樂平礦務局北部礦區煤層瓦斯透氣性測定研究

童德華，江 輝

（樂平礦務局 沿溝煤礦，江西 樂平333304）

1 概述

樂平礦務局北部礦區的生產礦井有沿溝煤礦、涌山煤礦、仙槎煤業、東方紅煤礦，均為煤與瓦斯突出礦井。礦區開采急傾斜煤層群，煤層傾角為50°～75°，地質構造復雜，煤系地層厚約300～500m，含煤11層，為中近距離煤層群，煤層總厚度為20.86m。煤層較穩定，結構較復雜，含夾矸1～3層。其中一、二、三、四、五、六、七、八煤為可采煤層，主要開采煤層多為突出煤層。區內礦井的開拓方式多為斜井多水平分區式開拓，其中沿溝技改井為立井多水平分區工開拓，分3個水平開采，一水平（－120m）已結束，二水平（－270m）已基本結束，三水平（－475m）正在生產。

在北部礦區內煤層瓦斯含量平均為19.72m3／t，煤層瓦斯壓力為0.15～3.25MPa，煤層透氣性系數為0.000125～0.0062m2／atm2·d，礦區內開采煤層透氣性差，瓦斯壓力變化大，屬于瓦斯較難抽放煤層。煤層瓦斯含量由東往西（仙槎煤業→沿溝煤礦→涌山煤礦）逐漸增高，煤層瓦斯突出危險性、突出強度逐漸增大。瓦斯災害是樂平局安全生產的主要威脅。該局在開展瓦斯綜合防治工作中，與沈陽瓦斯研究院合作研究煤層瓦斯變化規律，以煤層瓦斯的透氣性為重點，預防瓦斯窒息、瓦斯爆炸、瓦斯突出等災害事故。為保證在三水平開拓、準備、回采巷道的設計、布置、掘進、施工的安全，有針對性地開展了煤層瓦斯參數（煤層透氣性系數、煤層瓦斯含量、煤層瓦斯壓力等）的測定工作。重點研究了煤層瓦斯的透氣性。

2 相關參數測定

2.1 煤層瓦斯含量

樂平局選在沿溝煤礦36－365二煤進行煤層瓦斯含量測定，實測過程采用直接測定法。測定工具使用沈陽研究院研制的解吸速度測定儀進行解吸，測定出約0.5～2h內解吸量q2，并找出解吸速度隨時間的衰減變化規律。最后將煤樣罐交實驗室測定出其殘存瓦斯量q3。

沿溝煤礦二煤層測定瓦斯含量2組（1＃孔、2＃孔），煤層瓦斯損失量的計算是將解吸量、損失量及殘存量等數據按經驗公式進行計算。因為二煤2＃孔孔在施工的過程中與石門中的一個小型垮冒區域貫穿，以致瓦斯逸散，導致測出的瓦斯含量與1＃孔有偏差，因此二煤的瓦斯含量以二煤1＃孔的為準。

2.2 煤層孔隙率

在沿溝煤礦二煤層中，瓦斯90%以上是以吸附狀態賦存在煤層中的孔隙內的表面上，煤層孔隙體積的大小決定著煤層吸附瓦斯能力的大小。此次煤層孔隙率的測定是在實驗室進行的，它通過對現場采集的煤樣測定煤的真假密度來計算煤層孔隙率，煤層孔隙率測定結果，見表1。

表1 煤樣孔隙率試驗結果

2.3 瓦斯衰減系數

鉆孔瓦斯流量衰減系數α的具體測定步驟為：

（1）在工作面選擇新鮮暴露煤壁，沿煤層打一個孔徑75mm，長30～40m的鉆孔，用Φ15mm鋼管和聚氨酯或水泥沙漿封孔，封孔長度2m，并記錄成孔和封孔時間。

（2）定期測量鉆孔自然瓦斯流量q，并記錄流量測定時的鉆孔自排瓦斯時間t。

（3）根據不同自排時間下的鉆孔自然瓦斯流量測定數組（ti，qi），用回歸分析求出q0和α，即為鉆孔自然排放瓦斯規律。

用以上方法，樂平局在沿溝礦36－365石門二煤附近施工一個鉆孔，測定二煤自然瓦斯涌出量，將測定數據按最小二乘法回歸求出衰減系數。

2.4 煤層透氣性系數

煤層透氣性系數是采用徑向流量法來確定的，其測定煤層透氣性系數時的主要步驟為：

（1）對煤層瓦斯含量系數進行測定。根據現場實測的煤層原始瓦斯含量和間接法反算出的煤層原始瓦斯壓力，用公式α＝X·γ／P0.5確定瓦斯含量系數；經計算，二煤層的瓦斯含量系數見表2。

表2 二煤瓦斯含量系數計算

（2）對煤層透氣性系數進行測定。首先垂直煤層打測壓鉆孔，密封鉆孔并測出煤層原始瓦斯壓力；當測壓鉆孔的瓦斯壓力穩定于最高值后，取下壓力表將鉆孔內壓力降至正常大氣壓力，使鉆孔自然排放瓦斯，并測定鉆孔瓦斯流量，而后代入相關公式計算煤層透氣性系數。

計算煤層透氣性系數時，可采用試算法，如果F0值在所選用公式的時間準數范圍內，λ值正確；如F0值不在所選用公式的時間準數范圍內，則需選用其他公式重新計算λ值，直到驗算的F0值在選用公式的時間準數范圍內為止。

通過對沿溝煤礦二煤層瓦斯壓力和流量的實測，計算出該礦煤層透氣性系數（見表3）。

表3 二煤層透氣性系數計算結果

根據鉆孔流量衰減系數、煤層透氣性系數，對照煤層瓦斯抽放難易程度表表4，可以判斷出煤層瓦斯抽放的難易程度。

表4 煤層瓦斯抽放難易程度

利用上述方法可以得出結論，沿溝煤礦二煤鉆孔流量衰減系數α為 0.5655d－1，透氣性系數為0.049m2／（MPa2.d），屬較難抽放煤層；該礦4＃煤層鉆孔流量衰減系數α為0.1339d－1，透氣性系數為0.036m2／（MPa2.d），屬較難抽放煤層；該礦五煤層鉆孔流量衰減系數α為0.273d－1，透氣性系數為0.012m2／（MPa2.d），屬較難抽放煤層。

3 結語

樂平局通過組織通風安全技術人員在現場的實測后，計算得出沿溝煤礦二煤為較難抽采煤層，煤層透氣性很低，瓦斯含量較高，瓦斯壓力較大。因此，樂平局北部礦區在對二煤進行開采層預抽時，要加大鉆孔密度，增加抽采時間，同時還要為預測鄰近煤層瓦斯的變化以及瓦斯防治工作提供參考資料。

樂平局針對北部礦區的采掘現狀，加上實測礦井在開展瓦斯參數測定所布置的測點受到局限，因而要求北部生產礦井在今后的生產過程中必須加強煤層瓦斯含量、煤層透氣性以及瓦斯壓力的測定工作，為開展瓦斯災害綜合治理提供可靠的安全依據。