煤矿瓦斯基本参数测定报告.docx

1、煤矿瓦斯基本参数测定报告 分类号 密级 U D C 编号研 究 报 告项目名称：矿业有限公司煤矿6煤层瓦斯基本参数测定完成单位：煤炭科学研究总院研究院矿业有限公司报告编写： 报告审核： 1 前 言 12 矿井基本情况 12.1 矿井概况 12.2 矿井地层与煤层 32.2.1地层及主要地质构造 32.2.2 煤层赋存情况 32.3 矿井开拓与开采情况 32.4 矿井通风与瓦斯 42.4.1矿井通风方式 42.4.2矿井瓦斯情况 53 煤层瓦斯基本参数测定 53.1 项目技术方案 53.2 煤层瓦斯压力 63.2.1 测定方法 63.2.2 测压钻孔的布置 83.2.3 瓦斯压力测定结果 103

2、.2.4 煤层瓦斯压力 113.3 实验室煤样瓦斯参数测定 113.3.1 煤样测试内容 113.3.2 测试方法 113.3.3 测试结果 123.4 煤层瓦斯含量 133.5 钻孔瓦斯涌出测定 143.5.1 百米煤孔初始瓦斯流量及衰减系数 143.5.2 煤层透气性系数 153.6 煤层瓦斯基本参数测定结果分析 183.6.1 测定方法评价 183.6.2 测定结果评价 204 煤层可抽性评价 204.1根据煤层透气性系数评价 214.2根据钻孔瓦斯流量衰减系数评价 214.3煤层可抽性综合评价 215 测定结果及建议 225.1 煤层瓦斯基本参数测定结果 225.2建议 23附图：钻孔

3、瓦斯压力上升曲线 25附图：钻孔瓦斯流量变化曲线 26附录1：煤样吸附瓦斯常数实验室报告单 27附录2：煤样瓦斯放散初速度、煤样坚固性系数实验室报告单 29 1 前 言省煤业集团有限公司矿业有限公司煤矿为煤与瓦斯突出矿井。瓦斯事故是矿井的重大灾害和安全隐患之一，为了在瓦斯综合防治中避免盲目性，做到有效、可靠和有预见性，需要对煤层的瓦斯基本情况有一个准确的把握。煤层瓦斯参数测定是掌握煤层瓦斯基本情况的基本途径，通过瓦斯参数测定，可以确定煤层的瓦斯压力、瓦斯含量、煤的相关物理性质以及煤吸附瓦斯的一些特性，从而为煤层的瓦斯综合治理以及为瓦斯抽采和综合利用提供依据和基础。为此，省煤业集团有限公司委托煤

4、炭科学研究总院研究院对该矿6煤层瓦斯基本参数进行测定。根据省煤业集团有限公司洪山殿矿业公司、矿业公司煤层瓦斯基本参数测定的项目合同，煤炭科学研究总院研究院对煤矿6煤层瓦斯基本参数测定工作内容制定了详细的实施方案，通过省煤业集团有限公司、白沙管理局、矿业有限公司、煤矿和煤炭科学研究总院研究院的共同努力、密切协作，目前项目研究工作已全部结束，圆满完成了合同规定的研究内容。2 矿井基本情况2.1 矿井概况煤矿隶属于省煤业集团有限公司矿业有限公司，属国有煤矿。矿井位于省城阳市东南10km处的泗门洲镇境内，属于白沙向斜南段西翼。井田北隔城河与白山坪矿井相邻，南以枫树下断层（F1）为界与里王庙矿井接壤，西

5、起6煤露头，东至6煤-400m底板等高线。南北走向长5km，东西倾向宽0.8km，面积4km2。有铁路、公路、水路从矿区及其附近通过，交通方便。京广铁路从矿区西侧通过，在城阳火车站以南2.5km的浪石坪站接轨处，建有白沙矿区专用运煤城新支线，该支线经过本井田设有工农站，距浪石坪10km。107国道紧邻京广铁路，且与之并行。矿区公路北通城阳，西到小水铺均与107国道相连，东至泗门洲水运码头。城水穿越井田东北端，水深一般13m，常年可通航1020t的机动船。煤矿交通位置见图2.1-1所示。图2.1-1 交通位置图煤矿于1967年8月兴建，1970年12月正式投产，矿井原名为煤矿工区，2000年更名

6、为矿业有限公司煤矿至今。设计生产能力为210kt/a，2005年核定生产能力为150kt/a。 截止2006年底，煤矿保有资源储量6401kt，累计可采储量4120kt，尚有服务年限21年。2.2 矿井地层与煤层2.2.1地层及主要地质构造 地层：井田内出露的地层，由新到老有：第四系、白垩系、三迭系下统大冶群，二迭系上统大隆组、龙潭组。 构造：构造地质复杂程度为中等构造，呈单斜构造，煤层倾角为3033。小断层和褶曲较发育，但对开采影响不大。2.2.2 煤层赋存情况矿井井田含煤地层为二迭系龙潭组上段，共含煤7层，其中6煤为主采煤层，5煤层局部可采，其它煤层均不可采。主采6煤层厚度036.4m，平

7、均3.13m,可采指数81.2%，变异系数150.1%，煤层结构简单，属较稳定的中厚煤层。6煤层属中灰、低硫、高发热量的无烟煤，煤尘无爆炸危险性，属不易自燃煤层。2.3 矿井开拓与开采情况矿井采用反倾斜多水平开拓方式，设有一个主斜井，两个风井。主斜井口标高为+95.5m、落底标高为-250m、坡度为27；南风井口标高为+129.1m、落底标高为+31.1m、坡度为32； 北风井口标高为+95.5m、落底标高为+34.4m、坡度为27。矿井设计为-100、-250、-400m三个水平，-100m水平已于1994年全部收尾，现有生产水平为第二水平的-250m水平，-400m水平正在延深。生产水平分

8、南、北两翼布置采区；往北已布置了226采区至今未开采；南翼每隔300m已依次布置了216、236、256、276采区，-250m布置一条底板运输巷，利用第一水平-100m的底板运输巷、116轨道上山+30底板巷、176、196溜煤上山和0底板回风巷作为回风巷道。各采区在煤层底板均布置一条轨道上山和一条溜煤上山；每个采区划分为-130、-170、-210、-250m四个区段；在回采时，作业区段以上的溜煤上山则改为回风上山，其中256采区布置两组轨道上山，276采区布置三组轨道上山。第二水平的256、236、216采区已全部进行封闭。现生产采区为276采区（三组轨道上山），工作面为2763-2（5

9、）采煤工作面，采用走向长壁倾斜分层后退式采煤方法，炮采工艺，顶板采用全部垮落法管理顶板。2.4 矿井通风与瓦斯2.4.1矿井通风方式煤矿通风方式为两翼对角式，通风方法为机械抽出式，由主斜井作为进风井，南翼风井、北翼风井作为回风井。南、北翼风井主、备扇风机型号均为4-72-1120B型，配套电机型号为JS116-8型，额定功率为70kw，矿井总进风2420m3/min，南翼风机现排风量1345 m3/min，负压1030Pa，北翼风机现排风量1236m3/min，负压932Pa。矿井总排风量为2581m3/min，有效风量为2345m3/min，等积孔为1.65m2。2.4.2矿井瓦斯情况该矿瓦

10、斯鉴定等级为煤与瓦斯突出矿井，主采煤层6煤层有煤与瓦斯突出危险。根据2007年矿井瓦斯等级鉴定报告，煤矿瓦斯绝对涌出量为6.43m3/min，瓦斯相对涌出量为22.54 m3/t；二氧化碳绝对涌出量为2.29m3/min，二氧化碳相对涌出量为10.2 m3/t。矿井近五年瓦斯涌出与原煤产量情况见表2.4-1。表2.4-1 矿井瓦斯涌出与原煤产量统计表年 度20032004200520062007绝对量（m3 /min）7.597.418.899.346.43相对量（m 3/t）35.6527.632.4930.4522.54矿井产量（kt/a）1291321563 煤层瓦斯基本参数测定3.1

11、项目技术方案根据煤矿安全规程和国家安全生产行业标准AQ/1407-2007煤矿井下瓦斯压力的直接测定方法的有关规定，结合煤矿开拓部署情况，经与矿业有限公司及矿井相关管理人员研究，根据合同要求及矿井采掘部署情况，分别在-250三轨南绕道和-400南大巷设计2个钻场4个测压钻孔现场实测6煤层的原始瓦斯压力、钻孔瓦斯自然涌出量；在实验室对煤样进行煤的工业分析，测定瓦斯吸附常数、真、视密度、孔隙率、瓦斯放散初速度和煤的坚固性系数等参数；在现场及实验室测定的基础上，通过分析、计算确定煤层的瓦斯含量、煤层透气性系数及钻孔瓦斯涌出衰减系数。3.2 煤层瓦斯压力瓦斯压力是标志煤层赋存状态的一个重要参数。在研究

12、矿井瓦斯涌出、瓦斯抽放时，它是一个关键性的基础参数。瓦斯以游离和吸附状态赋存于煤的微孔隙和裂隙中。瓦斯压力越大，煤层瓦斯含量越大。瓦斯压力与埋藏深度和局部构造应力等因素有关，与成煤年代、煤的变质程度无关；浅部瓦斯压力较小，随着开采深度的增加，瓦斯压力一般近似线性增加。在地质构造带，强大的构造应力作用可使煤体中的孔隙和裂隙变小，甚至闭合，瓦斯流通性大大减弱，瓦斯占据孔隙减小，出现局部瓦斯压力增高带；在一些开放性构造带，瓦斯运移有使瓦斯压力减小。因而，瓦斯压力在煤层中将呈现与采深的线性相关性和局部的非均匀性。3.2.1 测定方法根据矿业有限公司煤矿的实际情况，煤层瓦斯压力采用井下直接测定原始煤层瓦

13、斯压力的测定方法。直接测定煤层原始瓦斯压力按国家安全生产行业标准AQ/1407-2007煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法的规定进行。采用注浆泵封孔，封孔材料采用425标号水泥及膨胀剂，被动式测压方法，如图3.2-1所示。测压装置包括测压管、管接头、注浆管、压力表等，注浆设备为注浆泵（扬程需要大于50m）。1注浆泵；2压力表；3球阀；4聚氨酯；5测压管；6煤层； 7水； 8水泥；9注浆管图3.2-1 注浆封孔测压示意图选择适宜地点布置测压钻孔。钻孔直径6080mm，钻孔长度2570m。钻孔施工好后，按如下步骤进行封孔、测压工作： 将测压管安装在钻孔中预定的封孔深度，在孔口用聚氨酯堵塞，并安装好

14、注浆管。 根据封孔深度确定水泥及膨胀剂的使用量， 按一定比例配制好封孔水泥浆，用注浆泵一次连续将封孔水泥浆注入钻孔内。 注浆24h凝固后，安装阀门及压力表。 观测、记录钻孔的压力值，直到观测值基本稳定。测压主要材料包括425标号水泥、膨胀剂、测压管以及注浆管、管接头、压力表等，注浆设备为专用注浆泵。3.2.2 测压钻孔的布置3.2.2.1 测压钻孔布置按照国家安全生产行业标准AQ/1407-2007中有关测压钻孔的要求，在具体选择测压孔位置时，应避开地质构造裂隙带、采动等影响范围，测压孔见煤点与地质构造裂隙带、采动影响范围至少要大于30m。根据煤矿实际生产和现有巷道布置条件，经与矿业有限公司和

15、矿方领导协商，测压钻场钻孔布置情况如下：在-250m三轨绕道布置1#钻场（1-1#钻孔、1-2#钻孔），在-400m南大巷布置2#钻场（2-1#钻孔、2-2#钻孔）。各钻孔布置如图3.2-2所示。图3.2-2 煤矿瓦斯基本参数测定钻孔布置图3.2.2.2 测压钻孔参数测压钻孔直径为65mm，测压钻孔施工参数见表3.2-1。表3.2-1 煤矿瓦斯压力测定钻孔参数表测压地点钻场孔号倾角（）见煤深度（m）煤孔长度（m）孔深（m）钻孔直径（mm）备 注-250m三轨绕道1#钻场13162.012.575.06523463.04.669.065-400m南大巷2#钻场12944.51.146.36522

16、839.51.541.8653.2.2.3 封孔封孔质量是确保钻孔准确测定煤层瓦斯参数的重要因素。为了提高封孔质量，本次测定采用专用注浆泵进行注浆封孔，且钻孔注浆长度严格按有关规定，避开了煤层采动影响范围和地质构造带。测压管为直径22mm的钢管连接而成，前端的第一根钢管为筛孔管，将测压管安装在钻孔中预定的封孔深度，孔口用聚氨酯堵住固定测管，并安装好注浆管。为防止水泥浆凝固后因收缩产生裂隙，根据封孔深度，在水泥浆中加入一定比例的膨胀剂，在按一定比例配制好水泥浆后，用注浆泵一次性连续将水泥浆注入钻孔内，直至注到预定深度。在注浆24小时内，经检查密封效果达到要求后，安装压力表。3.2.3 瓦斯压力测

17、定结果各钻孔在封孔后，定期进行了瓦斯压力观测，直到压力稳定为止。各钻孔测得的煤层瓦斯压力（绝对压力，以下同）如表3.2-2所示。表3.2-2 煤矿瓦斯压力测定结果测压地点钻场孔号封孔长度（m）最高表压（MPa）水压（MPa）绝对瓦斯压力（MPa）见煤埋深（m）备 注-250m三轨绕道11402.650.42.35307.2232 1.530.21.43303.8-400m南大巷2128/465.6压力表损坏2282.4002.50468.6有少量滴水煤层瓦斯压力上升情况见附图钻孔瓦斯压力上升曲线。3.2.4 煤层瓦斯压力同一地点、相近标高以最高瓦斯压力作为该地点的瓦斯压力，6煤层测压点测定的瓦

18、斯压力如表3.2-3所示。表3.2-3 煤层瓦斯压力表煤层测压地点埋深（m）瓦斯压力（MPa）6煤层-250m三轨绕道307.22.356煤层-400m南大巷468.62.503.3 实验室煤样瓦斯参数测定3.3.1 煤样测试内容实验室煤样瓦斯参数测定包括煤的工业分析、瓦斯吸附常数、孔隙率、真（视）密度、瓦斯放散初速度、坚固性系数。3.3.2 测试方法根据实验室测定标准对煤样进行实验室分析测试。煤层瓦斯放散初速度指标（P）测定采用煤炭科学研究总院研究院生产的WFC-2瓦斯放散初速度自动测定仪测定。引用标准AQ/1024-2006瓦斯放散初速度指标（P）的测定方法。煤层吸附瓦斯a、b常数测定采用

19、煤炭科学研究总院研究院生产的HCA高压容量法瓦斯吸附装置。引用标准MT/T752-1997煤的甲烷吸附量测定方法。煤层硬度系数（f）测定采用落锤法测定。引用标准MT/T49煤的坚固性系数测定方法。煤层孔隙率（F）采用真视相对密度测定计算法。引用标准GB/T217-1996煤的真、相对密度测定方法和MT/T918-2002工业型煤视相对密度及孔隙率测定方法。煤的工业分析引用标准GB/T212-2001煤的工业分析方法。3.3.3 测试结果煤样测试结果见表3.3-1和表3.3-2，具体报告见附录1煤样吸附瓦斯常数实验室报告单和附录2煤样瓦斯放散初速度、煤样坚固性系数实验室报告单。表3.3-1 煤的

20、瓦斯吸附常数及工业分析等参数测定结果煤层采样地点工业分析（%）真密度TRD视密度 ARD孔隙率F(%)瓦斯吸附常数MadAdVdafab6煤层全层-250m水平南翼2767-41轨回风巷 0.6811.666.951.571.3911.4633.44311.55616煤层全层-170m水平南翼2763-13轨工作面0.847.655.931.531.3710.4633.56921.5416平 均0.769.6556.441.551.3810.9633.50621.5489注：吸附实验温度ts=30； 表3.3-2 煤层突出危险性单项指标统计表煤 层煤的破坏类型瓦斯放散初速度()坚固性系数()瓦

21、斯压力（）(MPa)6煤层240.261.432.503.4 煤层瓦斯含量煤层瓦斯含量是指单位质量或单位体积的煤在自然状态下所含游离和吸附瓦斯的总和。采用间接法测定，即在现场测定煤层瓦斯压力基础上，取煤样在实验室作吸附实验，应用朗格缪尔公式进行计算含量。式中 x瓦斯含量，m3/t；a、b吸附常数；p 瓦斯压力，MPa；Mad水分，%；Ad灰分，%；F孔隙率，%；ARD视密度，t/m3。根据表3.3-1煤的工业分析及瓦斯吸附常数等参数，计算得6煤层在-206.2m 和-379.8m标高下的瓦斯含量（原煤）如表3.4-1所示。表3.4-1 煤层瓦斯含量表煤层测压地点埋深（m）瓦斯含量（m3/t）6

22、煤层-250m三轨绕道307.219.346煤层-400m南大巷468.321.293.5 钻孔瓦斯涌出测定煤层钻孔瓦斯涌出测定的内容包括百米钻孔瓦斯涌出量、钻孔瓦斯涌出衰减系数等。其测定方法为：利用煤层的瓦斯压力测定钻孔，在测压完毕后卸下压力表，接上流量计测定钻孔的自然瓦斯流量及其随时间的变化，根据测定结果的最大瓦斯流量和钻孔的煤孔长度计算百米钻孔瓦斯涌出量，再根据瓦斯流量的变化计算钻孔的瓦斯涌出衰减系数。3.5.1 百米煤孔初始瓦斯流量及衰减系数在测压结束后卸下压力表，接上流量计测定钻孔的自然瓦斯流量及其随时间的变化，根据测定结果的最大瓦斯流量和钻孔见煤长度，计算百米钻孔瓦斯流量，根据瓦斯

23、流量随时间的变化计算瓦斯流量衰减系数。钻孔瓦斯流量衰减系数可作为评估开采煤层预抽瓦斯难易程度的一个指标。测定和计算钻孔瓦斯流量衰减系数的具体方法是，在测压结束后卸下压力表，先测初始流量q0，经过时间t后，再测其瓦斯流量qt，然后按下式计算： qt=q0e-t式中：q0钻孔初始瓦斯流量，m3/min； 钻孔瓦斯流量衰减系数，d-1； t时间，d； qt 经过t时间后的钻孔瓦斯流量，m3/min。钻孔瓦斯流量变化情况见附图钻孔瓦斯流量变化曲线。通过测定和计算，煤矿6煤层的百米煤孔瓦斯流量和衰减系数见表3.5-2。3.5.2 煤层透气性系数煤是一种多孔裂隙介质，在一定的压力梯度下，气体或液体可以在煤

24、体内流动。煤的渗透率与流过的流体性质无关，只与煤结构的渗透性能有关。瓦斯在煤中的流动状态取决于孔隙结构，直径10-510-4cm的中孔构成了瓦斯缓慢流动的层流渗透区；直径10-410-2cm的大孔隙构成了速度较快的层流渗透区；直径0.01cm以至更大的肉眼可见的孔隙和裂隙构成层流及紊流的混合渗透区，这部分孔隙构成了渗透容积，它们在煤中的总孔隙比重愈大，其渗透性愈好。煤层的透气性是指瓦斯沿煤体流动的难易程度。在实际条件下，由于煤对瓦斯有吸附能力，瓦斯在煤中的流动与粘性流动有一定差别，在透气性计算中要引入吸附瓦斯的影响，视为不稳定径向流动。本次测定采用中国矿院直接测定煤层透气性系数法，其计算基础为

25、径向不稳定流动。在煤层的瓦斯压力测定完毕后，卸掉压力表，测定钻孔瓦斯自然涌出量。根据煤层径向流动理论结合瓦斯的原始瓦斯压力、瓦斯含量计算其透气性系数。计算式如下：Aqr/(P2-P02) B4P1.5T/（r2） F=B， Y=A/ F 10-21 A1.61B1/1.64110 A1.39B1/2.5610102 1.11A1.25B1/4102103 1.83A1.14B1/7.3103105 2.1A1.11B1/9 105107 3.14A1.07B1/14.4式中 P测压钻孔绝对瓦斯压力，MPa；P0测流量时钻孔内绝对瓦斯压力，通常取0.1MPa；q在排放时间T内钻孔煤层单位暴露面积

26、上的瓦斯流量，m3/m2d，q=Q/(2r1L)；QT时刻的瓦斯流量，m3/d；L钻孔见煤长度，m，通常可取煤层厚度；r钻孔半径，m；T从开始排放瓦斯到测瓦斯流量q时的时间间隔，d；瓦斯含量系数，m3/m3MPa1/2；透气性系数，m2/ (MPa2d)。计算过程为，先计算A、B，然后任选一个F值，根据其相应的公式计算，最后根据、B计算F，若F值在原定范围内，则即是煤层的透气性系数，否则重新进行计算。当6煤层测压钻孔的压力稳定后，我们取下压力表，进行了钻孔自然瓦斯涌出量的测定，透气性系数测定原始数据见表3.5-1所示，计算得6煤层的透气性系数见表3.5-2所示。表3.5-1 透气性系数测定原始

27、数据测定地点钻孔煤层原始瓦斯压力P0（MPa）排放孔口压力P1(MPa )时间t（d）时间t时刻流量q（m3/d）煤孔长L(m)-250m三轨绕道1-1#2.350.131.4412.51-2#1.430.131.2964.6-400m南大巷2-2#2.50.120.721.5表3.5-2 6煤层百米煤孔瓦斯流量、衰减和透气性系数测定地点钻孔钻孔瓦斯初始流量q0（l/min）百米煤孔瓦斯流量（m3/minhm）衰减系数（d-1）透气性系数（m2/MPa2d）-250m三轨绕道1-1#6.00.0480.69170.0058981-2#0.90.00720.31580.0489-400m南大巷2

28、-2#0.70.00560.32820.027359平 均0.02030.44520.0273563.6 煤层瓦斯基本参数测定结果分析3.6.1 测定方法评价（1）瓦斯压力测定方法本次测定的6煤层原始瓦斯压力，符合国家生产安全行业标准AQ/1407-2007的有关规定。本标准6.2.2条规定：通过松软岩层及煤巷中测定煤层原始瓦斯压力时，若钻孔深度大于15m，应采用注浆封孔测压法。本标准6.4.3条规定：封孔深度应超过钻孔施工地点巷道的影响范围，并满足下列要求黄泥、水泥封孔测压法的封孔深度不小于5m；注水泥浆封孔测压法的封孔深度不小于12m。6.1.4条规定：测定煤层原始瓦斯压力的见煤点应避开地

29、质构造裂隙带、巷道、采动、抽放等的影响范围。7.4.3条规定：同一地点以最高瓦斯压力作为测定结果。（2）瓦斯含量测定方法瓦斯含量的测定方法有3种：间接测定法，即采用现场直接测出煤层瓦斯压力，并取煤样进行吸附、工业分析等实验，然后由朗格缪尔公式进行计算。直接测定法，主要有气测井、密闭式与集气式岩芯实验分析方法，煤炭科学研究总院研究院EL.KD-02型瓦斯解吸仪井下直接测定法。解吸法，它是以测量煤中解吸的瓦斯数量和强度按经验公式（巴雷尔公式）进行推算。三种方法各有优缺点和一定的适用条件。本次煤矿瓦斯含量的测定是严格按照行业规定的间接测定法的，吸附实验采用容量法确定吸附常数a、b值。理论与实践表明，计算煤层瓦斯含量时应当考虑水分、灰分、温度、瓦斯压缩系数的影响，对于一般矿井，瓦斯压力、温度不高，其温度、瓦斯压缩系数的影响较小，可以不考虑；但对于深部开采