鐵生溝煤業有限公司15采區二1煤層瓦斯基礎參數的測定

郭奉民

摘 要：通過對鐵生溝煤業有限公司15采區二1煤層瓦斯基礎參數測定過程，以及測定方法和計算方法進行闡述，確定二1煤層瓦斯壓力、瓦斯含量、鉆孔瓦斯衰減系數、煤的堅固性

系數f、煤層透氣性系數等參數，這些基礎數據是煤礦瓦斯綜合治理的重要依據。

關鍵詞：煤層瓦斯壓力；瓦斯含量；參數測定；瓦斯基礎參數

中圖分類號：TD712.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）32-0176-02

1 15采區概況

鐵生溝煤業有限公司15采區下山位于鐵生溝煤礦東翼。煤層厚度為0.60～14.70 m，平均厚4.56 m，屬不穩定煤層。煤塵無爆炸危險性。煤層不自燃。煤層偽頂為2～6 m厚的炭質或砂質泥巖；直接頂為厚層狀中粒云母石英砂巖。煤層底板為泥巖或砂質泥巖。15采區內未揭露斷層。采區西翼構造簡單，東翼有一向斜構造。東部邊界外，有一落差80 m的大斷層，受該斷層影響，采區東部邊界附近煤層傾角急劇增大，局部達到60 °左右，對該區段的開采將十分困難。

2 取樣鉆孔（測壓孔）的布置與施工

本次測定工作在15采區軌道下山巖石巷道內進行。但根據現場實際情況布置5個孔，1號孔和2號孔布置在15區軌道下山抽放站內，3號孔布置在15采區軌道下山內距抽放站400 m處，4號孔15采區軌道下山內距抽放站460 m處，5號孔15區軌道下山距抽放站800 m處。

2.1 煤質工業分析及吸附常數a和b值的測定

對所取煤層的5個煤樣進行了煤的工業分析及瓦斯吸附常數的測定，分析化驗氣樣成分及相關煤結構特征參數。可以看出，所取煤樣的a、b值較大，煤層對瓦斯的吸附能力很強。

2.2 煤層瓦斯壓力

本次瓦斯基礎參數測定依據《煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法》（AQ/T1047-2007）。需要說明的是：①本次測壓管選用內徑DN15壁厚為2.8 mm的鍍鋅管制作，每根長為2 m的中間連接管；下部集氣管長度為1.0 m，并打有直徑為6 mm進氣孔，在中間焊有直徑50～60 mm的圓形鐵墊板。②封孔材料采用普通硅酸鹽水泥（80%）加入雙快硫鋁酸鹽水泥（20%），并加入0.3%的三乙醇胺早強劑。水灰比為0.4～0.5：1，經充分攪拌均勻成粘稠狀。封孔深度控制在煤層底板巖石段內。③采用注漿泵分兩步注漿。第一步注3～5 m，待硫鋁酸鹽混合水泥漿液凝固后（2 h后），第一段有了抵抗力，再進行第二次帶壓注漿，注漿加壓嚴格控制在3 MPa以下。④利用間接法測定煤層瓦斯壓力結果。間接法反演瓦斯壓力的方法為首先測定該點瓦斯含量，然后將實驗室測定煤的吸附常數、灰分、水分、孔隙率以及視密度等煤層物理參數，由式（1）計算煤層瓦斯壓力。

將實驗室測定的煤層的吸附常數、灰分、水分、孔隙率以及視密度等參數分析結果，代入方程（1）求解算結果。

2.3 煤層瓦斯含量

具體鉆孔布置參數，見表1。

2.4 煤的堅固性系數f的測定

采集新鮮煤塊二組。一組為半光亮煤、一組為暗煤。二1煤層堅固性系數取實測值。

2.5 煤的瓦斯放散初速度（△P）的測定

煤層的Δp值在一定程度上反映了瓦斯含量的大小，對瓦斯含量相同的煤層，則主要反映瓦斯滲透和流動孔隙的差別。

2.6 煤層透氣性系數的測定

采用中國礦業大學的井下直接測定煤層透氣性系數法，徑向不穩定流動理論計算公式見表2。

2.7 鉆孔瓦斯流量衰減系數

該系數是衡量煤層瓦斯抽放難易程度的重要指標，它表示鉆孔瓦斯流量隨時間變化的衰減速度，可通過測定流量與時間的關系來計算。通常鉆孔瓦斯流量與時間的關系服從負指數關系：

式中，Q0為鉆孔成孔初始時的瓦斯流量，m3/d；Qt為鉆孔經t日后排放時的瓦斯流量，m3/d；t為鉆孔瓦斯涌出經歷過時間，d；β為瓦斯流量衰減系數，d-1。

3 結 論

①直接井下測定的15采區軌道下山中部4號鉆孔瓦斯壓力為0.4 MPa；5個鉆孔煤樣瓦斯含量反演瓦斯壓力的最大值為0.64 MPa，說明該區域范圍內煤層瓦斯壓力較小。雖然實測壓力與含量反演壓力存在一定差異，計算結果不能全面反映正常的瓦斯壓力梯度的變化規律，但可以代表測定區域內煤層瓦斯壓力特征，說明該區域范圍內二1煤層瓦斯壓力變化不太明顯。

②井下實際測定煤層瓦斯含量結果表明，4個不同的取樣地點的煤層最大瓦斯含量是1號、2號鉆孔，分別為4.61 m3/t和 5.11 m3/t，分析認為：鐵生溝煤業有限公司煤層厚度變化較大，從取樣打鉆情況來看，以上2個鉆孔全部穿透煤層，層厚大約在7 m左右，其余3個鉆孔揭穿煤厚均小于3 m，說明15采區瓦斯含量與煤厚有密切正量關系，說明煤層越厚地方瓦斯含量越高。

③從5個點的瓦斯含量測定結果還可以得出：在15采區上、中、下部沿煤層傾向布置的5個取樣點，瓦斯含量在2.46～5.11 m3/t之間變化，說明二1煤層瓦斯含量普遍較低，但煤層瓦斯含量分布本身存在不均勻性，同一煤層不同區域瓦斯含量有差異。從本次測定煤層瓦斯含量隨煤層埋藏深度的變化情況來看，該區域隨煤層埋藏深度變化瓦斯含量的有增加并不明顯。因此，15采區在開采標高為-120 m以上范圍內二1煤層的瓦斯含量變化不會太大。

參考文獻：

[1] 張小四，王順雙，李永生.白坪煤業公司21采區瓦斯測定[J].陜西煤炭，

2011，（2）.