祥升煤业3#煤层上组煤集中回风巷300 m以及上组煤集中回风巷500 m处2个地点分别取样，测定结果见表1。

表1 直接法测定3#煤层瓦斯含量结果

1.2 3#煤层瓦斯压力测定

直接法测定煤层瓦斯压力，即在现场选取合适打钻位置施工测压孔实测煤层瓦斯压力。根据现场实际情况，3#煤层测定地点选择在上组煤轨道大巷500 m、上组煤运输大巷1300 m处向3#煤施工上向钻孔以及上组煤回风大巷650, 1050 m处施工顺层钻孔。祥升煤业3#煤层测压钻孔的各项参数及测定结果如表2所示。

1.3 煤的坚固性系数测定

煤的坚固性系数(f值)采用落锤法测试，测试器具为捣碎筒和计量筒[4]，利用上述方法对该矿3#煤层上组煤回风大巷300 m、上组煤回风大巷500 m处取样进行测定，其测定结果见表3。

表2 3#煤层瓦斯压力测定钻孔参数及测定结果

表3 3#煤层f值测定结果

1.4 瓦斯放散初速度测定

瓦斯放散初速度测试需用专用的△P测试仪在实验室测试，瓦斯放散初速度△P=P2-P1，同一煤样的两个试样测出的△P值之差不应大于1，否则需要重新测试[5]，测定结果见表4。

表4 3#煤层△P测定结果

2 煤层瓦斯含量分布规律

煤层瓦斯含量受多种地质因素的制约，诸如煤质、埋藏深度、构造、煤的物理化学性质、煤层顶底板岩性等等，不同矿区，各种地质因素施加影响的显著性可能是不相同的。对某一个具体井田而言，在诸多地质因素中总有一个主导因素控制瓦斯含量在全井田范围内变化的总体趋势，其它地质因素只能在局部范围内影响煤层瓦斯含量[6]。根据3#煤层全井田都是焦煤，煤质变化不大、煤的物理化学性质、煤层顶底板岩性都没有变化。根据F1以南井下实测和钻孔瓦斯含量数据，来分析矿井瓦斯含量分布规律，回归曲线如图1所示。

由图1可看出，矿井瓦斯含量具有随埋深增加而加大的趋势，埋深每增加100 m；3#煤层瓦斯含量增长2.10 m3/t 。

3 结 论

祥升煤矿3#煤层上组煤集中回风巷300， 500 m瓦斯含量分别为9.62 m3/t、9.80 m3/t。3#煤层8个钻孔相对瓦斯压力为0.10～0.14 MPa。3#煤层上组煤回风大巷300 m、上组煤回风大巷500 m处煤的坚固性系数值分别为0.16， 0.27，煤层瓦斯放散初速度为11.8～14.9。根据井下3#煤层的采掘现状，所布置测点受到局限，建议在以后的生产过程中加强煤层瓦斯参数测定工作，更多的掌握瓦斯赋存规律，以便更好的治理矿井瓦斯，为矿井安全生产工作提供依据及技术支撑。

图1 3#煤层瓦斯含量与埋深关系散点图