龙滩煤矿k1煤层瓦斯含量控制因素分析

① 位村矿井山西组二₁煤层瓦斯地质图

河南省煤矿瓦斯地质图图集

位村煤矿瓦斯地质简介

一、矿井概况

焦作煤业（集团）有限责任公司位村煤矿位于焦作市东北25km处，南距修武县城15km。井田范围内有铁路专用线，交通便利。井田走向N 35°～42°E，倾向SE，走向长3.08km，倾向长1.02km，井田总面积3.16km²。1991年建成投产，设计能力50×10⁴t/a，采用一对竖井、三条下山开拓方式。

主要含煤地层为太原组和山西组，共含煤13层，可采煤层2层，为山西组的二₁煤层和太原组的一₂煤层。二₁煤层赋存稳定，平均煤厚5m，为主要可采煤层。

位村煤矿为煤与瓦斯突出矿井，自建井以来共发生煤与瓦斯突出3次，始突深度为256m，标高为－147m。

二、井田地质构造及控制特征

位村井田位于魏村断层和北碑村断层之间，其基本构造轮廓呈一单斜构造，走向N 35°～42°E，倾向SE，煤层倾角13°～21°，平均16°。井田内构造形式以断裂为主，局部出现小的挠曲，主要断层为NE、NNE、NEE、NW向四组，总体构造简单。位村井田靠近北碑村断层，处于断层的上升盘，形成宽缓的单斜构造，同时断层以南，主要发育近EW 向小断裂。

三、矿井瓦斯地质规律

位村井田靠近北碑村断层，处于断层的上升盘，形成宽缓的单斜构造，有利于瓦斯的封存富集，同时断层以南，主要发育近EW 向小断裂，构造比较简单，适合开采煤层气。井田内普遍发育的正断层是造成煤层瓦斯含量分布不均衡的主要原因，在断层附近，特别是大断层附近，煤层瓦斯含量普遍降低。在井田西部，由于受NW向界碑断层（落差100～210m）的影响，瓦斯含量降低，含量等值线沿煤层倾向延展。就整个井田总体而言，瓦斯含量具有随埋深增加而增大的整体趋势。

四、瓦斯含量及资源量分布

根据位村煤矿地勘瓦斯含量资料和生产测定的瓦斯含量数据，在煤层底板标高－52.9～－488.63m，埋深162.79～584m 范围，瓦斯含量为8.47～28.88m³/t，瓦斯含量大。通过定性、定量分析认为断层、顶底板泥岩厚度和煤层底板标高对煤层瓦斯煤层瓦斯含量（W）有重要影响（见下表），煤层底板标高为主控因素，控制二₁煤层瓦斯含量的整体分布（图4-1），其他地质因素影响局部变化。

河南省煤矿瓦斯地质图图集

不同煤层底板标高深度所对应的瓦斯含量为：－61m 处的瓦斯含量趋势值是10m³/t;－172m 处的瓦斯含量趋势值是15m³/t;－284m 处的瓦斯含量趋势值是20m³/t;－396m 处的瓦斯含量趋势值是25m³/t；煤层底板标高－508m 处的瓦斯含量趋势值是30m³/t。

图4-1 瓦斯含量与煤层底板标高回归趋势图

位村矿井煤层厚度一般为1.88～7.57m，平均5.00m，按照井田内具有相同或相近煤层气赋存特征的储层划为一个单元的原则，井田总面积约为3.18km²，瓦斯含量（煤层气含气量）最高可达26m³/t以上，其中煤层气含气量（相当于空气干燥基含气量）小于8m³/t的区域不进行计算。计算结果煤层气地质储量547.34M m³，属于中型储量规模；平均资源量丰度1.75×108m³/km²，为中等类别；煤层气埋深大部分在－400m 以深，煤层气为深部埋藏；并且二₁煤属中灰，低硫无烟块煤，煤层结构简单，煤层厚度大、稳定，位村煤矿二₁煤煤层气具一定的开发潜力。

五、瓦斯涌出特征

瓦斯涌出量大小受多种因素的影响，在现有的开采条件和开采强度下，瓦斯含量是瓦斯涌出多少的决定因素，通过整理、收集位村煤矿建矿以来的实际瓦斯涌出资料，回采工作面瓦斯涌出量具有随埋深（煤层底板标高表示）增加而增大的整体趋势，回采工作面绝对瓦斯涌出量Q 随煤层底板标高H 按式5-1变化的整体特征，局部受构造、顶底板岩性的影响，具有变大或变小的现象（图5-1）；煤层底板标高H=-121m时，绝对瓦斯涌出量为5m³/min，煤层底板标高H=-222m 时，绝对瓦斯涌出量为10m³/min，煤层底板标高H=-324m 时，绝对瓦斯涌出量为15m³/min。

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六、煤与瓦斯区域突出危险性划分

自建井以来共发生煤与瓦斯突出3次，始突深度256m，标高－147m，根据矿井瓦斯地质规律和煤与瓦斯突出实际，把煤层埋藏深度大于256m 与煤层底板标高－147m 以深范围划为煤与瓦斯突出危险区。

② 试述影响煤层瓦斯含量的因素有哪些

答案:煤层瓦斯含量指煤层或岩层在自然条件下单位重量或者单位体积所含有的瓦斯量，一般用立方米/吨或立方米/立方米表示。煤层瓦斯含量的测定方法有：直接测定法及间接测定法。 由于瓦斯在生成和贮存过程中要受到多方面因素的影响，不同煤田的瓦斯含量有很大差别。主要影响因素有：1、煤层的变质程度 （1）煤的成分。煤的成分与煤的变质程度对瓦斯的产生有直接影响。一般说来，煤的变质程度越高，生成的瓦斯量越大；煤的碳化程度越高，瓦斯的挥发性越低，瓦斯含量也越高。另外，煤的水分对瓦斯含量也有一定影响，煤质水分越高，瓦斯含量就越低。再者，煤体中夹杂的大量杂质也会影响瓦斯的生成和吸着能力。 （2）煤的空隙率。煤的空隙是保存游离瓦斯的空间，孔隙内表面积的大小是影响吸着瓦斯的重要因素。煤的变质程度低时，挥发分较高，煤的结构较疏松，孔隙率就较高。煤的变质程度较高时，挥发分减低，孔隙率下降；当变质程度更高时，由于挥发分和水分的进一步减少，孔隙率又为之增加。总之，煤的孔隙率随煤的变质程度的变化而改变，随着煤的变质程度由低到高，煤的空隙率先减少然后增大。2、煤田地质条件 （1）矿体的地质史。在漫长的地质年代里，由于长期而复杂的大气候和地

③ 新安矿井山西组二₁煤层瓦斯地质图

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新安矿井瓦斯地质简介

一、矿井概况

义马煤业（集团）有限责任公司新安煤矿于1988年建成投产，设计生产能力150×10⁴t/a。采用斜井双水平上下山开拓，矿井有4个进风井，5个回风井，通风方式采用中央分列与分区混合式通风，通风方法为抽出式。采煤工艺主要是炮采和综采，采煤方法为走向长壁式，全部垮落式管理顶板。

新安矿含煤岩系属于石炭—二叠系，含煤地层有太原组、山西组、下石盒子组及上石盒子组，属多煤组多煤层地区，其中，山西组为主要含煤地层。含煤地层总厚约576m，共含煤6组，计28层煤。煤层总厚7.30m，含煤系数1.27%，全井田仅二₁煤层大部分可采，其他煤层均属不可采或偶尔可采。可采煤层厚0～18.88m，可采含煤系数0.73%。开采煤层为二叠系山西组二₁煤，

矿井投产以来，绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量较大，2000～2005年矿井瓦斯等级鉴定结果见下表。

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二、井田地质构造及控制特征

新安井田位于新安向斜北翼，为一平缓的单斜构造。新安矿井内地层走向NE，倾向SE，倾角西部稍大，在9°～11°之间，东部比较小，为7°～8°。据三维地震勘探资料，在井田单斜构造背景上发育有小的波状起伏或次级褶皱，使煤层底板等高线发生不同程度的弯曲变化。井田内大中型断裂构造稀少，规模比较大的断层主要有F₅₈、F₂和F₂₉，而且均为井田边界断层。

井田主要为一简单单斜构造，次级褶皱不很发育，而且多为舒缓波状。生产中多见顶板平整、底板起伏的现象，通常认为是背、向斜，实际是煤层原始沉积基底不平造成的，后期构造作用加剧了这种变化。

三、矿井瓦斯地质规律

矿井边界断层为封闭性组合的压性断层，导致了整个矿区都处于封闭的条件下，瓦斯受阻不易逸散，井田整体上瓦斯含量较大。根据煤层瓦斯含量单因素分析，煤层基岩埋深是影响瓦斯含量的最重要地质因素，瓦斯含量随着煤层上覆基岩厚度的增加而增大。其次是围岩，围岩中煤层顶板岩层效应厚度影响系数表征最显著，而煤层煤质对瓦斯含量的影响最小（表3-1）。

表3-1 煤层瓦斯含量与地质因素相关系数一览表

四、矿井瓦斯含量分布

瓦斯含量与相关地质要素的拟合以17个可靠的瓦斯含量点和地质要素数据为基础，利用D PS软件进行线性回归分析得出瓦斯含量与相关地质要素回归公式：

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

式中：W 为瓦斯含量，m³/t;K₁为煤层埋深，m;K₂为煤层厚度，m;K₃为煤层顶板20m 岩层效应厚度影响系数。

利用相关模型计算煤层瓦斯含量相关系数R=0.837537，决定系数R²=0.701467，调整后判定系数R′＝0.795346。说明煤层瓦斯含量与煤层埋深和煤层顶板20m 内岩层效应厚度影响系数及煤厚线性关系比较密切。计算瓦斯含量值最大误差3.15，最小误差0.53。

依据上述回归公式对井田内129个钻孔进行了瓦斯含量预测，预测数据可作为井田内煤层瓦斯评价的依据。根据勘探期间24个可靠瓦斯含量点、5个参数计算点、2个瓦斯含量反算点和129个钻孔回归计算点共计160个点绘制了井田瓦斯含量等值线图。

总体上，煤层瓦斯含量沿煤层走向自西向东逐渐减小。以珍河为界，珍河以北瓦斯含量较小，含量变化不大；珍河以南，煤层瓦斯含量主要受产状控制，向南含量逐渐增大。

五、瓦斯涌出特征

实际生产中涌出资料表明工作面瓦斯涌出主要是煤壁涌出和落煤涌出，约占瓦斯涌出总量的65%，其余为采空区涌出，约占35%。

六、煤与瓦斯区域突出危险性划分

依据《防治煤与瓦斯突出规定》，鉴于未开采区没有瓦斯压力测试数据，因此，以瓦斯含量预测值8m³/t作为临界值。考虑到瓦斯分布的不均一性以及测试误差等，按照安全优先和区域划分从宽的原则，以煤层瓦斯含量6m³/t为临界值，把瓦斯含量＞6m³/t范围划为突出危险区。

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⑤ 新义矿井山西组二₁煤层瓦斯地质图

河南省煤矿瓦斯地质图图集

新义矿井瓦斯地质简介

一、矿井概况

义马煤业（集团）有限责任公司新义煤矿始建于2004年，设计生产能力120×10⁴t/a。采用立井双水平上下山开拓。通风系统采用中央并列式。

全井田仅二₁煤层大部分可采，其他煤层均属不可采或偶尔可采。开采煤层为二叠系山西组二₁煤，二₁煤煤岩成分多以亮煤为主，暗煤次之，其中夹微量丝炭和少许镜煤条带。

从浅部新安矿开采情况来看，进入＋60m 水平开始出现瓦斯动力现象。2000～2005年矿井瓦斯等级鉴定结果见下表。

河南省煤矿瓦斯地质图图集

二、井田地质构造及控制特征

新义井田位于新安向斜北翼深部，为一平缓简单的单斜构造。井田内地层走向40°～45°，倾向130°～140°，倾角在6°～14°之间。井田内除西部边界断层F₅₈外，未见落差大于20m的断层。西部边界由于F₅₈断层的影响，在03号勘探线附近发育有宽缓的牵引向斜，延伸3.6km，轴向北西，向南东方向仰起，地层倾角8°～10°。

据三维地震勘探资料，在井田单斜构造背景上发育有小的波状起伏或次级褶皱，使煤层底板等高线发生不同程度的弯曲变化。首采区内共发现小向斜1条、小背斜2条；同时探察到落差5～12m的小断层12条，其中1条大于10m；小于5m的断层27条。

井田次级褶皱不很发育，而且多为舒缓波状。生产中多见顶板平整、底板起伏的现象，通常认为是背、向斜，实际上是煤层原始沉积基底不平造成的，后期构造作用加剧了这种变化。

三、矿井瓦斯地质规律

井田处于矿区的深部，瓦斯较大。根据影响煤层瓦斯含量的单因素分析，煤层埋深是影响瓦斯含量的最重要地质因素，煤层瓦斯含量随埋深增加而增大，但不同区域增加的梯度不同，浅部瓦斯含量随埋深增加的梯度较大，随着埋深的逐渐增加，梯度逐渐减小；次要因素是围岩，围岩中煤层顶板岩层效应厚度影响系数表征最显著，煤层煤质对瓦斯含量的影响最小。

四、矿井瓦斯含量分布

在众多瓦斯地质要素中，为了突出主要因素，同时便于应用，本次研究中仅以煤层埋深、煤厚及煤层顶板20m 岩层效应厚度影响系数三个因素参与拟合，其他次要因素不参加拟合。

瓦斯含量与相关地质要素的拟合以21个可靠的瓦斯含量点和地质要素数据为基础，利用D PS软件进行线性回归分析得出瓦斯含量与相关地质要素回归公式：

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

式中：W为瓦斯含量，m³/t; K₁为煤层埋深，m; K₂为煤层厚度，m;K₃为煤层顶板20m 岩层效应厚度影响系数。

根据勘探期间3个可靠瓦斯含量点、1个参数计算点、1个实测点和58个钻孔回归计算点共计63个点绘制了井田瓦斯含量等值线图。

总体上看，瓦斯含量自井田浅部向深部逐渐增大，瓦斯含量等值线与煤层底板等高线走向小角度相交，但瓦斯含量等值线走向变化比煤层底板等高线大。瓦斯含量在浅部随深度增加递增快，向深部逐渐减慢。井田上部边界－200m一线瓦斯含量约为10～11m³/t，至井田大巷－300m一线瓦斯含量达到12m³/t。标高－600m 瓦斯含量达到14m³/t以上。

五、瓦斯涌出特征

二₁煤层距上邻近层二₂煤层20m，二₂煤层为局部可采煤层，下邻近层一₉煤层为不可采煤层。回采面瓦斯涌出主要来自本煤层。采用分源法对瓦斯涌出量进行预测，回采面瓦斯涌出与瓦斯含量规律一致，随着埋深的增加而增大。预测结果见表5-1。

表5-1 二₁煤层分源法瓦斯预测结果

六、煤与瓦斯区域突出危险性划分

新义矿目前尚处于建井阶段，但在建井过程中打钻多次出现喷孔、卡钻等典型的突出征兆。新义煤矿的相邻矿井为新安、义安煤矿，并且位于新安煤矿的深部。新安矿、义安矿多次发生瓦斯突出、动力现象。截止到2006年12月，新安矿共发生有较完整记录的瓦斯动力现象11次，其中掘进工作面10次，回采工作面1次；义安矿发生瓦斯动力现象2次。因此，将新义井田全部划为煤与瓦斯突出危险区。

⑥ 煤层瓦斯含量及其测定方法

5.3.1 瓦斯含量直接测定方法

1）密封式煤（岩）心采取器：这种仪器在钻孔内采取煤（岩）样的同时可利用出心接收器上、下两端的活门自动将煤样密封，使煤样在未脱气状态下提到地面，并保持气密状态送到实验室，然后通过测定和计算求出瓦斯含量。其方法是在实验室运用破碎、密闭加热和真空降压等方法，将煤样中的全部瓦斯（包括吸附瓦斯）抽出，测定抽出瓦斯的体积和成分，并用天平称出原始煤样和放气后煤样的质量，二者之差即为煤样中所含瓦斯的质量，最后经过计算求出单位质量煤中含有的瓦斯量。

2）集气式煤（岩）心采取器：这种采取器上部有一特制的集气室，可以在钻进和提升过程中收集从煤心中泄出的瓦斯。采样后应将装有煤心的采取器送交实验室，对集气室中的瓦斯量进行测定和分析，然后测定煤样的残存瓦斯量，最后计算出煤的瓦斯含量。

目前，上述两种仪器已在一些煤田地质勘探部门使用，但其使用和维护比较复杂，采样中的瓦斯损失不易估计；此外，薄煤层用这些仪器采样有一定困难，有时不够精确。

3）气测井法：利用半自动测井仪测定钻孔冲洗液中溶解的瓦斯量、煤池瓦斯量及钻屑中残存的瓦斯量。根据测得的总瓦斯量（即上述三者之和），除以钻进切除的煤量，得出煤层的瓦斯含量。

5.3.2 瓦斯含量间接测定法

（1）主要步骤

一般常用的是室内容量测定。其主要步骤是：将新鲜煤样密封送实验室，人工破碎至0.20～0.25mm；将破碎煤样在60℃和高真空条件下（压力为（1.3～1.3）×10^－3Pa）抽气2～15 d；然后，进行甲烷气吸附试验，求吸附常数a值和b值；最后，换算出在标准压力（指要测定地点的压力）下每克煤的吸附瓦斯量。所计算出的瓦斯容量，可视为在给定条件下的煤层瓦斯含量。

（2）计算公式

根据已知的基本参数，利用朗格缪尔方程进行计算。

一般的计算公式

煤成（型）气地质学

式中：W_m为煤层瓦斯含量，m³/t；W_x为吸附瓦斯量（可燃基），m³/t；W_y为游离瓦斯量（可燃基），m³/t；a，b为吸附常数，取决于煤质，通过吸附试验求得，一般a值为20～70，b值为0.03～0.30；p为煤层瓦斯压力（绝对压力），Pa（计算时转换成at）；u为煤的孔隙率，%，计算公式为

煤成（型）气地质学

式中：ρ_视为煤的视密度，g/cm³，计算公式为

煤成（型）气地质学

ρ_真为煤的真密度，g/cm³，其计算公式为

煤成（型）气地质学

其中，ρ_w为水的密度，一般取1g/cm³；H₂为煤中氢含量，%；M_a，d，V_daf，A_d分别为煤的水分、挥发分和灰分含量，%。f是在0.005×0.25 H的静压力作用下单位体积煤的压缩百分比，H为计算地点的煤层埋藏深度，m；0.25 H为岩石静压力，Pa；0.005 为经验数值；中等变质程度的煤，压力为39.2 MPa时体积减小2%。

由于煤的水分、灰分、结构及地温、地压等的影响，需采用一系列校正系数参与计算，才能得到煤层瓦斯含量的更为精确的结果。其计算公式如下：

煤成（型）气地质学

式中：T₀/K_pt为温度与压力对游离瓦斯量影响的校正值，T₀＝273℃，K_pt为瓦斯压缩系数（可查表得出）；

K₁为煤中灰分和水分影响的校正系数，其值为

煤成（型）气地质学

K₂、K₃为地温、地压对煤吸附影响的校正系数，其中

K₂＝ eⁿp^－n

K₃＝ 1－0.00001（90 ＋p）

，可查表得出；

煤成（型）气地质学

其中，t为测点的煤层实际温度，℃；t₀为进行吸附试验时煤样的温度，℃；p为试验时的压力，at。

理想气体等温压缩的计算公式为

煤成（型）气地质学

式中：ρ为煤的密度，t/m³；W_x1为瓦斯压力为p、煤层温度为t条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决于煤层的瓦斯压力p和煤的吸附常数a、b，煤的游离瓦斯量主要取决于岩体的孔隙率和瓦斯压力。

（3）计算例题

已知某矿某煤层实测瓦斯压力为117.6×10⁴Pa（13at），已测得煤的吸附常数 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，求该煤层的瓦斯含量。

解：将已知数据代入式（5.10）中，即

煤成（型）气地质学

（4）我国部分矿井的有关参数

现将我国部分矿井的有关参数列于表5.12中，以供参考。

表5.12 我国部分矿井有关参数值

①为唐家庄矿资料；②为阳泉三矿资料；③为王封矿资料。

5.3.3 经验公式法

在精度要求不高时，可用经验公式推算煤层的瓦斯含量。一个地区经验公式的建立，要做大量的研究工作。这是由于瓦斯含量涉及的因素很多，所得公式往往比较复杂，其适用范围也是有限的。现介绍几个计算煤层瓦斯含量的经验公式，以供参考。

（1）经验公式之一

在无测定条件和一般要求的情况下，可根据煤质化验数据，利用下列公式计算，即

煤成（型）气地质学

式中：a＝2.4＋0.21 V_daf，b＝1－0.004 V_daf，a、b也可查表得；eⁿ为温度系数（查表可得）；K_pt为在p，t条件下的瓦斯压缩系数。

（2）经验公式之二

煤成（型）气地质学

式中：B₀为水分对煤吸附能力的影响系数，一般取1，其计算公式B₀＝p/0.9792。

（3）经验公式之三

煤成（型）气地质学

式中：A、B、C为系数，查表可得；u_空容为煤的空隙容积，m³/t；W_pt为相当于p、t条件下的瓦斯含量，m³/t。

5.3.4 图解法

国外一般是视煤的变质程度来确定煤层和瓦斯含量的（图5.11）。如已知其V_daf值，则可从图上查得煤层瓦斯含量。这种方法看起来很简单，但对于影响瓦斯含量因素比较复杂的地域来说（如我国煤种多，构造复杂），单纯利用V_daf值来确定瓦斯含量似显粗略，有时会带来误差。不过，在一定范围内这一方法可以借鉴。

图5.11 图解参考图

（据王大曾，1992）

1—苏里茨曲线（德国）；2—文介尔曲线（德国）；

3—斯柯夫曲线（荷兰）；4—巴尔巴拉曲线（波兰）

5.3.5 瓦斯含量的预测

瓦斯含量预测的一般方法是利用勘探地质或矿井地质已经掌握的瓦斯资料，找出与瓦斯含量最密切的相关因素，建立数学模型进行计算。例如，我国江西萍乡煤田龙潭组主采煤层，经分析研究发现，瓦斯含量与煤的挥发分和埋藏之间的相关程度最高，从而建立了以下数学模型：

Q_h＝ 11.981 ＋0.014H－0.4202V_daf

式中：Q_h为瓦斯含量，cm³/kg；H 为预测地点的煤层埋深，m；V_daf为煤体的挥发分值，%。

经验证明，在H＜800 m、V_daf＞7%的情况下，这一公式完全通用；但超出这个范围则有误差。

此外，也可用相似条件比拟法，即根据已知的矿井（采区）情况，来预测与之条件相似矿井（采区）的瓦斯含量。

⑦ 试述影响煤层瓦斯含量的因素有哪些

答案:煤层瓦斯含量指煤层或岩层在自然条件下单位重量或者单位体积所含有的瓦斯量，一般用立方米/吨或立方米/立方米表示。煤层瓦斯含量的测定方法有：直接测定法及间接测定法。 由于瓦斯在生成和贮存过程中要受到多方面因素的影响，不同煤田的瓦斯含量有很大差别。主要影响因素有：1、煤层的变质程度 (1)煤的成分。煤的成分与煤的变质程度对瓦斯的产生有直接影响。一般说来，煤的变质程度越高，生成的瓦斯量越大;煤的碳化程度越高，瓦斯的挥发性越低，瓦斯含量也越高。另外，煤的水分对瓦斯含量也有一定影响，煤质水分越高，瓦斯含量就越低。再者，煤体中夹杂的大量杂质也会影响瓦斯的生成和吸着能力。 (2)煤的空隙率。煤的空隙是保存游离瓦斯的空间，孔隙内表面积的大小是影响吸着瓦斯的重要因素。煤的变质程度低时，挥发分较高，煤的结构较疏松，孔隙率就较高。煤的变质程度较高时，挥发分减低，孔隙率下降;当变质程度更高时，由于挥发分和水分的进一步减少，孔隙率又为之增加。总之，煤的孔隙率随煤的变质程度的变化而改变，随着煤的变质程度由低到高，煤的空隙率先减少然后增大。2、煤田地质条件 (1)矿体的地质史。在漫长的地质年代里，由于长期而复杂的大气候和地

⑧ 影响煤层瓦斯含量的主要因素有哪几点

煤种、煤层赋存地质构造条件、埋深等

⑨ 试验区钻孔控制瓦斯含量

根据顾桥井田煤样煤质分析化验结果，可知该地区的煤变质程度属Ⅱ～Ⅲ阶段；镜质组最大反射率在0.64%～1.73%。因此，在以下瓦斯含量测算过程中，我们采用该变质程度的煤层吸附瓦斯规律统计计算，而未考虑井田内不同块段，不同煤层变质程度差别与不均一性。

4.4.4.1瓦斯含量与温度的关系

瓦斯含量随温度的升高会逐渐降低，在低温阶段，降低的速度快；在高温部分，降低逐渐趋缓。据宋全友（2004）所作同级煤（镜质组最大反射率＝0.86%、0.88%、0.95%）3个煤样的等温吸附试验：从30～40℃，温度每升高1℃，煤样吸附量减少0.15～0.19cm³/g，平均减少0.17cm³/g；从40～50℃，温度每升高1℃，煤样吸附量减少0.07～0.15cm³/g，平均减少0.11cm³/g；从50～60℃，温度每升高1℃，煤样吸附量减少0.07cm³/g；从60～70℃，温度每升高1℃，煤样吸附量减少0.04cm³/g；从70～80℃，温度每升高1℃，煤样吸附量减少0.02cm³/g。

依据上述规律，可以做出该地区各煤层吸附瓦斯量随温度升高而逐渐降低的分段线性关系曲线，如图4.28所示。假设该曲线关系成立满足的条件是：30℃和1 MP，初始条件为10 cm³/g。通过求取的地温三维数据体和这个关系曲线可以得出不同深度下温度对瓦斯吸附量影响的具体数值，参表4.4。

图4.28 温度与瓦斯吸附量的关系曲线

表4.4 钻孔煤样瓦斯测试与统计计算数据表

续表

续表

续表

4.4.4.2瓦斯含量与压力的关系

根据Langmuir等温吸附方程，煤层吸附瓦斯量随压力升高逐渐增多，并将逐渐趋于一相对稳态值。顾桥井田搜集到的资料有补4,6,7三口钻孔取心作了煤样的等温吸附试验，测得的瓦斯含量随压力的变化如图4.29所示。

图4.29 补6井1-2煤样瓦斯吸附等温曲线

上述实验是在30℃测得的。根据这些测试数据，经过插值计算可以获得不同煤层的瓦斯吸附等温曲线，并进一步可以获得三维空间内任一点煤样的瓦斯吸附等温曲线。利用该曲线可以计算地下任一深度点的原地瓦斯吸附量。

4.4.4.3钻孔控制各煤层瓦斯含量的测算

在顾桥矿开采的历史中共钻了400多口各种钻孔，通过取心与煤样的分析，统计了该井田的瓦斯含量图。自2001年后，顾桥矿又新钻了一批钻孔，获得了一些新的瓦斯煤样数据。本次共搜集到21口钻孔数据，补充了补4,6,7三口井的测试数据，因此对该区的瓦斯含量图重新进行了计算。计算步骤如下，流程图如图4.30所示。

第一步：搜集已知老井统计的各煤层瓦斯含量值。将老井井名、坐标（X,Y,Z）、各煤层顶底板深度、煤厚、煤质（V,A,W）、瓦斯含量统计形成数据文件；再将后来测的补字号井的数据补充进去。分析整理已知的3种数据：①煤质分析化验；②瓦斯含量测试；③等温吸附试验。假设老井、补字号井的瓦斯含量试验均是在常温（30℃）常压（1个大气压）下测量的。

第二步：将补字号井的瓦斯测量试验数据换算为标准条件（30℃、1MPa）下的单位值（m³/t），如式（4.12）所示。形成统计的老井与新钻孔控制的瓦斯含量表（表4.4）。

煤田3D3C地震勘探研究：以淮南顾桥煤矿为例

第三步：应用本试验区应力场数值模拟的结果求出试验区各目的煤层的原地压力值。由于地表上覆粘土厚达500m以上，无法准确得出粘土的密度，故使用密度平均值2.5×10³kg/m³，并由静水压力的物理公式p＝ρgh（ρ为密度，g为重力加速度，h为深度）计算出各井口各煤层的压强，然后由试验测得的瓦斯含量随瓦斯压力的变化曲线图拾取相应的瓦斯压力下瓦斯含量的值，从而得出压强对瓦斯吸附量的影响的具体数值。

图4.30 钻孔控制瓦斯含量测算流程

根据不同深度各煤层的等温吸附曲线和试验区三维地温数据体求各煤层地层温度下的瓦斯吸附减量（注意，该曲线关系近似成立，因为没考虑煤质的局域性变化）。

最后一步：由实验室测得的瓦斯含量加上温度和压强对瓦斯吸附含量的影响值最后可以获得真实的瓦斯含量。由井的坐标、瓦斯含量值的文件可以分别画出1,6,8,11-2,13-1煤层的瓦斯含量分布等值线图。表4.4给出根据上述方法做出的实际瓦斯含量的数值。根据此表可做出5个目的煤层的瓦斯含量分布图，然后根据坐标范围切出本试验区瓦斯含量分布情况，如下图4.31～图4.35所示。

图4.31 1煤层瓦斯含量

（单位：m³/t）

图4.32 6煤层瓦斯含量

（单位：m³/t）

图4.33 8煤层瓦斯含量

图4.34 11-2煤层瓦斯含量

图4.35 13-1煤层瓦斯含量

4.4.4.4瓦斯含量分布规律

综合分析以上通过钻孔实测的瓦斯含量及三维地温场、应力场共同影响下计算的瓦斯含量图，可以发现试验区瓦斯有以下的赋存规律：

1）8煤层的瓦斯含量高于其他煤层，含量15.6～16.2m³/t; 1煤（15.0～15.8m³/t）与6煤（14.6～15.0m³/t）煤次之；11-2煤（13.0～15.0m³/t）与13-1煤（13.0～15.2m³/t）相对较少。

2）随深度加深，煤样吸附瓦斯相对多些，除8煤异常高外。

3）同一煤层不同深度，1煤与6煤瓦斯含量变化较平稳，11-2煤与13-1煤变化较大，初步认为是构造影响的结果。