瓦斯基础参数报告.docx
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瓦斯基础参数报告
山西煤炭运销集团野川煤业有限公司
3号煤层瓦斯基础参数测定报告
山西省煤炭工业局综合测试中心
二零一零年八月
报告名称：
山西煤炭运销集团野川煤业有限公司3号煤层瓦斯参数测定报告
完成单位：
山西省煤炭工业局综合测试中心
报告撰写：
许江涛工程师
技术审查：
赵长春高级工程师
王飞高级工程师
形式审查：
贾军萍高级工程师
前言
山西煤炭运销集团野川煤业有限公司高平市西北15km处的野川镇境内，行政区划隶属高平市野川镇管辖。
地理坐标为东经112°46′51〞～112°51′00″，北纬35°49′51〞～35°48′24″。
山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室晋煤重组办发[2009]44号文件，《关于晋城市高平市煤矿企业兼并重组整合方案的批复》将山西高平乔家沟煤业有限公司、山西高平北杨煤业有限公司（已关闭）、山西高平红岩沟煤业有限公司（已关闭）、山西高平窑沟煤业有限公司（已关闭）、山西高平柳树底煤矿等五处煤矿及部分空白资源重组成为：
山西省煤炭运销集团野川煤业有限公司，井田面积11.0132km2，批准开采3-15号煤层，组合后矿井生产能力提高到90万吨/年。
为探明该矿煤层瓦斯赋存规律以及为将来瓦斯治理提供依据，2010年5月山西煤炭运销集团野川煤业有限公司委托山西省煤炭工业局综合测试中心对该矿3号煤层瓦斯基础参数进行测定。
在预测过程中，有关项目人员通过井下打钻、取样，实验室分析并严格对照AQ1018-2006《矿井瓦斯涌出量预测方法》、《煤矿安全规程》（2010版）和《煤层气测定方法》等相关标准和规范要求，在对周边矿井进行了大量调研的基础上，对该矿井瓦斯涌出情况进行了认真的预测，并提出预测结果。
此次工作得到了矿方相关领导及技术人员的大力支持，在此深表感谢!
1.矿井概况
1.1位置与交通
山西煤炭运销集团野川煤业有限公司高平市西北15km处的野川镇境内，行政区划隶属高平市野川镇管辖。
地理坐标为东经112°46′51〞～112°51′00″，北纬35°49′51〞～35°48′24″。
野川煤业有限公司位于高平市西北15km处的野川镇境内，行政区划隶属高平市野川镇管辖。
地理坐标为东经112°46′51〞～112°51′00″，北纬35°49′51〞～35°48′24″，范围由以下15点坐标（6带）连线圈定：
井田拐点坐标表1-1
拐点
坐标
拐点
坐标
X
Y
X
Y
1
3967451.045
19667231.306
9
3968331.044
19660931.210
2
3965734.019
19667231.310
10
3968331.047
19661911.225
3
3965734.016
19665835.289
11
3968101.044
19662271.231
4
3966151.023
19665835.288
12
3968101.051
19665281.276
5
3966151.018
19663508.254
13
3968287.054
19665391.277
6
3966419.022
19663508.253
14
3968101.051
19665572.280
7
3966592.357
19661990.844
15
3967451.041
19665572.282
8
3967513.032
19660931.212
井田南距沁（水）～辉（县）二级公路7km。
距太（原）～焦（作）铁公路南陈铺集煤站9km，西南距杨（杨家庄）～界（界牌岭）的乡级公路约2km。
以上公路干线、煤站均有乡村公路与其连接，交通方便。
（详见交通位置示意图1-1）。
图1-1交通位置示意图比例尺1：
36000井田位置
1.2自然地理
井田地处太行山山脉的西南侧，沁水盆地的东翼。
地形总体北高，南低，最高点位于井田北部山包上，标高1237m，最低点位于井田南部，标高842m，相对高差395m，且伴有黄土冲沟的低山沟谷地貌。
全井田地貌属中低山区类型。
本区属黄河流域丹河水系，井田属野川河上游冲沟，野川河向东南汇入许河，许河在河西镇附近汇入丹河。
井田内无河流等大的地表水体，沟谷中平时干涸无水，雨季才有短暂流水或洪水排泄。
但井田西南部边界有一条季节性河流从井田西部边界流过。
区西南部边界外附近为杜寨水库。
1.3地质构造
1.3.1区域构造
井田位于沁水块坳东缘，沁水盆地东侧，区域地层总体走向北北东，倾向北西，出露二叠系上下石盒子组、山西组等地层，第四系松散沉积物广泛覆盖于各时代地层之上井田广泛为大面积黄土覆盖区，中部部出露二叠系下统上统上石盒子组地层。
根据钻孔及区域资料，将该区地层由老至新为：
地层层序由老至新为:
奥陶系中统峰峰组（O2f）、石炭系中统本溪组（C2b）、石炭系上统太原组（C3t）、二叠系下统山西组（P1s）、二叠系下统下石盒子组（P1x）、二叠系上统上石盒子组（P2s）、第四系中上更新统（Q2＋3）。
1.3.2井田构造
褶曲构造:
该盘区地层起伏，形成一组似马鞍形构造的褶曲，总体以一轴向近西南-东北的向斜构造为主，背斜轴展布于井田的东北部，未贯穿井田，两翼地层基本对称，倾角平缓约3～8。
井田（盘区）内无断层。
综观全井田，构造简单，倾角平缓。
井田属构造简单类型。
井田内无岩浆侵入，对本区地层、煤层无影响。
综合前述，本井田地质构造简单。
1.4煤层赋存及煤质
（一）含煤性
本区含煤地层为山西组和太原组。
山西组含煤三层，即1、2、3号煤层。
其中1号、2号煤层为不稳定的不可采煤层，一般为煤线或缺失。
3号煤层全井田稳定可采，煤层平均厚5.57m，本组地层平均厚45.00m，可采煤层含煤系数12.38%。
太原组含煤8层，即5、7、8、9、11、12、13和15号煤层，其中15号煤为全井田稳定可采煤层，9号煤为大部可采煤层。
本组平均厚87.55m，可采煤层平均总厚3.80m，含煤系数4.34%。
煤层综合柱状图见图1-2。
井田内各煤层特征表表1-2
煤层编号
煤层厚度
距下层煤平均距离
稳定性
可采性
1
0.00-0.15
0.04
5.50
不稳定
不可采
2
0.00-0.60
0.38
20.05
不稳定
不可采
3
5.65-6.00
5.57
6.92
稳定
全区可采
5
0.18-1.08
0.46
14.41
不稳定
不可采
7
0.10-0.37
0.20
8.35
不稳定
不可采
8
0.06-0.35
0.25
11.75
不稳定
不可采
9
0.70-1.16
0.99
10.64
较稳定
局部可采
11
0.15-0.30
0.31
6.49
不稳定
不可采
12
0.20-0.45
0.30
9.86
不稳定
不可采
13
0.12-0.50
0.40
10.60
不稳定
不可采
15
2.50-3.16
2.82
稳定
全区可采
（二）开采煤层特征
3号煤层：
位于山西组中下部，上距下石盒子组底砂岩（K8）约33m左右，下距太原组K6灰岩6～18m，煤层厚度5.30～5.99m，平均厚度5.57m，含0～1层夹矸。
煤层稳定。
顶板为中粒砂岩、粉砂岩；底板为泥岩或细砂岩。
属结构简单的厚煤层。
9号煤层：
位于太原组K4灰岩之上，上距3号煤层底板42.18m，下距15号煤层顶板38.55m，厚度0.70～1.16m，平均0.98m。
含0～1层夹矸。
其顶板为泥岩，底板为泥岩或泥质灰岩，煤类型为半亮型条带状结构，层状构造，局部见黄铁矿结核，硫含量高于3号煤低于15号煤，有“半香煤”之称。
属结构简单的大部可采煤层。
15号煤层：
位于太原组下部K2灰岩之下0.05～0.50m，上距3号煤层底板82m左右，下距K1砂岩顶7.93m，煤层厚度2.50～3.16m，平均2.82m，煤层厚度变化大，结构复杂，常夹0～3层夹矸。
顶板多为K2灰岩，局部为黑色泥岩；底板为泥岩或粉砂岩。
15号煤层属结构复杂、稳定可采的厚煤层。
1.5瓦斯、煤尘和煤层自燃倾向性
1、瓦斯
山西煤炭运销集团野川煤业有限公司由山西高平乔家沟煤业有限公司、山西高平北杨煤业有限公司、山西高平红岩沟煤业有限公司、山西高平窑沟煤业有限公司、山西高平柳树底煤矿整合而成。
整合前各矿开拓开采及瓦斯涌出量情况介绍如下：
山西高平乔家沟煤业有限公司：
位于整合井田中北部，属村办集体矿山企业，始建于1964年8月，1965年10月投产，生产能力45万t/a，开采山西组3号煤层，井田面积1.78km2。
采用立-斜井开拓，萁斗提升，悬移支架放顶机采，胶带运输，中央并列抽出式通风。
属低瓦斯矿井。
山西高平北杨煤业有限公司：
位于整合井田中西部，属村办矿山企业，始建于1986年6月，1998年11月投产，设计生产能力6万t/a，开采山西组3号煤层，井田面积0.4342km2。
主井采用立井开拓壁式采煤，矿车运输，并列抽出式通风。
属低瓦斯矿井。
红岩沟煤矿：
位于整合井田中部，属村办矿山企业，始建于1985年10月，1988年5月投产，设计生产能力9万t/a，立井开拓，壁式采煤，矿车运输，并列抽出式通风，机械排水。
开采山西组3号煤层，井田面积0.5693km2。
矿井正常涌水量6m3/h，最大涌水量10m3/h。
属低瓦斯矿井。
山西高平窑沟煤业有限公司：
位于整合井田东南部，属村办矿山企业，始建于1985年10月，1989年5月投产，设计生产能力90kt/a，斜井开拓，壁式采煤，矿车运输，并列抽出式通风，机械排水。
开采山西组3号煤层，井田面积0.60km2。
矿井正常涌水量4m3/h，最大涌水量8m3/h。
属低瓦斯矿井。
各矿瓦斯涌出量统计表表1-3
年
矿井
名称
瓦斯相对涌出量
（m3/t）
瓦斯绝对涌出量
（m3/min）
二氧化碳相对涌出量
（m3/t）
二氧化碳绝对涌出量
（m3/min）
鉴定
级别
2007
乔家沟煤矿
6.63
2.09
5.96
1.93
低
柳树底煤矿
22.21
6.91
2.25
0.70
高
红岩沟煤矿
4.40
0.80
2.09
0.38
低
2008
乔家沟煤矿
8.19
2.34
7.38
2.11
低
柳树底煤矿
25.07
7.52
2.77
0.83
高
2009
乔家沟煤矿
6.47
2.04
5.74
1.81
低
柳树底煤矿
25.3
7.93
3.98
1.25
高
2、煤尘
据山西省煤炭煤炭工业局综合测试中心2008年所做的煤尘爆炸性鉴定报告：
3号煤层煤尘无爆炸性、3号煤层煤尘无爆炸性。
井田周边分布煤矿有伯方煤矿、市望煤矿、长松煤矿（已关闭）。
1、伯方煤矿
位于该矿西、北部，属晋城市兰花科技创业股份有限公司，始建于1980年，1993年投产，井田面积27.5092km2，现开采3号煤层，设计生产能力600kt/a，斜井－立井开拓，采用长壁机采和长壁炮采开采方法，中央分列抽出式通风系统，电机车运输，箕斗提升，并列式通风，机械排水。
矿井正常涌水量45m3/h,最大涌水量60m3/h。
在副斜井井底设有主、副水仓，其中主水仓容量2000m3，副水仓容量1000m3。
属低瓦斯矿井，安装有瓦斯安全监控系统。
该煤层煤尘无爆炸性，自燃等级为Ⅲ级，属不易自燃。
2、市望煤矿
位于该矿东部，属村办矿山企业，始建于1985年10月，1989年5月投产，设计生产能力90kt/a，斜井开拓，壁式采煤，矿车运输，并列抽出式通风，机械排水。
开采山西组3号煤层，井田面积0.58km2。
矿井正常涌水量4m3/h，最大涌水量8m3/h。
属低瓦斯矿井。
3、长松煤矿（己关闭）
位于该矿东南部，属村办矿山企业，始建于1986年，1989年投产，设计生产能力60kt/a，立井开拓，高落式采煤，矿车运输，并列抽出式通风，机械排水。
开采山西组3号煤层，井田面积0.396km2，属低瓦斯矿井。
现已关闭。
图1-3四邻关系图
1.6矿井开拓及生产概况
采用两斜一立开拓方式，即主斜井、副斜井、回风立井三个井筒。
主斜井：
设计斜长600m，倾角23°，半圆拱形断面，净宽5m，净断面积13.5m2，钢筋混凝土砌碹，担负矿井原煤提升，兼作进风、行人，为矿井一个安全出口；
副斜井：
设计斜长520m，倾角18°，半圆拱形断面，净宽5m，净断面积13.5m2，钢筋混凝土砌碹，担负矿井设备、材料提放，兼作进风，为矿井一个安全出口；
回风立井：
设计垂深190m,圆形断面，净径6m，净断面积28m2，采用钢筋混凝土砌碹，担负矿井回风任务，为矿井另一个安全出口；
矿井采用单水平即+780m水平开采，南北两个盘区布置。
开采顺序为一盘区→二盘区。
采煤方法为综采放顶煤，工作面长度为150m，回采率为85%，顶板采用全部垮落法管理，掘进为综掘，掘进速度为400m/mon，采掘比为1：
2。
1.7矿井通风
矿井达产时布置三个井筒，即主斜井、副斜井、回风立井，其中，主斜井、副斜井进风，回风立井回风。
图1-3矿井开拓图
2瓦斯基本参数测试
煤层瓦斯基本参数是矿井通风设计、瓦斯抽放设计、瓦斯防治的依据。
项目研究期间，研究人员对野川煤业有限公司3号煤层瓦斯基本参数进行了测试，测试参数包括：
原始煤层瓦斯含量、原始煤层瓦斯压力、瓦斯吸附常数、工业分析、孔隙率、煤的坚固性系数（f值）、瓦斯放散初速度（Δp）、煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数和百米钻孔瓦斯极限流量。
2.1煤层瓦斯含量测定
2.1.1测定方法
钻屑解吸法测定煤层瓦斯含量的原理是：
井下采集新鲜原始煤样，实测煤样瓦斯解吸量，根据煤样瓦斯解吸规律推算取样过程煤样的损失瓦斯量，然后在实验室测定煤样的残存瓦斯量，最后根据煤样的取样损失瓦斯量、井下瓦斯解吸量、残存瓦斯量和煤样重量计算煤层瓦斯含量。
钻屑解吸法井下测定煤层瓦斯含量的步骤如下：
（1）在新暴露的采掘工作面煤壁上，用风钻垂直煤壁打一个φ42mm的钻孔，当钻孔钻进大于15m时开始取样，并记录采样开始时间t1；
1——排水口2——量管3——弹簧夹4——底塞
5——排气管6——穿刺针头或阀门7——煤样罐8——吊环
图2-1瓦斯解吸速度测定仪示意图
（2）将采集的新鲜煤样装罐并记录煤样装罐后开始解吸测定的时间t2，用瓦斯解吸速度测定仪（图2-1）测定不同时间t下的煤样累计瓦斯解吸量V，一般测定2个小时，解吸测定停止后拧紧煤样罐以保证不漏气，送实验室测定煤样残存瓦斯量；
（3）损失量计算
损失瓦斯量选取
法，根据煤样开始暴露一段时间内
与
呈直线关系确定，即：
（2-1）
式中
——t时间内的累积瓦斯解吸量，cm3；
——暴露时间t0内的瓦斯损失量，cm3；
——待定常数。
设煤样解吸测定前的暴露时间为t0（t0=t2-t1），不同时间t下测得的V值所对应的解吸时间为t0+t；以
为横坐标，V为纵坐标绘图，由图判定呈线性关系的各测点，然后根据各测点的坐标值，按最小二乘法或做图法求出损失量，如图2-2所示。
图2-2煤屑解吸瓦斯速率V与解吸时间t的回归曲线
（4）将解吸测定后的煤样连同煤样罐送实验室测定其残存瓦斯量、水分、灰分等；
将井下自然解吸瓦斯量和两次脱气气体体积分别换算成标准状态下体积：
（2-2）
式中
——换算为标准状态下的气体体积，cm3；
——t时刻量管内气体体积读数，cm3；
——大气压力，KPa；
——量管内水温，℃；
——量管内水柱高度，mm；
——
时水的饱和蒸汽压，KPa。
（2-3）
式中
——换算为标准状态下的气体体积，cm3；
——实验室温度，℃；
——大气压力，KPa；
——气压计温度，℃。
——在室温
下饱和食盐水的饱和蒸汽压，KPa；
——在实验室
，大气压力
条件下量管内气体体积，cm3。
将各阶段含空气瓦斯体积按式（2-4）换算成无空气瓦斯体积：
（2-4）
式中
——扣除空气后标准状态下的各阶段瓦斯体积（i=1，2，3，4），cm3；
——扣除空气前标准状态下的各阶段瓦斯体积（i=1，2，3，4），cm3；
——
浓度，%。
将各阶段瓦斯体积按式（2-5）计算：
（2-5）
式中
——标准状态下的各阶段瓦斯体积（i=1，2，3，4），cm3；
——瓦斯成分中
的浓度，%。
（5）根据换算成标准状态下的煤样井下解吸瓦斯量、损失瓦斯量、残存瓦斯量（粉碎前瓦斯量和粉碎后瓦斯量）和煤的质量，可求出煤样的瓦斯含量。
X=（V1+V2+V3+V4）/m（2-6）
式中V1——井下解吸瓦斯量，cm3；
V2——损失瓦斯量，cm3；
V3——粉碎前瓦斯量，cm3；
V4——粉碎后瓦斯量，cm3；
m——煤样重量，g；
X——煤样瓦斯含量，cm3/g。
2.1.2测定结果
利用上述方法在野川煤业3号煤层运输大巷掘进头1100米处、回风大巷掘进头950米处、3104运输顺槽掘进头进行了实测工作，通过打钻、取样、井下解吸，实验室测定煤样残存瓦斯量、水分、灰分、挥发分、煤样重量、可燃质质量及瓦斯成分，最后计算整理，将所得煤层瓦斯含量测定结果列入表2-1。
表2-1野川煤业3号煤层瓦斯含量测定结果表
测定地点
孔深
（m）
可燃瓦斯含量（m3/t）
原煤瓦斯含量（m3/t）
损失量
解析量
残存量
野川煤业
运输大巷掘进头1100米处
1.85
2.64
2.97
18
8.23
7.46
回风大巷掘进头950米处
1.93
2.86
2.85
18
9.65
7.64
3104运输顺槽掘进头120m
2.01
2.49
3.08
18
8.10
7.58
表2-2野川煤业3号煤层瓦斯含量及气体组分测定结果表
取样地点
煤样中气体组分（%）
原煤瓦斯含量
（m3/t）
CH4
CO2
N2
C2-C8
野川煤业
运输大巷掘进头1100米处
82.08
1.18
16.01
0.73
7.46
回风大巷掘进头950米处
91.58
0.62
7.41
0.39
7.64
3104运输顺槽掘进头120m
89.44
0.85
4.71
5.00
7.58
表2-3野川煤业3号煤层瓦斯含量与埋深测定结果表
取样地点
地面标高
（m）
底板标高
（m）
埋深
（m）
原煤瓦斯含量
（m3/t）
野川煤业
运输大巷掘进头1100米处
989
750
239
7.46
回风大巷掘进头950米处
1009
745
264
7.64
3104运输顺槽掘进头120m
985
740
245
7.58
2.3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。
现根据井下实测瓦斯含量数据，来分析3号煤层瓦斯含量分布规律。
对表2-3中瓦斯含量数据进行分析，得到野川煤业3号煤层瓦斯含量具有随埋深的增加而变大的趋势，通过线性回归得出其分布规律如下：
⑴3号煤层瓦斯含量具有随埋深增加而加大的趋势（图2-3），两者之间遵循式（2-1）所示的统计关系（相关系数R=84.06%）：
W=0.0169H+3.4437…………………………………（2－1）
式中W----煤层瓦斯含量，m3/t；
H----煤层埋藏深度，m。
⑵现根据井下实测瓦斯气体组分（表2-2）来看，3号煤层甲烷组分在82.08—91.58%之间，均大于80%，3号煤层处在甲烷带；
⑶3号煤层瓦斯含量增长梯度为1.69m3/t/100m。
图2-33号煤层瓦斯含量与埋深关系散点图
图2-43号煤层埋深等值线图
2.4煤层瓦斯含量分布预测图
根据分析得到的瓦斯含量分布规律并结合该井田煤层埋藏深度，编绘了野川煤业3号煤层瓦斯含量分布预测图见图2-5。
图2-53号煤层瓦斯含量等值线图
2.2吸附常数测试
2.2.1测试方法
瓦斯吸附常数是衡量煤吸附瓦斯能力大小的指标，也是间接法测试煤层原始瓦斯含量必不可少的重要参数。
瓦斯吸附常数只能在实验室测试，测试步骤如下：
（1）从井下采集新鲜煤样，粉碎后取0.2～0.25mm粒度的试样300～400g装入密封罐中；
（2）在恒温60℃高真空（10-2～10-3mmHg）条件下脱气2天左右；
（3）在30℃恒温和0.1～5.0MPa压力条件下，进行不同瓦斯压力下的吸附平衡，并测试各种瓦斯平衡压力下的吸附瓦斯量；
（4）根据不同平衡瓦斯压力下的吸附瓦斯量（一般不少于6个点），按郎格缪尔方程W=abP/（1+bP）回归计算出煤对瓦斯吸附常数a和b值。
2.2.2测试结果
利用以上方法，对野川煤业3号煤层煤样进行了瓦斯吸附常数测定，测定结果见表2-2。
表2-23号煤层瓦斯吸附常数测定结果表
煤层
采样地点
吸附常数
工业分析
a
（m3/t）
b
（MPa-1）
灰分
（%）
水分
（%）
挥发分
（%）
3
运输大巷掘进头1100米处
38.80
1.101
10.51
0.82
10.60
2.3孔隙率测试
2.3.1测试方法
煤中瓦斯90%以上是以吸附状态赋存在煤层中的孔隙内表面上，孔隙体积的大小决定着煤吸附瓦斯能力的大小。
作为孔隙发育程度的衡量指标，孔隙率测定是在实验室进行的，它通过对现场采集的煤样测定煤的真假密度来计算，计算公式如下：
（2-7）
式中
——煤孔隙率，%；
——煤真密度，t/m3；
——煤视密度，t/m3。
2.3.2测试结果
采用上述方法，对野川煤业3号号煤层煤样进行煤层的孔隙率测试，测试结果见表2-3。
表2-33号煤层孔隙率测定结果
煤层
采样地点
视密度
（t/m3）
真密度
（t/m3）
孔隙率
（%）
3
运输大巷掘进头1100米处
1.41
1.48
4.73
2.4煤的坚固性系数测试
2.4.1测试方法
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，测试步骤如下：
（1）在揭煤点附近煤层厚度的上、中、下部各采集直径为100mm煤两块，
重量约1.5～2.0kg，用塑料袋密封，作好标记送实验室。
（2）将井下煤样用手工破碎成20～30mm粒度的煤样，分成50g一份，每5份为一组（250g），共需3组（750g）。
（3）将每份煤样放入捣碎筒内后，把2.4kg的重锤提高到600mm高度并使之自由落体，每份煤样落锤冲击3次。
（4
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