煤層瓦斯賦存規(guī)律綜合研究

1、收稿日期:2007-03-08基金項目:國家“十五”科技攻關(guān)資助項目(2005BA813B0711作者簡介:秦法秋(1971- , 男, 河南輝縣人, 現(xiàn)任鄭煤集團大平煤礦總工程師, 主要從事煤礦安全管理與生產(chǎn)工作。煤層瓦斯賦存規(guī)律綜合研究秦法秋(鄭州煤業(yè)集團有限責(zé)任公司大平煤礦, 河南登封452473摘要:利用多源數(shù)據(jù)融合和瓦斯地質(zhì)要素分析的方法, 研究了勘探和生產(chǎn)期間實測瓦斯含量, 利用瓦斯參數(shù)和瓦斯含量等數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)融合, 并通過豐富翔實的鉆孔資料建立起瓦斯含量預(yù)測公式, 實現(xiàn)了對礦井瓦斯含量的預(yù)測。關(guān)鍵詞:煤層; 瓦斯賦存規(guī)律; 預(yù)測中圖分類號:T D712+15文獻標識碼:B 文章編號

2、:1671-0959(2007 0820069203大平煤礦隸屬于鄭煤集團, 屬于突出礦井, 2004年10月20日21軌道下山巖巷掘進工作面發(fā)生了特大型煤與瓦斯突出事故。瓦斯地質(zhì)研究、預(yù)測與防治成為礦井的中心工作之一。目前, 煤層瓦斯含量主要依靠勘探和生產(chǎn)期間實測獲得, 數(shù)據(jù)來源比較單一。文章利用多源數(shù)據(jù)融合分析的方法, 綜合生產(chǎn)期間實測瓦斯含量、反算的瓦斯含量、預(yù)測的瓦斯含量等幾組數(shù)據(jù), 1, 測點14個。21采區(qū)及其附近, 其它區(qū)域測點稀少。由于采樣質(zhì)量、測定方法不同等原因, 實測瓦斯含量測值并不全部真實可靠, 需要進行分析校正, 如集氣法瓦斯含量測值乘112的損失系數(shù)、瓦斯帶煤樣甲烷成

3、分低于80%時剔除等1。根據(jù)以上可靠性分析原則, 獲得勘探期間合格鉆孔點15個, 生產(chǎn)期間14個(見表1 。合格點瓦斯含量與埋深具有較好的線性關(guān)系, R 2>018, 評價結(jié)果可靠。2計算瓦斯含量煤層瓦斯含量計算公式如下:X =X 1+X 2式中X 煤層瓦斯含量, m 3/t;X 1煤層中游離瓦斯含量, m 3/t; X 2煤層中吸附瓦斯含量, m 3/t 。1 煤層中游離瓦斯含量按氣體狀態(tài)方程求得:X 1=V PT /T 0P 0K式中V 煤的孔隙容積, V =01064m 3/t; P 煤層絕對瓦斯壓力, M Pa; P 0標準狀況下的壓力, 0 MPa; K 甲烷壓縮系數(shù), K T

4、 0, 0273K; T =293K 。Lang muir 方程計算:2=1+bP e n (t n -t 1+(0110+010058V rM ad 100-A -M 100式中a 、b 吸附常數(shù);e 自然對數(shù)的底, e =21718; t n 吸附試驗溫度, 取30; t 煤層溫度, 取20;V r、M ad 、A d 煤中揮發(fā)分含量、水分含量、灰分含量, %。研究中, 共收集瓦斯壓力點15個, a 、b 值21個, 實際計算瓦斯含量點14個, 其中21采區(qū)7個, 與實測含量點重復(fù), 只作為多源數(shù)據(jù)融合分析的依據(jù); 16采區(qū)7個, 換算后作為最終瓦斯含量數(shù)據(jù)(表1 。14個瓦斯含量點與埋深

5、具有較好的線性關(guān)系, 可決系數(shù)R 2>017, 說明計算結(jié)果可靠。3利用瓦斯涌出量反算瓦斯含量瓦斯含量是瓦斯涌出量的主要影響因素之一, 在其它條件相同或相似時, 可以利用瓦斯涌出量反演瓦斯含量2-3。其計算公式是:W =(1-C qK +R 0式中W 原煤甲烷含量, m 3/t;962007年第8期煤炭工程研究探討Q 絕對瓦斯涌出量(包括抽放量 , m 3/min; 日平均產(chǎn)量, t;R 殘余瓦斯含量(可實測獲得 , R =2m 3/t; C 扣除系數(shù), C =A(式中A 工作面采場長,m, B 工作面上下順槽釋放寬度, B =15m ;K 本煤層瓦斯涌出構(gòu)成, 老頂初次來壓前取1,老頂

6、初次來壓后計算值為0171。根據(jù)以上計算公式, 計算了4個保存資料較好、月份回采正常的工作面瓦斯含量, 計算結(jié)果見表1。瓦斯含量與埋深具有較好的線性關(guān)系, R 2>016, 計算結(jié)果可靠。表1 煤層瓦斯含量匯總表4瓦斯含量多源數(shù)據(jù)融合分析多源數(shù)據(jù)融合分析的方法是通過相同測點不同數(shù)據(jù)源瓦斯含量進行一系列的對比校正, 最后使多源數(shù)據(jù)間能夠進行有效互換和數(shù)據(jù)統(tǒng)一, 共同而真實的反應(yīng)煤層瓦斯含量值。通過對以上四組數(shù)據(jù)對比有如下特點:1 從整體上看, 四組數(shù)據(jù)瓦斯含量值總體上能表現(xiàn)出一致性的變化規(guī)律, 對應(yīng)性較好, 見圖1。2 勘探和生產(chǎn)期間實測的瓦斯含量值耦合較好, 數(shù)據(jù)間相對誤差較小, 一般在

7、10%以內(nèi), 可以作為對比的依據(jù)。3 利用瓦斯參數(shù)和瓦斯涌出量反算的瓦斯含量值總體偏大, 與實測的瓦斯含量值對比相對誤差一般在30%左右, 在利用時應(yīng)當(dāng)校正, 校正成實測瓦斯含量的平均比例為0175。5瓦斯含量預(yù)測根據(jù)井田瓦斯地質(zhì)要素分析, 影響煤層瓦斯含量的地1瓦斯涌出量反算值; 2勘探實測值;3生產(chǎn)實測值; 4參數(shù)計算值圖1四組瓦斯含量對比圖質(zhì)因素有煤層基巖埋深、頂板巖性厚度、頂板巖層含砂率、煤層厚度、水分、灰分等4-5。單因素瓦斯含量相關(guān)分析是以18個可靠的瓦斯含量點為基礎(chǔ)進行的, 分析結(jié)果見表2。從表中可以看出, 煤層基7研究探討煤炭工程2007年第8期 巖埋深是影響瓦斯含量的最重要地

8、質(zhì)因素, 其次是煤層頂板含砂率, 煤層煤質(zhì)等對瓦斯含量影響較小。井田內(nèi)瓦斯地質(zhì)要素是已知的, 瓦斯含量在大部分區(qū)域是未知的, 通過建立已知煤層瓦斯含量與各地質(zhì)要素之間的關(guān)系, 可以實現(xiàn)對未知區(qū)的瓦斯含量預(yù)測。為了突出主要因素和實用, 研究中僅以煤層基巖埋深和煤層頂板巖層含砂率參與擬合, 其它次要因素不參加擬合。瓦斯含量與相關(guān)地質(zhì)要素的擬合以18個可靠的瓦斯含量點和地質(zhì)要素數(shù)據(jù)為基礎(chǔ), 利用DPS 軟件進行線性回歸, 回歸公式是:Q =3157307+0101682K 1-114268K 2式中Q 瓦斯含量, m 3/t;K 1基巖埋深, m;表2煤層瓦斯含量與地質(zhì)因素相關(guān)系數(shù)一覽表影響因素基巖

9、埋深煤層參數(shù)煤厚水分灰份圍巖頂板巖性頂板泥巖頂板砂質(zhì)泥巖含砂率相關(guān)系數(shù)016592010144010289010008010759010389010955K 2含砂率。利用該模型計算的煤層瓦斯含量相關(guān)系數(shù)為01818443, 說明瓦斯含量與上覆基巖厚度和煤層頂板巖層含砂率線性關(guān)系密切。圖2為實測鉆孔瓦斯含量與根據(jù)上述公式預(yù)測的瓦斯含量關(guān)系折線圖, 從圖中可以看出, 兩條折線基本一致, 說明利用上述公式進行預(yù)測是可信的。井田內(nèi)75 個鉆孔進行了回歸預(yù)測。圖2實測值與預(yù)測值關(guān)系折線圖根據(jù)以上五組數(shù)據(jù)共計125個瓦斯含量點繪制了井田瓦斯含量等值線圖, 見圖3。從圖中可以看出, 瓦斯含量等值線形態(tài)及變

10、化與煤層底板等高線近似一致, 說明瓦斯含量受埋深影響較大。6結(jié)論1 對瓦斯參數(shù)計算和瓦斯涌出量反算的瓦斯含量乘0175系數(shù)校正后可以和實測數(shù)據(jù)一起使用, 實現(xiàn)了礦井瓦斯多源數(shù)據(jù)融合。2 勘探和生產(chǎn)期間實測以及利用瓦斯參數(shù)計算和瓦斯涌出量反算的瓦斯含量值均與埋深有很好的線性關(guān)系; 通過研究礦井瓦斯地質(zhì)要素與煤層瓦斯含量的關(guān)系, 確定了煤層基巖埋深是控制瓦斯含量的主要因素, 并以此建立了圖3大平煤礦瓦斯含量等值線圖瓦斯含量預(yù)測數(shù)學(xué)模型, 實現(xiàn)了對未知區(qū)域的瓦斯含量預(yù)測。3 依據(jù)實測、計算和預(yù)測的瓦斯含量繪制了井田瓦斯含量等值線圖, 可用于指導(dǎo)礦井瓦斯災(zāi)害預(yù)測與防治的工作。參考文獻:1王兆豐, 劉軍. 方莊煤礦二1煤瓦斯賦存規(guī)律探討J .煤炭工程, 2005, (3 :5355.2程五一, 王魁軍, 張建國. 工作面相對瓦斯涌出量反序求解瓦斯含量的方法J .礦業(yè)工程與環(huán)保, 2000, 27(5 :2021.3張瑞林, 張彬, 李東印. 基于瓦斯地質(zhì)編圖中煤層瓦斯含量與瓦斯涌出量關(guān)聯(lián)