某煤矿瓦斯地质规律研究

2021-07-24苏自锋

科海故事博览 2021年7期

关键词：封孔采区瓦斯

苏自锋

（禹州市大刘山煤业有限公司，河南禹州 461670）

1 研究背景

某煤层近年来瓦斯涌出量明显增多，为了探明矿井主采二1 煤层22 采区整体瓦斯赋存规律，为矿井22 采区的安全生产奠定技术基础，因此对矿井二1 煤层瓦斯赋存规律进行综合研究具有较强的必要性与可行性[1]。

2 采用的技术原理及技术分析

1.井下解吸法的原理是：井下采集煤样，并测量其瓦斯解吸量，根据根据测定数据和解吸规律推算煤样采集过程中的损失瓦斯量，然后测定煤样的残存瓦斯量，最后逐步计算煤层瓦斯含量。井下解吸法步骤如下：

（1）选择新暴露的采掘工作面，用煤电钻垂直煤壁打一个∮42mm 的钻孔，当钻孔钻至取样位置后开始取样[2]，并记录采样开始时间t1；

（2）将采集的煤样装罐并记录装罐后开始瓦斯解吸测定的时间t2，用FHJ-2 型瓦斯解吸速度测定仪测定不同时间t 下的煤样累计瓦斯解吸总量V0i，测定时间通常为2 个小时，测定结束后将样罐用力拧紧，保证其密封性。

（3）损失量计算

将不同解吸时间下测得数据按下式换算成标准状态下的体积Voi：

瓦斯量损失曲线如图2所示。

图2 瓦斯损失量计算曲线图

2.瓦斯压力测定方法及步骤如下：

（1）钻孔附近保证其原始状态，通过相应的对比，结合矿井自然条件来选择。

（2）用地质钻机施工测压钻孔，直径∮50～90mm，孔深30～50m。

（3）成孔后，在孔内安设测压管，用水泥浆对钻孔进行封孔（封孔长度30m以上），测压钻孔（上向孔和下向孔）封孔方法示意图如图3所示（备注：为了封孔的需要，下向孔，孔底用聚氨酯封实[4]，外段用水泥浆封孔）。

图3 测压钻孔（上向孔）封孔方法示意图

（4）前3 天，每隔2 小时记录相应的压力指示值，以后每天记录相应的压力指示值，当指示值连续三天没有变化时为有效数值，可以将此数值认为原始瓦斯压力。

3 研究的主要技术内容及意义

1.以二1 煤层瓦斯赋存规律综合研究为工程研究背景，通过对矿井及22 采区二1 煤层的瓦斯含量和瓦斯压力等瓦斯基本参数的测定，结合瓦斯含量和压力的主要影响地质因素，以煤的吸附常数、煤的质变程度、顶底板岩性、煤层厚度、煤层埋深及地质构造为基本资料，采取回归分析的方法，研究22 采区二1 煤层瓦斯赋存规律及研究影响煤层瓦斯赋存的各种因素。

2.该研究成果将为其它矿井瓦斯赋存规律提供参考依据，同时该项目主要研究22 采区的瓦斯赋规律，为瓦斯超前治理提供了科学治理手段，为矿井瓦斯防治及相关技术标准提供参考价值。

4 实际应用效果

利用回归分析法，研究了22 采区二1 煤层瓦斯赋存规律及与其相关的影响因素，形成了22 采区二1 煤层瓦斯赋存规律研究报告及22采区、204 综采工作面瓦斯地质图和矿井二1 煤层瓦斯含量分布预测图，为矿井22 采区206、208 等综采工作面的采区和工作面防突设计、抽采设计等瓦斯超前治理提供了科学治理手段，为矿井瓦斯防治及相关技术标准提供了技术保障。

经综合分析，二1 煤层瓦斯含量具有如下分布规律：

1.二1 煤层瓦斯中CH4 成分32.33～94.36%，平均75.26%；N2 成分0.33～58.80%，平均17.96%；CO2 成分较低；因此，二1 煤层属N2-CH4 带和CH4 带。N2-CH4带约占全矿区面积的三分之一，在CH4 带中也有属于N2-CH4 带的点互相穿插，分带不很明显。

2.二1 煤层被花沟正断层、云盖山正断层和下白峪正断层三条断层分为两块。因此，我们可以把矿井井田二1 煤层划分为两个瓦斯地质单元，即第Ⅰ单元：花沟正断层与云盖山正断层之间区域；第Ⅱ单元：云盖山正断层与下白峪正断层之间区域，矿井的22 采区位于第Ⅰ瓦斯地质单元。

3.二1 煤层瓦斯含量整体上具有西高东低的趋势，同时随着开采深度的增加，瓦斯含量也随之增大，但受煤层厚度、断层及煤层煤质等因素的影响，趋势不很显著，具体表现为，在高瓦斯含量区，煤层厚度变薄或煤层挥发分含量增大，会导致瓦斯含量减小，断层附近，由于瓦斯逸散[5]，瓦斯含量也有减小的趋势，在褶皱构造轴部，瓦斯含量有显著增加趋势。