龍灘煤礦k1煤層瓦斯含量控制因素分析

① 位村礦井山西組二₁煤層瓦斯地質圖

河南省煤礦瓦斯地質圖圖集

位村煤礦瓦斯地質簡介

一、礦井概況

焦作煤業（集團）有限責任公司位村煤礦位於焦作市東北25km處，南距修武縣城15km。井田范圍內有鐵路專用線，交通便利。井田走向N 35°～42°E，傾向SE，走向長3.08km，傾向長1.02km，井田總面積3.16km²。1991年建成投產，設計能力50×10⁴t/a，採用一對豎井、三條下山開拓方式。

主要含煤地層為太原組和山西組，共含煤13層，可採煤層2層，為山西組的二₁煤層和太原組的一₂煤層。二₁煤層賦存穩定，平均煤厚5m，為主要可採煤層。

位村煤礦為煤與瓦斯突出礦井，自建井以來共發生煤與瓦斯突出3次，始突深度為256m，標高為－147m。

二、井田地質構造及控制特徵

位村井田位於魏村斷層和北碑村斷層之間，其基本構造輪廓呈一單斜構造，走向N 35°～42°E，傾向SE，煤層傾角13°～21°，平均16°。井田內構造形式以斷裂為主，局部出現小的撓曲，主要斷層為NE、NNE、NEE、NW向四組，總體構造簡單。位村井田靠近北碑村斷層，處於斷層的上升盤，形成寬緩的單斜構造，同時斷層以南，主要發育近EW 向小斷裂。

三、礦井瓦斯地質規律

位村井田靠近北碑村斷層，處於斷層的上升盤，形成寬緩的單斜構造，有利於瓦斯的封存富集，同時斷層以南，主要發育近EW 向小斷裂，構造比較簡單，適合開採煤層氣。井田內普遍發育的正斷層是造成煤層瓦斯含量分布不均衡的主要原因，在斷層附近，特別是大斷層附近，煤層瓦斯含量普遍降低。在井田西部，由於受NW向界碑斷層（落差100～210m）的影響，瓦斯含量降低，含量等值線沿煤層傾向延展。就整個井田總體而言，瓦斯含量具有隨埋深增加而增大的整體趨勢。

四、瓦斯含量及資源量分布

根據位村煤礦地勘瓦斯含量資料和生產測定的瓦斯含量數據，在煤層底板標高－52.9～－488.63m，埋深162.79～584m 范圍，瓦斯含量為8.47～28.88m³/t，瓦斯含量大。通過定性、定量分析認為斷層、頂底板泥岩厚度和煤層底板標高對煤層瓦斯煤層瓦斯含量（W）有重要影響（見下表），煤層底板標高為主控因素，控制二₁煤層瓦斯含量的整體分布（圖4-1），其他地質因素影響局部變化。

河南省煤礦瓦斯地質圖圖集

不同煤層底板標高深度所對應的瓦斯含量為：－61m 處的瓦斯含量趨勢值是10m³/t;－172m 處的瓦斯含量趨勢值是15m³/t;－284m 處的瓦斯含量趨勢值是20m³/t;－396m 處的瓦斯含量趨勢值是25m³/t；煤層底板標高－508m 處的瓦斯含量趨勢值是30m³/t。

圖4-1 瓦斯含量與煤層底板標高回歸趨勢圖

位村礦井煤層厚度一般為1.88～7.57m，平均5.00m，按照井田內具有相同或相近煤層氣賦存特徵的儲層劃為一個單元的原則，井田總面積約為3.18km²，瓦斯含量（煤層氣含氣量）最高可達26m³/t以上，其中煤層氣含氣量（相當於空氣乾燥基含氣量）小於8m³/t的區域不進行計算。計算結果煤層氣地質儲量547.34M m³，屬於中型儲量規模；平均資源量豐度1.75×108m³/km²，為中等類別；煤層氣埋深大部分在－400m 以深，煤層氣為深部埋藏；並且二₁煤屬中灰，低硫無煙塊煤，煤層結構簡單，煤層厚度大、穩定，位村煤礦二₁煤煤層氣具一定的開發潛力。

五、瓦斯湧出特徵

瓦斯湧出量大小受多種因素的影響，在現有的開采條件和開采強度下，瓦斯含量是瓦斯湧出多少的決定因素，通過整理、收集位村煤礦建礦以來的實際瓦斯湧出資料，回採工作面瓦斯湧出量具有隨埋深（煤層底板標高表示）增加而增大的整體趨勢，回採工作面絕對瓦斯湧出量Q 隨煤層底板標高H 按式5-1變化的整體特徵，局部受構造、頂底板岩性的影響，具有變大或變小的現象（圖5-1）；煤層底板標高H=-121m時，絕對瓦斯湧出量為5m³/min，煤層底板標高H=-222m 時，絕對瓦斯湧出量為10m³/min，煤層底板標高H=-324m 時，絕對瓦斯湧出量為15m³/min。

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六、煤與瓦斯區域突出危險性劃分

自建井以來共發生煤與瓦斯突出3次，始突深度256m，標高－147m，根據礦井瓦斯地質規律和煤與瓦斯突出實際，把煤層埋藏深度大於256m 與煤層底板標高－147m 以深范圍劃為煤與瓦斯突出危險區。

② 試述影響煤層瓦斯含量的因素有哪些

答案:煤層瓦斯含量指煤層或岩層在自然條件下單位重量或者單位體積所含有的瓦斯量，一般用立方米/噸或立方米/立方米表示。煤層瓦斯含量的測定方法有：直接測定法及間接測定法。 由於瓦斯在生成和貯存過程中要受到多方面因素的影響，不同煤田的瓦斯含量有很大差別。主要影響因素有：1、煤層的變質程度 （1）煤的成分。煤的成分與煤的變質程度對瓦斯的產生有直接影響。一般說來，煤的變質程度越高，生成的瓦斯量越大；煤的碳化程度越高，瓦斯的揮發性越低，瓦斯含量也越高。另外，煤的水分對瓦斯含量也有一定影響，煤質水分越高，瓦斯含量就越低。再者，煤體中夾雜的大量雜質也會影響瓦斯的生成和吸著能力。 （2）煤的空隙率。煤的空隙是保存游離瓦斯的空間，孔隙內表面積的大小是影響吸著瓦斯的重要因素。煤的變質程度低時，揮發分較高，煤的結構較疏鬆，孔隙率就較高。煤的變質程度較高時，揮發分減低，孔隙率下降；當變質程度更高時，由於揮發分和水分的進一步減少，孔隙率又為之增加。總之，煤的孔隙率隨煤的變質程度的變化而改變，隨著煤的變質程度由低到高，煤的空隙率先減少然後增大。2、煤田地質條件 （1）礦體的地質史。在漫長的地質年代裡，由於長期而復雜的大氣候和地

③ 新安礦井山西組二₁煤層瓦斯地質圖

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新安礦井瓦斯地質簡介

一、礦井概況

義馬煤業（集團）有限責任公司新安煤礦於1988年建成投產，設計生產能力150×10⁴t/a。採用斜井雙水平上下山開拓，礦井有4個進風井，5個回風井，通風方式採用中央分列與分區混合式通風，通風方法為抽出式。採煤工藝主要是炮采和綜采，採煤方法為走向長壁式，全部垮落式管理頂板。

新安礦含煤岩系屬於石炭—二疊系，含煤地層有太原組、山西組、下石盒子組及上石盒子組，屬多煤組多煤層地區，其中，山西組為主要含煤地層。含煤地層總厚約576m，共含煤6組，計28層煤。煤層總厚7.30m，含煤系數1.27%，全井田僅二₁煤層大部分可采，其他煤層均屬不可采或偶爾可采。可採煤層厚0～18.88m，可采含煤系數0.73%。開採煤層為二疊系山西組二₁煤，

礦井投產以來，絕對瓦斯湧出量和相對瓦斯湧出量較大，2000～2005年礦井瓦斯等級鑒定結果見下表。

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二、井田地質構造及控制特徵

新安井田位於新安向斜北翼，為一平緩的單斜構造。新安礦井內地層走向NE，傾向SE，傾角西部稍大，在9°～11°之間，東部比較小，為7°～8°。據三維地震勘探資料，在井田單斜構造背景上發育有小的波狀起伏或次級褶皺，使煤層底板等高線發生不同程度的彎曲變化。井田內大中型斷裂構造稀少，規模比較大的斷層主要有F₅₈、F₂和F₂₉，而且均為井田邊界斷層。

井田主要為一簡單單斜構造，次級褶皺不很發育，而且多為舒緩波狀。生產中多見頂板平整、底板起伏的現象，通常認為是背、向斜，實際是煤層原始沉積基底不平造成的，後期構造作用加劇了這種變化。

三、礦井瓦斯地質規律

礦井邊界斷層為封閉性組合的壓性斷層，導致了整個礦區都處於封閉的條件下，瓦斯受阻不易逸散，井田整體上瓦斯含量較大。根據煤層瓦斯含量單因素分析，煤層基岩埋深是影響瓦斯含量的最重要地質因素，瓦斯含量隨著煤層上覆基岩厚度的增加而增大。其次是圍岩，圍岩中煤層頂板岩層效應厚度影響系數表徵最顯著，而煤層煤質對瓦斯含量的影響最小（表3-1）。

表3-1 煤層瓦斯含量與地質因素相關系數一覽表

四、礦井瓦斯含量分布

瓦斯含量與相關地質要素的擬合以17個可靠的瓦斯含量點和地質要素數據為基礎，利用D PS軟體進行線性回歸分析得出瓦斯含量與相關地質要素回歸公式：

W=0.57263+0.01377K₁+0.15710K₂+0.84124K₃

式中：W 為瓦斯含量，m³/t;K₁為煤層埋深，m;K₂為煤層厚度，m;K₃為煤層頂板20m 岩層效應厚度影響系數。

利用相關模型計算煤層瓦斯含量相關系數R=0.837537，決定系數R²=0.701467，調整後判定系數R′＝0.795346。說明煤層瓦斯含量與煤層埋深和煤層頂板20m 內岩層效應厚度影響系數及煤厚線性關系比較密切。計算瓦斯含量值最大誤差3.15，最小誤差0.53。

依據上述回歸公式對井田內129個鑽孔進行了瓦斯含量預測，預測數據可作為井田內煤層瓦斯評價的依據。根據勘探期間24個可靠瓦斯含量點、5個參數計算點、2個瓦斯含量反算點和129個鑽孔回歸計算點共計160個點繪制了井田瓦斯含量等值線圖。

總體上，煤層瓦斯含量沿煤層走向自西向東逐漸減小。以珍河為界，珍河以北瓦斯含量較小，含量變化不大；珍河以南，煤層瓦斯含量主要受產狀控制，向南含量逐漸增大。

五、瓦斯湧出特徵

實際生產中湧出資料表明工作面瓦斯湧出主要是煤壁湧出和落煤湧出，約占瓦斯湧出總量的65%，其餘為采空區湧出，約佔35%。

六、煤與瓦斯區域突出危險性劃分

依據《防治煤與瓦斯突出規定》，鑒於未開采區沒有瓦斯壓力測試數據，因此，以瓦斯含量預測值8m³/t作為臨界值。考慮到瓦斯分布的不均一性以及測試誤差等，按照安全優先和區域劃分從寬的原則，以煤層瓦斯含量6m³/t為臨界值，把瓦斯含量＞6m³/t范圍劃為突出危險區。

④ 張子敏的論文專著

祁書峰,張子敏. 提高回採工作面瓦斯抽放率的途徑[J]. 焦作工學院學報,2000,(3).
何俊,袁東升,劉明舉,張子敏. 煤與瓦斯突出分形區劃研究[J]. 煤田地質與勘探,2000,(3).
張瑞林,廖枝平,朱自貢,張子敏. 設置頂板道解決綜放工作面瓦斯超限問題的局限性[J]. 焦作工學院學報(自然科學版),2001,(2).
張瑞林,高建良,張子敏. 設瓦斯巷綜放工作面瓦斯分布及分流特徵[J]. 煤炭科學技術,2001,(7).
張子敏. 論建立健全《礦井瓦斯地質工作規范》的迫切性[J]. 煤礦安全,2001,(6).
張子敏，張玉貴. 平頂山礦區構造演化和對煤與瓦斯突出的控制[J]. 瓦斯地質研究與應用，2003: 1-4.
張玉貴、張子敏、郭明功. 溶劑萃取法研究平頂山構造煤結構與瓦斯突出[J]. 瓦斯地質理論與實踐，2004: 219-223
張子敏、張玉貴. 編制礦井瓦斯地質圖綜合治理瓦斯[J]. 瓦斯地質理論與實踐，2004: 26-30
張子敏、張玉貴. 大平煤礦「10.20」特大型煤與瓦斯突出瓦斯地質分析. 煤炭學報，2005，30（2）: 137-140. ( EI檢索5239147674)
張子敏、張玉貴. 三級瓦斯地質圖與瓦斯治理. 煤炭學報，2005，30(4): 455-458.( EI檢索5399388713)
張子敏、張玉貴. 瓦斯地質圖的編制. 煤炭科學技術，2005，33(8): 39-41.
張子敏,張玉貴. 三級瓦斯地質圖與瓦斯治理[J]. 煤炭學報,2005,(4).
張子敏,張玉貴. 礦井瓦斯地質圖編制[J]. 煤炭科學技術,2005,(8)..
張子敏,張玉貴. 大平煤礦特大型煤與瓦斯突出瓦斯地質分析[J]. 煤炭學報,2005,(2).
張玉貴，張子敏，謝克昌. 煤演化過程中力化學作用與構造煤結構[J]. 河南理工大學學報，2005，24(2): 95-99.
陳敬軼 姚軍朋 張子敏 張玉貴. 晉城成庄煤礦陷落柱成因與差異升降運動[J]. 河南理工大學學報，2006，25(6): 465-468.
劉永茜 張子敏 閆江偉 張玉貴. 鶴壁礦區煤與瓦斯突出因素分析[J]. 煤炭科學技術，2006，34(10): 79-81.
張子敏 近距離保護層開采技術在平煤五礦的實踐 煤炭科學技術，2006.12( 核心期刊)
張子敏 鶴壁礦區煤與瓦斯突出因素分析 煤炭科學技術，2006.10( 核心期刊)
陳敬軼,姚軍朋,張子敏,張玉貴,. 晉城成庄煤礦陷落柱成因與差異升降運動[J]. 河南理工大學學報(自然科學版),2006,(6).
賈天讓,江林華,姚軍朋,張子敏,. 近距離保護層開采技術在平煤五礦的實踐[J]. 煤炭科學技術,2006,(12).
徐剛,張玉貴,張子敏,. 豫西告成煤礦滑動構造區瓦斯賦存特徵[J]. 煤田地質與勘探,2007,(6).
閆江偉,張子敏,張玉貴,. 寺河煤礦東區瓦斯湧出主控因素分析及預測[J]. 礦業安全與環保,2007,(6).
陳敬軼,田俊偉,張玉貴,張子敏,. 晉城成庄煤礦3#煤層含氣量控制因素分析[J]. 中國煤層氣,2007,(1).
張玉貴,張子敏,曹運興,. 構造煤結構與瓦斯突出[J]. 煤炭學報,2007,(3).
史小衛,張玉貴,張子敏,. 毛郢孜煤礦煤與瓦斯突出的構造控制分析[J]. 煤炭科學技術,2007,(2).
覃木廣，張子敏，張玉貴. 祁東煤礦構造演化對瓦斯分布的控制[J]. 瓦斯地質與瓦斯防治進展，2007: 87-92.
陳傑，張子敏，張玉貴. 卧龍湖煤礦岩漿岩和煤與瓦斯突出[J]. 瓦斯地質與瓦斯防治進展，2007: 52-56.
張子敏，張玉貴. 新密礦區構造演化及瓦斯地質控制特徵研究[J]. 瓦斯地質與瓦斯防治進展，2007): 1-8.
陳敬軼 田俊偉 張玉貴 張子敏. 晉城成庄煤礦3煤層含氣量控制因素分析[J]. 中國煤層氣，2007年，4(1): 11-14.
田俊偉，閆江偉，張玉貴，張子敏. 晉城成庄煤礦瓦斯湧出主控因素分析及預測[J]. 瓦斯地質與瓦斯防治進展，2007: 70-74.
張子敏 構造煤結構與瓦斯突出 煤炭學報，2007.03( EI檢索)
張子敏 豫西告成煤礦滑動構造區瓦斯賦存特徵 煤田地質與勘探，2007.06( 核心期刊)
張子敏 寺河煤礦東區瓦斯湧出主控因素分析及預測 礦業安全與環保，2007.06( 核心期刊)
張子敏 毛郢孜煤礦煤與瓦斯突出的構造控制分析 煤炭科學技術，2007.02( 核心期刊)
張子敏 九里山礦煤與瓦斯突出地質控制因素及突出區預測 煤礦安全，2009.05( 中文核心期刊)
張子敏 古漢山井田二1煤儲層特徵及煤層氣可采性評價 煤礦安全，2008.09( 中文核心期刊)
張子敏 晉城成庄井田3#煤層瓦斯含量分布特徵 煤礦安全，2008. ( 中文核心期刊)
張子敏 新密煤田構造演化及瓦斯地質控制特徵 第七次全國瓦斯地質學術年會
張子敏 卧龍湖煤礦岩漿岩和煤與瓦斯突出 第七次全國瓦斯地質學術年會
張子敏 祁東煤礦構造演化對瓦斯分布的控制 第七次全國瓦斯地質學術年會
張子敏 Research on hydraulic slotting technology controlling coal-gas outbursts Journal of Science & Engineering, 2008.01
魏國營,單智勇,張子敏,. Research on hydraulic slotting technology controlling coal-gas outbursts[J]. Journal of Coal Science & Engineering(China),2008,(1).
白新華,張子敏,張玉貴,魏國營,. 水力掏槽破煤落煤效率因素層次分析[J]. 水力採煤與管道運輸,2008,(4).
張玉貴,張子敏,張小兵,唐修義,. 構造煤演化的力化學作用機制[J]. 中國煤炭地質,2008,(10).
柯善斌,張玉貴,張子敏,. 龍山礦煤與瓦斯突出特徵及主控因素分析[J]. 煤礦安全,2008,(12).
楊德方,張子敏,張玉貴,徐剛,. 基於劃分瓦斯地質單元的瓦斯賦存規律研究——以薛湖煤礦二_2煤層為例[J]. 河南理工大學學報(自然科學版),2008,(4).
付江偉,張子敏,張玉貴,胡曉,. 古漢山井田二_1煤儲層特徵及煤層氣可采性評價[J]. 煤礦安全,2008,(9).
姚軍朋,賈澄冰,張子敏,張玉貴,賈天讓,. 近距離保護層開采瓦斯治理效果[J]. 煤炭科學技術,2008,(1).
閆江偉,張子敏,張玉貴,. 晉城成庄井田3#煤層瓦斯含量分布特徵[J]. 煤礦安全,2008,(4).
張子敏 瓦斯抽采孔距及煤層透氣性的測定方法 煤炭學報2009.11( EI檢索)
張子敏 新密煤田煤與瓦斯突出的走早控製作用 煤炭科學技術2009.09( cscd核心庫)
張子敏 演馬庄井田煤層氣資源開發前景評價 煤炭地質與勘探2009.06( cscd核心庫)
張子敏 李子埡北井煤與瓦斯突出特徵及主控因素分析 煤礦安全與環保 2009.7( 北大核心)
張子敏 九里山礦瓦斯地質規律研討 礦業安全與環保2009.4( 北大核心)
張子敏 中馬村礦煤與瓦斯突出地質因素分析 煤2009.1( 北大核心)
張子敏 九里山礦煤與瓦斯突出地質控制因素及突出區預測 煤礦安全2009.5( 北大核心)
張子敏 復合構造控制煤與瓦斯突出及其地質條件 煤礦安全2009.8( 北大核心)
張子敏 力化學作用與構造煤結構 中國煤炭地質2009.2( 一般CN)
袁東升,張子敏,. 近距離保護層開采瓦斯治理技術[J]. 煤炭科學技術,2009,(11).
申紅梅,張子敏,岳平均,. 古漢山煤礦遞推掩護式瓦斯抽采區域防突技術[J]. 中州煤炭,2009,(12).
張志榮,張子敏,李普,張玉貴,. 綠水洞礦井地質構造特徵與瓦斯賦存規律分析[J]. 煤炭科學技術,2009,(10).
屈先朝,張子敏,. 新密煤田煤與瓦斯突出的構造控製作用[J]. 煤炭科學技術,2009,(9).
白新華,賈天讓,張子敏,張玉貴,李普,. 新密煤田瓦斯動力現象分析[J]. 煤田地質與勘探,2009,(4).
楊德方,張子敏,張玉貴,楊付領,. 復合構造控制煤與瓦斯突出及其地質條件[J]. 煤礦安全,2009,(8).
李普,張子敏,崔洪慶,. 李子埡北井煤與瓦斯突出特徵及主控因素分析[J]. 煤礦安全,2009,(7).
雷東記,張子敏,張玉貴,李普,. 演馬庄井田煤層氣資源開發前景評價[J]. 煤田地質與勘探,2009,(3).
柯善斌,張玉貴,張子敏,. 龍山礦二_1煤層瓦斯地質特徵及其影響因素分析[J]. 礦業安全與環保,2009,(3)
雷東記,張子敏,張玉貴,. 九里山礦煤與瓦斯突出地質控制因素及突出區預測[J]. 煤礦安全,2009,(5).
宋志剛,張玉貴,張子敏,. 大平煤礦煤與瓦斯突出特徵及影響因素分析[J]. 煤礦安全,2009,(4).
張小兵,張子敏,張玉貴,李敏,. 新型1,3,4-惡二唑衍生物的合成與性質研究[J]. 有機化學,2009,(2).
熊建龍,張玉貴,張子敏,. 宣東礦Ⅲ_3煤層瓦斯湧出地質因素分析[J]. 煤礦安全,2009,(3).
王建華,李峰,張子敏,. 軟土地基中盾構淺覆土下穿鐵路大動脈施工的技術措施[J]. 建築施工,2009,(1).
付江偉,張子敏,張玉貴,. 九里山礦瓦斯地質規律研討[J]. 礦業安全與環保,2009,(2).
張小兵,張子敏,張玉貴,. 力化學作用與構造煤結構[J]. 中國煤炭地質,2009,(2).
王蔚,王筱超,張子敏,張玉貴,. 梁北煤礦瓦斯地質特徵分析[J]. 煤礦安全,2009,(2).
付江偉,張子敏,. 中馬村礦煤與瓦斯突出地質因素分析[J]. 煤,2009,(1).
張子敏 新型1,3,4-惡二唑衍生物的合成與性質研究 有機化學，2009.02( SCI檢索)
崔鵬飛,張子敏,袁東升,曹衛斌,. 魯班山北礦3號煤層瓦斯地質規律分析[J]. 煤礦現代化,2010,(4).
陳瑞生,張子敏,馮濤,. 河南安林煤礦岩漿岩與瓦斯突出關系研究[J]. 能源技術與管理,2010,(4).
郭明濤,梁波濤,張子敏,. 宣東二礦水文地質條件對煤層瓦斯賦存的影響[J]. 煤,2010,(7).
馮濤,張子敏,李明澤,. 鶴壁三礦瓦斯賦存地質規律研究[J]. 中州煤炭,2010,(5).
上官明磊,張玉貴,張子敏,高建成,. 屯留礦陷落柱分布特徵及成因探討[J]. 煤,2010,(5).
陳瑞生,張子敏,馮濤,. 安林煤礦岩漿岩和煤與瓦斯突出關系[J]. 中州煤炭,2010,(4).
張泓,張群,曹代勇,李小彥,李貴紅,黃文輝,馮宏,靳德武,張子敏,賈建稱,石智軍,邵龍義,程建遠,湯達禎,姜在炳,. 中國煤田地質學的現狀與發展戰略[J]. 地球科學進展,2010,(4).
郭柯,張子敏,魏國營,. 雙鴨山煤田東部礦井8#煤層瓦斯賦存規律[J]. 煤礦安全,2010,(5).
王永周,崔洪慶,張子敏,. 龍灘煤礦K1煤層瓦斯含量控制因素分析[J]. 煤礦安全,2010,(4).
王曉彬,張子敏,張玉貴,魏國營,. 新安煤礦瓦斯賦存影響因素分析[J]. 煤炭工程,2010,(2).
楊文旺,崔洪慶,張子敏,. 掘進工作面瓦斯湧出量混沌動力學方法研究[J]. 礦業安全與環保,2010,(1).
張子敏. 基於煤礦瓦斯災害防治的瓦斯地質理論與方法[J]. 中國科技論文在線, 2010.
張子敏, 張小兵. 煤與瓦斯突出地質控制機理研究[J]. 中國科技論文在線, 2010.

⑤ 新義礦井山西組二₁煤層瓦斯地質圖

河南省煤礦瓦斯地質圖圖集

新義礦井瓦斯地質簡介

一、礦井概況

義馬煤業（集團）有限責任公司新義煤礦始建於2004年，設計生產能力120×10⁴t/a。採用立井雙水平上下山開拓。通風系統採用中央並列式。

全井田僅二₁煤層大部分可采，其他煤層均屬不可采或偶爾可采。開採煤層為二疊系山西組二₁煤，二₁煤煤岩成分多以亮煤為主，暗煤次之，其中夾微量絲炭和少許鏡煤條帶。

從淺部新安礦開采情況來看，進入＋60m 水平開始出現瓦斯動力現象。2000～2005年礦井瓦斯等級鑒定結果見下表。

河南省煤礦瓦斯地質圖圖集

二、井田地質構造及控制特徵

新義井田位於新安向斜北翼深部，為一平緩簡單的單斜構造。井田內地層走向40°～45°，傾向130°～140°，傾角在6°～14°之間。井田內除西部邊界斷層F₅₈外，未見落差大於20m的斷層。西部邊界由於F₅₈斷層的影響，在03號勘探線附近發育有寬緩的牽引向斜，延伸3.6km，軸向北西，向南東方向仰起，地層傾角8°～10°。

據三維地震勘探資料，在井田單斜構造背景上發育有小的波狀起伏或次級褶皺，使煤層底板等高線發生不同程度的彎曲變化。首采區內共發現小向斜1條、小背斜2條；同時探察到落差5～12m的小斷層12條，其中1條大於10m；小於5m的斷層27條。

井田次級褶皺不很發育，而且多為舒緩波狀。生產中多見頂板平整、底板起伏的現象，通常認為是背、向斜，實際上是煤層原始沉積基底不平造成的，後期構造作用加劇了這種變化。

三、礦井瓦斯地質規律

井田處於礦區的深部，瓦斯較大。根據影響煤層瓦斯含量的單因素分析，煤層埋深是影響瓦斯含量的最重要地質因素，煤層瓦斯含量隨埋深增加而增大，但不同區域增加的梯度不同，淺部瓦斯含量隨埋深增加的梯度較大，隨著埋深的逐漸增加，梯度逐漸減小；次要因素是圍岩，圍岩中煤層頂板岩層效應厚度影響系數表徵最顯著，煤層煤質對瓦斯含量的影響最小。

四、礦井瓦斯含量分布

在眾多瓦斯地質要素中，為了突出主要因素，同時便於應用，本次研究中僅以煤層埋深、煤厚及煤層頂板20m 岩層效應厚度影響系數三個因素參與擬合，其他次要因素不參加擬合。

瓦斯含量與相關地質要素的擬合以21個可靠的瓦斯含量點和地質要素數據為基礎，利用D PS軟體進行線性回歸分析得出瓦斯含量與相關地質要素回歸公式：

W=0.45302+0.01416K₁+0.15425K₂+0.85076K₃

式中：W為瓦斯含量，m³/t; K₁為煤層埋深，m; K₂為煤層厚度，m;K₃為煤層頂板20m 岩層效應厚度影響系數。

根據勘探期間3個可靠瓦斯含量點、1個參數計算點、1個實測點和58個鑽孔回歸計算點共計63個點繪制了井田瓦斯含量等值線圖。

總體上看，瓦斯含量自井田淺部向深部逐漸增大，瓦斯含量等值線與煤層底板等高線走向小角度相交，但瓦斯含量等值線走向變化比煤層底板等高線大。瓦斯含量在淺部隨深度增加遞增快，向深部逐漸減慢。井田上部邊界－200m一線瓦斯含量約為10～11m³/t，至井田大巷－300m一線瓦斯含量達到12m³/t。標高－600m 瓦斯含量達到14m³/t以上。

五、瓦斯湧出特徵

二₁煤層距上鄰近層二₂煤層20m，二₂煤層為局部可採煤層，下鄰近層一₉煤層為不可採煤層。回採面瓦斯湧出主要來自本煤層。採用分源法對瓦斯湧出量進行預測，回採面瓦斯湧出與瓦斯含量規律一致，隨著埋深的增加而增大。預測結果見表5-1。

表5-1 二₁煤層分源法瓦斯預測結果

六、煤與瓦斯區域突出危險性劃分

新義礦目前尚處於建井階段，但在建井過程中打鑽多次出現噴孔、卡鑽等典型的突出徵兆。新義煤礦的相鄰礦井為新安、義安煤礦，並且位於新安煤礦的深部。新安礦、義安礦多次發生瓦斯突出、動力現象。截止到2006年12月，新安礦共發生有較完整記錄的瓦斯動力現象11次，其中掘進工作面10次，回採工作面1次；義安礦發生瓦斯動力現象2次。因此，將新義井田全部劃為煤與瓦斯突出危險區。

⑥ 煤層瓦斯含量及其測定方法

5.3.1 瓦斯含量直接測定方法

1）密封式煤（岩）心採取器：這種儀器在鑽孔內採取煤（岩）樣的同時可利用出心接收器上、下兩端的活門自動將煤樣密封，使煤樣在未脫氣狀態下提到地面，並保持氣密狀態送到實驗室，然後通過測定和計算求出瓦斯含量。其方法是在實驗室運用破碎、密閉加熱和真空降壓等方法，將煤樣中的全部瓦斯（包括吸附瓦斯）抽出，測定抽出瓦斯的體積和成分，並用天平稱出原始煤樣和放氣後煤樣的質量，二者之差即為煤樣中所含瓦斯的質量，最後經過計算求出單位質量煤中含有的瓦斯量。

2）集氣式煤（岩）心採取器：這種採取器上部有一特製的集氣室，可以在鑽進和提升過程中收集從煤心中泄出的瓦斯。采樣後應將裝有煤心的採取器送交實驗室，對集氣室中的瓦斯量進行測定和分析，然後測定煤樣的殘存瓦斯量，最後計算出煤的瓦斯含量。

目前，上述兩種儀器已在一些煤田地質勘探部門使用，但其使用和維護比較復雜，采樣中的瓦斯損失不易估計；此外，薄煤層用這些儀器采樣有一定困難，有時不夠精確。

3）氣測井法：利用半自動測井儀測定鑽孔沖洗液中溶解的瓦斯量、煤池瓦斯量及鑽屑中殘存的瓦斯量。根據測得的總瓦斯量（即上述三者之和），除以鑽進切除的煤量，得出煤層的瓦斯含量。

5.3.2 瓦斯含量間接測定法

（1）主要步驟

一般常用的是室內容量測定。其主要步驟是：將新鮮煤樣密封送實驗室，人工破碎至0.20～0.25mm；將破碎煤樣在60℃和高真空條件下（壓力為（1.3～1.3）×10^－3Pa）抽氣2～15 d；然後，進行甲烷氣吸附試驗，求吸附常數a值和b值；最後，換算出在標准壓力（指要測定地點的壓力）下每克煤的吸附瓦斯量。所計算出的瓦斯容量，可視為在給定條件下的煤層瓦斯含量。

（2）計算公式

根據已知的基本參數，利用朗格繆爾方程進行計算。

一般的計算公式

煤成（型）氣地質學

式中：W_m為煤層瓦斯含量，m³/t；W_x為吸附瓦斯量（可燃基），m³/t；W_y為游離瓦斯量（可燃基），m³/t；a，b為吸附常數，取決於煤質，通過吸附試驗求得，一般a值為20～70，b值為0.03～0.30；p為煤層瓦斯壓力（絕對壓力），Pa（計算時轉換成at）；u為煤的孔隙率，%，計算公式為

煤成（型）氣地質學

式中：ρ_視為煤的視密度，g/cm³，計算公式為

煤成（型）氣地質學

ρ_真為煤的真密度，g/cm³，其計算公式為

煤成（型）氣地質學

其中，ρ_w為水的密度，一般取1g/cm³；H₂為煤中氫含量，%；M_a，d，V_daf，A_d分別為煤的水分、揮發分和灰分含量，%。f是在0.005×0.25 H的靜壓力作用下單位體積煤的壓縮百分比，H為計算地點的煤層埋藏深度，m；0.25 H為岩石靜壓力，Pa；0.005 為經驗數值；中等變質程度的煤，壓力為39.2 MPa時體積減小2%。

由於煤的水分、灰分、結構及地溫、地壓等的影響，需採用一系列校正系數參與計算，才能得到煤層瓦斯含量的更為精確的結果。其計算公式如下：

煤成（型）氣地質學

式中：T₀/K_pt為溫度與壓力對游離瓦斯量影響的校正值，T₀＝273℃，K_pt為瓦斯壓縮系數（可查表得出）；

K₁為煤中灰分和水分影響的校正系數，其值為

煤成（型）氣地質學

K₂、K₃為地溫、地壓對煤吸附影響的校正系數，其中

K₂＝ eⁿp^－n

K₃＝ 1－0.00001（90 ＋p）

，可查表得出；

煤成（型）氣地質學

其中，t為測點的煤層實際溫度，℃；t₀為進行吸附試驗時煤樣的溫度，℃；p為試驗時的壓力，at。

理想氣體等溫壓縮的計算公式為

煤成（型）氣地質學

式中：ρ為煤的密度，t/m³；W_x1為瓦斯壓力為p、煤層溫度為t條件下煤的吸附瓦斯量，m³/ m³。

上述公式表明，煤的吸附瓦斯量主要取決於煤層的瓦斯壓力p和煤的吸附常數a、b，煤的游離瓦斯量主要取決於岩體的孔隙率和瓦斯壓力。

（3）計算例題

已知某礦某煤層實測瓦斯壓力為117.6×10⁴Pa（13at），已測得煤的吸附常數 a ＝38.17，b＝0.079，孔隙率u＝6%，灰分A_d＝5%，水分M_a，d＝2%，煤的密度ρ＝1.3 t/m³，求該煤層的瓦斯含量。

解：將已知數據代入式（5.10）中，即

煤成（型）氣地質學

（4）我國部分礦井的有關參數

現將我國部分礦井的有關參數列於表5.12中，以供參考。

表5.12 我國部分礦井有關參數值

①為唐家莊礦資料；②為陽泉三礦資料；③為王封礦資料。

5.3.3 經驗公式法

在精度要求不高時，可用經驗公式推算煤層的瓦斯含量。一個地區經驗公式的建立，要做大量的研究工作。這是由於瓦斯含量涉及的因素很多，所得公式往往比較復雜，其適用范圍也是有限的。現介紹幾個計算煤層瓦斯含量的經驗公式，以供參考。

（1）經驗公式之一

在無測定條件和一般要求的情況下，可根據煤質化驗數據，利用下列公式計算，即

煤成（型）氣地質學

式中：a＝2.4＋0.21 V_daf，b＝1－0.004 V_daf，a、b也可查表得；eⁿ為溫度系數（查表可得）；K_pt為在p，t條件下的瓦斯壓縮系數。

（2）經驗公式之二

煤成（型）氣地質學

式中：B₀為水分對煤吸附能力的影響系數，一般取1，其計算公式B₀＝p/0.9792。

（3）經驗公式之三

煤成（型）氣地質學

式中：A、B、C為系數，查表可得；u_空容為煤的空隙容積，m³/t；W_pt為相當於p、t條件下的瓦斯含量，m³/t。

5.3.4 圖解法

國外一般是視煤的變質程度來確定煤層和瓦斯含量的（圖5.11）。如已知其V_daf值，則可從圖上查得煤層瓦斯含量。這種方法看起來很簡單，但對於影響瓦斯含量因素比較復雜的地域來說（如我國煤種多，構造復雜），單純利用V_daf值來確定瓦斯含量似顯粗略，有時會帶來誤差。不過，在一定范圍內這一方法可以借鑒。

圖5.11 圖解參考圖

（據王大曾，1992）

1—蘇里茨曲線（德國）；2—文介爾曲線（德國）；

3—斯柯夫曲線（荷蘭）；4—巴爾巴拉曲線（波蘭）

5.3.5 瓦斯含量的預測

瓦斯含量預測的一般方法是利用勘探地質或礦井地質已經掌握的瓦斯資料，找出與瓦斯含量最密切的相關因素，建立數學模型進行計算。例如，我國江西萍鄉煤田龍潭組主採煤層，經分析研究發現，瓦斯含量與煤的揮發分和埋藏之間的相關程度最高，從而建立了以下數學模型：

Q_h＝ 11.981 ＋0.014H－0.4202V_daf

式中：Q_h為瓦斯含量，cm³/kg；H 為預測地點的煤層埋深，m；V_daf為煤體的揮發分值，%。

經驗證明，在H＜800 m、V_daf＞7%的情況下，這一公式完全通用；但超出這個范圍則有誤差。

此外，也可用相似條件比擬法，即根據已知的礦井（采區）情況，來預測與之條件相似礦井（采區）的瓦斯含量。

⑦ 試述影響煤層瓦斯含量的因素有哪些

答案:煤層瓦斯含量指煤層或岩層在自然條件下單位重量或者單位體積所含有的瓦斯量，一般用立方米/噸或立方米/立方米表示。煤層瓦斯含量的測定方法有：直接測定法及間接測定法。 由於瓦斯在生成和貯存過程中要受到多方面因素的影響，不同煤田的瓦斯含量有很大差別。主要影響因素有：1、煤層的變質程度 (1)煤的成分。煤的成分與煤的變質程度對瓦斯的產生有直接影響。一般說來，煤的變質程度越高，生成的瓦斯量越大;煤的碳化程度越高，瓦斯的揮發性越低，瓦斯含量也越高。另外，煤的水分對瓦斯含量也有一定影響，煤質水分越高，瓦斯含量就越低。再者，煤體中夾雜的大量雜質也會影響瓦斯的生成和吸著能力。 (2)煤的空隙率。煤的空隙是保存游離瓦斯的空間，孔隙內表面積的大小是影響吸著瓦斯的重要因素。煤的變質程度低時，揮發分較高，煤的結構較疏鬆，孔隙率就較高。煤的變質程度較高時，揮發分減低，孔隙率下降;當變質程度更高時，由於揮發分和水分的進一步減少，孔隙率又為之增加。總之，煤的孔隙率隨煤的變質程度的變化而改變，隨著煤的變質程度由低到高，煤的空隙率先減少然後增大。2、煤田地質條件 (1)礦體的地質史。在漫長的地質年代裡，由於長期而復雜的大氣候和地

⑧ 影響煤層瓦斯含量的主要因素有哪幾點

煤種、煤層賦存地質構造條件、埋深等

⑨ 試驗區鑽孔控制瓦斯含量

根據顧橋井田煤樣煤質分析化驗結果，可知該地區的煤變質程度屬Ⅱ～Ⅲ階段；鏡質組最大反射率在0.64%～1.73%。因此，在以下瓦斯含量測算過程中，我們採用該變質程度的煤層吸附瓦斯規律統計計算，而未考慮井田內不同塊段，不同煤層變質程度差別與不均一性。

4.4.4.1瓦斯含量與溫度的關系

瓦斯含量隨溫度的升高會逐漸降低，在低溫階段，降低的速度快；在高溫部分，降低逐漸趨緩。據宋全友（2004）所作同級煤（鏡質組最大反射率＝0.86%、0.88%、0.95%）3個煤樣的等溫吸附試驗：從30～40℃，溫度每升高1℃，煤樣吸附量減少0.15～0.19cm³/g，平均減少0.17cm³/g；從40～50℃，溫度每升高1℃，煤樣吸附量減少0.07～0.15cm³/g，平均減少0.11cm³/g；從50～60℃，溫度每升高1℃，煤樣吸附量減少0.07cm³/g；從60～70℃，溫度每升高1℃，煤樣吸附量減少0.04cm³/g；從70～80℃，溫度每升高1℃，煤樣吸附量減少0.02cm³/g。

依據上述規律，可以做出該地區各煤層吸附瓦斯量隨溫度升高而逐漸降低的分段線性關系曲線，如圖4.28所示。假設該曲線關系成立滿足的條件是：30℃和1 MP，初始條件為10 cm³/g。通過求取的地溫三維數據體和這個關系曲線可以得出不同深度下溫度對瓦斯吸附量影響的具體數值，參表4.4。

圖4.28 溫度與瓦斯吸附量的關系曲線

表4.4 鑽孔煤樣瓦斯測試與統計計算數據表

續表

續表

續表

4.4.4.2瓦斯含量與壓力的關系

根據Langmuir等溫吸附方程，煤層吸附瓦斯量隨壓力升高逐漸增多，並將逐漸趨於一相對穩態值。顧橋井田搜集到的資料有補4,6,7三口鑽孔取心作了煤樣的等溫吸附試驗，測得的瓦斯含量隨壓力的變化如圖4.29所示。

圖4.29 補6井1-2煤樣瓦斯吸附等溫曲線

上述實驗是在30℃測得的。根據這些測試數據，經過插值計算可以獲得不同煤層的瓦斯吸附等溫曲線，並進一步可以獲得三維空間內任一點煤樣的瓦斯吸附等溫曲線。利用該曲線可以計算地下任一深度點的原地瓦斯吸附量。

4.4.4.3鑽孔控制各煤層瓦斯含量的測算

在顧橋礦開採的歷史中共鑽了400多口各種鑽孔，通過取心與煤樣的分析，統計了該井田的瓦斯含量圖。自2001年後，顧橋礦又新鑽了一批鑽孔，獲得了一些新的瓦斯煤樣數據。本次共搜集到21口鑽孔數據，補充了補4,6,7三口井的測試數據，因此對該區的瓦斯含量圖重新進行了計算。計算步驟如下，流程圖如圖4.30所示。

第一步：搜集已知老井統計的各煤層瓦斯含量值。將老井井名、坐標（X,Y,Z）、各煤層頂底板深度、煤厚、煤質（V,A,W）、瓦斯含量統計形成數據文件；再將後來測的補字型大小井的數據補充進去。分析整理已知的3種數據：①煤質分析化驗；②瓦斯含量測試；③等溫吸附試驗。假設老井、補字型大小井的瓦斯含量試驗均是在常溫（30℃）常壓（1個大氣壓）下測量的。

第二步：將補字型大小井的瓦斯測量試驗數據換算為標准條件（30℃、1MPa）下的單位值（m³/t），如式（4.12）所示。形成統計的老井與新鑽孔控制的瓦斯含量表（表4.4）。

煤田3D3C地震勘探研究：以淮南顧橋煤礦為例

第三步：應用本試驗區應力場數值模擬的結果求出試驗區各目的煤層的原地壓力值。由於地表上覆粘土厚達500m以上，無法准確得出粘土的密度，故使用密度平均值2.5×10³kg/m³，並由靜水壓力的物理公式p＝ρgh（ρ為密度，g為重力加速度，h為深度）計算出各井口各煤層的壓強，然後由試驗測得的瓦斯含量隨瓦斯壓力的變化曲線圖拾取相應的瓦斯壓力下瓦斯含量的值，從而得出壓強對瓦斯吸附量的影響的具體數值。

圖4.30 鑽孔控制瓦斯含量測算流程

根據不同深度各煤層的等溫吸附曲線和試驗區三維地溫數據體求各煤層地層溫度下的瓦斯吸附減量（注意，該曲線關系近似成立，因為沒考慮煤質的局域性變化）。

最後一步：由實驗室測得的瓦斯含量加上溫度和壓強對瓦斯吸附含量的影響值最後可以獲得真實的瓦斯含量。由井的坐標、瓦斯含量值的文件可以分別畫出1,6,8,11-2,13-1煤層的瓦斯含量分布等值線圖。表4.4給出根據上述方法做出的實際瓦斯含量的數值。根據此表可做出5個目的煤層的瓦斯含量分布圖，然後根據坐標范圍切出本試驗區瓦斯含量分布情況，如下圖4.31～圖4.35所示。

圖4.31 1煤層瓦斯含量

（單位：m³/t）

圖4.32 6煤層瓦斯含量

（單位：m³/t）

圖4.33 8煤層瓦斯含量

圖4.34 11-2煤層瓦斯含量

圖4.35 13-1煤層瓦斯含量

4.4.4.4瓦斯含量分布規律

綜合分析以上通過鑽孔實測的瓦斯含量及三維地溫場、應力場共同影響下計算的瓦斯含量圖，可以發現試驗區瓦斯有以下的賦存規律：

1）8煤層的瓦斯含量高於其他煤層，含量15.6～16.2m³/t; 1煤（15.0～15.8m³/t）與6煤（14.6～15.0m³/t）煤次之；11-2煤（13.0～15.0m³/t）與13-1煤（13.0～15.2m³/t）相對較少。

2）隨深度加深，煤樣吸附瓦斯相對多些，除8煤異常高外。

3）同一煤層不同深度，1煤與6煤瓦斯含量變化較平穩，11-2煤與13-1煤變化較大，初步認為是構造影響的結果。