板石煤矿二采区19b煤层基础参数10.docx

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板石煤矿二采区19b煤层基础参数10

密级

项目编号

煤炭科学研究总院沈阳研究院

煤矿安全技术国家重点实验室

珲春矿业（集团）有限责任公司

板石煤业有限公司19b煤层瓦斯基础参数

测定报告

煤炭科学研究总院沈阳研究院

二一二年十月

报告名称：

板石煤业有限公司二采区19b煤层瓦斯基础参数测定

报告审核

王魁军院总工程师研究员

姜文忠分院副院长研究员

梁运涛院项目部主任研究员

课题组负责人

李铁良安全工程所所长高级工程师

报告撰写人

程元祥工程师

课题组工作人员

煤炭科学研究总院沈阳研究院

李铁良程元祥刘春刚单大阔李杰

珲春矿业（集团）有限责任公司

黄敬恩朴承浩刘春江冯守军任立君田野

前言

受珲春矿业（集团）有限责任公司的委托，煤炭科学研究总院沈阳研究院承担板石煤业有限公司19b煤层瓦斯基础参数测定工作，并签订技术咨询合同。

沈阳研究院研究人员于2012年9月开始进驻现场，在珲春矿业（集团）有限责任公司及板石煤业公司有关领导的协助下，完成现场瓦斯基础参数测定工作。

本项目历时1个多月，经过双方共同努力和密切协作，完成技术咨询合同规定的全部内容，现提交板石煤业有限责任公司19b煤层瓦斯基础参数测定报告。

在项目研究工作中，珲春矿业（集团）有限责任公司及板石煤业有限公司等有关部门领导对我们的工作给予了巨大支持，在此向各位领导表示衷心的感谢！

1井田概况-1-

1.1交通位置-1-

1.2地形地貌-1-

1.3气象及地震-2-

1.4地质构造-2-

1.5煤层-2-

1.6煤炭地质储量、矿井生产能力及服务年限-2-

1.7矿井开拓及采煤方式-6-

1.8矿井通风方式及瓦斯情况-8-

2煤层瓦斯基础参数测定-9-

2.1煤的瓦斯吸附常数测定与煤的工业分析-9-

2.2煤层瓦斯压力-11-

2.3煤层瓦斯含量-14-

3主要结论-21-

1井田概况

1.1交通位置

板石一井井田位于吉林省东部延边朝鲜族自治州珲春市境内，行政区隶属珲春市板石镇。

其地理座标为东经：

130°15′56″至130°20′42″，北纬42°45′55″至42°49′33″。

井田北距珲春市约12Km，距图门市约65Km，井田东部有珲春至敬信中俄边境国防公路，井田东北部边界有珲春到中俄边境长岭子口岸公路。

井田中部有板石至河口的砼公路。

珲春至图门的铁路于1996年6月份正式通车。

矿区铁路专用线与国铁图珲线的七户洞车站接轨，矿区专用线全长14.45Km，己建成通车，交通条件十分便利。

交通位置见图1-1。

本井田的交通十分便利，也为该井田开工建设创造了十分便利的运输条件，从大型设备到施工的设备、设施、原材料等进入现场，运输条件均已具备。

图1-1板石煤矿位置示意图

1.2地形地貌

本井田位于珲春盆地西南部边缘地带，井田南部边界为石炭二迭系及海西期花岗岩组成的低山，西与西北被图门江和珲春河围绕，区内大面积为冲积平原，地面标高为+30m～+50m。

本区制高点为南部小盘岭，海拔标高为+51.4m，最低点为西崴子一带，海拔标高为+20m。

井田内地表水系发育，河流、人工渠纵横交错。

井泉到处可见。

珲春河在井田西部边界通过，珲春河为一老年期河流，下游河道宽阔。

切割不深，河道部分地带淤塞，曲率系数1.5，洪水期河流易于改道。

平时流量80～20m3/s，洪水期猛涨图门江水倒灌。

据历史记载，50年内最大一次洪水淹没标高约35.2m。

1.3气象及地震

历年最低气温-31℃，最高气温34℃，历年平均气温5-6℃；历年最大降雨量842.6mm，最小为416.2mm；年最高蒸发量1535.4mm，最低为1100.1mm，冻结期为11月至翌年5月，冻结深度1.5m；主要风向为西风及北西风，一般5-6级。

本区地震活动强度较小，频率低的弱震区。

1.4地质构造

该井田位于珲春断陷地的西南端，地层走向大体是北东向展布，倾向北西，为一单斜构造。

地层倾角10°-15°，深部趋于平缓，本井地质构造属中等复杂型。

井田内断裂较发育，查明有26条断层，按走向可分为北北东和北东东两组，落差大于50m的有13条，30-50m的6条，小于30m的7条，均为高角度正断层。

主要断层特征见表1-1。

1.5煤层

本井田煤层赋存状态，为缓倾斜近距离薄及中厚煤层群，倾角为5°-15°，平均为8°左右。

煤系地层含煤4-110层，但主要计量煤层均集中于下含煤段（Eh²），可采煤层11层，煤层总厚度14.34m，平均厚度6.97m，单层厚度0.8-3.98m，平均厚度1.34m，工业储量含煤系数为6.06%。

从可采煤层发育情况分析，由南向北变薄，上部煤层比下煤层相对稳定，各煤层可采范围，由下至上逐渐增大，结构亦相对简单，灰份是上部煤层比下部煤层低。

19-23号煤层对比可靠性较高，尤其19、19b、20、20a、21号煤层对比更为可靠，煤层间距一般在7-25m。

可采煤层特征见表1-2，煤质特征见表1-3。

煤层顶底板为泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩及砂岩，厚度0.5-3.0m。

1.6煤炭地质储量、矿井生产能力及服务年限

计算储量的煤层最小可采厚度和最高灰份是依据板石Ⅰ区勘探（精查）报告中所确定的数据为准。

平衡表最低可采厚度为0.8m，最高灰分为40%。

板石Ⅰ区工业储量111b+122b（A+B+C）为105056.95kt，其中:

111b级储量为35733.6kt，占工业储量的34%。

可采储量52712.99kt。

矿井资源/储量汇总表，见表1-4。

表1-1主要断层特征表

断层

名称

性质

走向

倾向

倾角（度）

落差（m）

延伸长度

（km）

备注

正

NE40°

63°-72°

53-156

5.2

可靠

正

NE65°

67°-72°

150-170

5.0

可靠

正

NE70°

67°-73°

40-110

3.7

可靠

正

NE57°

68˚-72°

40-80

2.2

可靠

正

NE45°

69°

60-78

1.15

可靠

正

NE77°

70°

46-80

3.3

可靠

正

NE80°

70°

0.8

可靠

正

NE89°

70°

18-58

2.4

可靠

正

NE43°

68°

33-54

4.1

可靠

F10

正

NE55°

70°

0.85

可靠

F11

正

NE84°

70°

2.8

可靠

F12

正

NE65°

70°

40-115

5.0

可靠

F13

正

NE65°

70°

28-120

4.0

可靠

F14

正

NE40°

70°

18-20

1.8

可靠

F15

正

NE60°

70°

1.5

地层断缺

F16

正

NE45°

70°

2.8

可靠

F17

正

NE34°

68°

孔内断缺

F18

正

0.97

可靠

F19

正

NE45°

70°

1.5

可靠

F20

正

NE40°

70°

1.7

较可靠

F21

正

NE55°

70°

20-84

1.0

可靠

F22

正

NE70°

70°

12-28

走向不清

F23

正

71°

1.0

无控制点

F24

正

NE70°

68°

1.27

较可靠

F25

正

NW°

68°

0.8

无控制点

F26

正

NE80°

70°

0.65

可靠

表1-2可采煤层特征表

煤组

煤层

煤层厚度（m）

煤层间距（m）

煤层结构

顶底板岩性

稳定性

倾角（°）

视密度（t/m3）

最小

最大

平均

最小

最大

平均

夹石层数

夹石厚度（m）

顶板

底板

0.8

1.87

1.37

2.4

7.5

0~3

0.03

泥岩、粉砂岩

较稳定

4～15

1.31

19a

0.8

1.75

1.09

0~2

0.35

泥岩、泥质粉砂岩

较稳定

4～14

1.31

13.6

0.8

3.72

1.51

0~4

0.78

泥岩、泥质粉砂岩

较稳定

5～15

1.3

2.2

14.2

6.86

20a

0.8

1.55

1.02

0~2

0.5

泥岩、泥质粉砂岩

较稳定

5～15

1.31

0.8

1.87

1.15

0~2

0.33

泥岩、泥质粉砂岩

较稳定

4～15

1.33

0.8

2.3

1.34

0~3

0.27

泥岩、凝灰质砂岩

较稳定

4～15

1.36

1.2

22a

0.8

2.64

1.25

0~2

0.25

泥岩、粉砂岩

不稳定

5～16

1.36

4.5

0.8

2.7

1.51

0~4

0.4

泥岩、粉砂岩

较稳定

5～16

1.35

23a

0.8

3.98

1.45

0~4

0.46

泥岩、粉砂岩

较稳定

5～23

1.34

0.8

2.85

1.62

0~4

0.61

泥岩、粗砂岩

泥岩、含砾粗砂岩

不稳定

4～15

1.36

0.8

1.75

1.17

0~3

0.43

泥岩、粗砂岩

泥岩、含砾粗砂岩

不稳定

5～17

1.38

表1-3煤质特征表

序号

煤层

煤的牌号

水分（Mad％）

灰分（Ad％）

挥发分（Vdaf％）

全硫分（st.d％）

磷分（Pd％）

发热量（Qb.daf）MJ/kg

粘结指数（GR，I）

胶质残指数Y（mm）

灰熔点ST（℃）

6.47

18.78

47.25

0.66

0.0728

24.73

1397

19b

5.89

18.31

47.35

0.62

0.0339

24.64

1420

5.57

17.08

47.26

0.65

0.0184

25.40

1368

20a

6.48

18.19

46.91

0.75

0.0376

25.73

5.59

21.66

45.17

0.58

0.0038

24.62

5.34

26.18

46.06

0.37

0.0208

22.69

1435

22a

6.31

25.64

46.44

0.4

0.035

22.58

1400

5.32

24.68

45.72

0.35

0.0325

23.02

1417

23a

5.36

22.74

46.57

0.38

0.0186

23.78

1420

4.67

25.34

46.41

0.34

0.0255

23.03

4.61

29.02

46.91

0.31

0.0146

21.62

1420

平均

5.60

22.53

46.55

0.49

0.0285

23.86

1410

表1-4矿井资源/储量汇总表

单位：

序号

煤层

地质资源量

合计

111b

122b

小计

333

5003.74

6705.56

11709.30

19b

3515.84

4222.91

7738.75

415.91

8154.66

14296.28

10166.48

24462.76

1238.07

25700.83

20a

574.16

5086.09

5660.25

1759.19

7419.44

1077.10

2888.26

3965.36

1331.60

5296.96

3214.63

6189.71

9404.34

22a

419.23

5158.73

5577.96

3408.08

13164.51

16572.59

23a

2738.15

5548.10

8286.25

1486.40

8069.99

9556.39

2122.95

合计

35733.61

69323.29

105056.90

4744.77

109801.67

本井田工业储量105056，95KT，可采储量52712，99KT。

该矿井设计生产能力为0.9Mt/a。

服务年限为40.3a。

1.7矿井开拓及采煤方式

1.7.1矿井开拓方式及采煤方式

该矿井为三条斜井开拓，-480M单一固定水平上下山开采的开拓方式。

根据煤层赋存条件和矿务局生产实际情况，确定采煤方法为走向长壁全部陷落法。

初期首采区选用两套综合采煤机设备，采煤工作面支护使用掩护式自移支架，自然冒落管理顶板。

初期开采19号煤层，煤层倾角11°，19号煤层薄，但是煤层赋存稳定。

首采区采用走向长壁全部陷落法，中后期根据深部煤层逐渐变缓，倾角约5-8°时，应积极推广倾斜长壁陷落采煤法。

1.7.2采区划分及开采顺序

井田可采范围约18km²，走向长6km，倾斜宽3km，开采上限-200m，开采下限-700m。

井田地表低洼，有部分煤层位于河床下，约占工业储量的30%。

考虑地表防排洪，同时考虑首采区选在地质（构造简单、煤层厚度稳定、顶底板条件好）和水文地质条件好、煤层储量丰富、勘探程度高、地面无建筑物、基建工程量少和贯通连锁工程短，便于迅速达产和增产的块段。

井田开采顺序由井田南部珲春河下游向井田北部珲春河上游逐渐发展，根据煤层赋存情况及地质构造特征划分首采、北一、北二、北三、南一五个采区。

首采区位于13勘探线与南部煤层自然可采边界之间，东以F6号断层为界，西北以南翼采区-600m运输巷为界。

首采区范围内无较大断层，煤层赋存稳定，勘探程度高，储量丰富，可采储量为14033.55kt，可采年限为11.2年。

采区走向平均约2.4km，倾斜平均约1.6km。

北一采区北以F11号断层为界，西以F16号断层为界，东以水渠、村庄及F14号断层为界，南以新农村煤柱为界。

走向长平均约1.5km，倾斜宽平均约1.6km。

采区内构造简单，仅有一条F15号断层，煤层赋存稳定，勘探程度高，储量丰富，可采储量为15429.39kt可采年限12.2年。

北二采区位于F11号断层以北至珲春河河北防洪堤煤柱，约50%为河下开采，区内被F12和F20两条较大断层分割为三大块，该采区地质条件相对复杂。

储量为6160.56kt，可采年限为4.9年也是35年以后投产的最后一个采区。

北三采区北以F11号断层为界，西以F12号断层为界，东以F16号断层为界，南以7勘探线为界，本采区范围内较小断层有6条，地质构造较复杂。

可采储量为10268.96kt，可采年限9.8年，采区走向2.1km，倾斜0.9km。

预计25年以后投产的采区。

南一采区北以7勘探线为界，西以珲春河北防洪堤煤柱为界，南至井田境界，东以404-704钻孔连线为界。

采区内地质构造简单，煤层赋存稳定，可采储量为4698.99kt，可采年限3.7年，走向1.1km，倾斜1.0km。

为10年以后投产的采区。

采区尺寸的确定，主要根据较大地质构造自然分割形成的块段进行划分，同时考虑适合综采和普采的要求，为此确定采区合理的走向长度约1500m左右，倾斜长度约1200m左右。

1.8矿井通风方式及瓦斯情况

区内各可采煤层平均甲烷含量2.59（毫升/克可燃质），21号煤层含量最小为1.69（毫升/克可燃质），22号煤层含量最大为4.11（毫升/克可燃质）。

邻近生产矿井城西及板石小井群为低瓦斯矿井，并对珲春所有生产矿井进行调查了解，均属于低瓦斯矿井。

根据精查地质报告提供煤层瓦斯含量资料，属低瓦斯矿井。

煤尘有爆炸危险性。

19b、20号煤层不易自燃，其它煤层属于易自燃。

该井初期通风方式为中央并列式，副斜井入风，（胶带机斜井少量入风，但必需按规程要求的风速配风）、回风斜井排风，中后期采用对角式通风，在井田边界单设风井，兼安全出口。

新鲜风流由地面经副斜井入井，经车场运输石门再经运输顺槽进入回采工作面，乏风沿回风顺槽至材料车场经回风斜井排出矿井。

2煤层瓦斯基础参数测定

本次在板石煤矿二采区19b测定煤层瓦斯基础参数主要包括：

煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量、煤的瓦斯吸附常数a和b值与工业分析等。

这些参数分别在现场实测或在沈阳研究院科研中心安全基础研究实验室测定。

2.1煤的瓦斯吸附常数测定与煤的工业分析

煤中的瓦斯是以游离和吸附两种状态存在的，煤的瓦斯吸附常数是衡量煤吸附瓦斯能力大小的标志，是计算煤层瓦斯含量的重要指标之一。

煤样的工业分析值也是计算煤层瓦斯含量的重要参数。

目前，煤的瓦斯吸附常数与工业分析只能在实验室利用特殊的实验设备进行测定。

2.1.1煤的瓦斯吸附常数与工业分析测定方法

煤的瓦斯吸附常数依据原煤炭工业部标准《煤的甲烷吸附量测定方法（高压容量法）》（MT/T752-1997（2005））进行测定，煤的工业分析依据中华人民共和国国家标准《煤的工业分析方法》（GB/T212-2008）进行测定。

现将煤的瓦斯吸附常数与工业分析测定方法简述如下：

⑴在板石煤矿二采区119b03下顺和119b06上顺采集19b煤层的新鲜煤样，送实验室粉碎，取0.2～0.25mm粒度的试样装入密封罐中；

⑵在恒温60℃高真空（10-2～10-3mmHg）条件下脱气2～3天；

⑶在30℃恒温和0～6.0MPa之间的压力条件下，进行不同瓦斯压力下的吸附平衡，并测定各平衡压力下的吸附瓦斯量；

⑷根据不同平衡压力下的吸附瓦斯量（一般不少于7个点），按郎格缪尔方程

回归计算出煤的瓦斯吸附常数a和b值；

⑸称取粒度为0.2mm以下的分析煤样1±0.1g于105～110℃的干燥箱内干燥到恒重，其所失去的重量占煤样原重量的百分数作为水份；

⑹称取粒度为0.2mm以下的分析煤样1±0.1g，放入箱形电炉内灰化，然后在815±10℃的温度条件下灼烧到恒重，并冷却至室温后称重，以残留物重量占煤样原重量的百分数作为灰份；

⑺称取粒度为0.2mm以下的分析煤样1±0.1g，放入带盖的瓷坩锅中，在900±10℃的温度条件下，隔绝空气加热7分钟，以所失去的重量占煤样原重量的百分数减去该煤样的水份作为挥发份。

2.1.2煤样吸附瓦斯试验与工业分析结果

煤样吸附瓦斯实验与工业分析测定结果见表2-1与图2-1、2。

表2-1煤样吸附瓦斯试验与工业分析结果

序号

采样地点

吸附常数

灰份

Aad

（%）

水份

Mad

（%）

挥发份

ｖr

（%）

真密度（t/m3）

视密度（t/m3）

孔隙体积（m3/m3）

a（ml/g·r）

b（MPa-1）

119b03下顺

19.309

0.528

15.17

4.95

48.94

1.43

1.32

0.058

119b06上顺

20.822

0.467

9.14

5.33

47.97

1.37

1.31

0.033

平均

20.0655

0.4975

12.155

5.14

48.455

1.4

1.315

0.0455

图2-119b煤层1号煤样吸附等温线图

图2-219b煤层2号煤样吸附等温线图

2.2煤层瓦斯压力

煤层瓦斯压力是指煤孔隙中所含游离瓦斯的气体压力，即气体作用于孔隙壁的压力。

它是煤层瓦斯流动和涌出的基本参数，亦是煤层瓦斯流动的动力。

它不仅决定着煤层瓦斯含量与涌出量的大小，而且对于合理地进行通风设计起着重要的作用。

因此，准确测定煤层瓦斯压力是十分必要的。

本次在板石煤矿二采区进行19b煤层瓦斯压力测定是按照安全生产行业标准AQ1047-2007《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》的规定进行，采用注浆封孔测压法，封孔材料采用水泥浆。

2.2.1测压地点选择

根据《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》（AQ/T1047-2007），测定地点的选择原则如下：

①测定地点应优先选择在石门或岩巷中，选择岩性致密的地点，且无裂隙等地质构造处布置测点，其瓦斯赋存状况要具有代表性；

②测压钻孔应避开含水层、溶洞，并保证测压钻孔与其距离不小于50m；

③对于测定煤层原始瓦斯压力的测压钻孔应避开采动、瓦斯抽采及其他工艺、工程施工造成的卸压影响范围，并保证测压钻孔与其距离不小于50m；

④对于需要测定煤层残存瓦斯压力的测压钻孔则根据测压目的的需要进行测压地点的选择；

⑤选择测压地点应保证测压钻孔有足够的封孔深度（穿层测压钻孔的见煤点或顺层测压钻孔的测压气室应位于巷道卸压圈之外），采用注浆封孔的上向测压钻孔倾角应不小于5°；

⑥瓦斯压力测定地点选择在进风系统，行人少且便于安设保护栅栏的地方。

根据上述原则，结合矿井实际开采、生产情况和井现有巷道布置及揭露煤层情况，综合分析了岩层裂隙发育、煤层揭露时间、巷道断面大小及煤矿现有打钻和封孔设备情况确定。

具体地点：

见图2-3和表2-2。

表2-2煤层瓦斯测压点位置

钻孔编号

钻孔点位置

观测煤层

东翼皮带巷165m

19b层煤

东翼皮带巷180m

图2-319b煤层瓦斯压力观测点位置图

2.2.2测定方法

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