畢業(yè)論文設(shè)計-深部高地溫區(qū)域瓦斯賦存特征研究

1、學(xué)士學(xué)位論文深部高地溫區(qū)域瓦斯賦存特征研究Research on Gas Occurrence Characteristics of High Ground Temperature Areas in Deep Mines作 者：金 侃 導(dǎo) 師：程遠平 教授中國礦業(yè)大學(xué)二一一年六月目 錄第18頁中國礦業(yè)大學(xué)2011屆本科生畢業(yè)論文1 緒論1.1 研究背景及意義隨著全球范圍內(nèi)的經(jīng)濟復(fù)蘇，世界各國對于傳統(tǒng)化石能源的需求量日益增加，加之開采強度的不斷加大，致使淺部資源日益減少，國內(nèi)外礦山都相繼進入深部資源開采狀態(tài)。據(jù)不完全統(tǒng)計，國外開采超千米深的金屬礦山有80多座，而國外一些主要產(chǎn)煤國家從20世紀60

2、年代就開始進入深井開采。1960年前，西德平均開采深度已經(jīng)達650m，1987年已將近達900 m；原蘇聯(lián)在20世紀80年代末就有一半以上產(chǎn)量來自600 m以下深部。國外深部工程開采現(xiàn)狀如圖1-1。圖1-1 國外深部工程開采現(xiàn)狀煤炭是我國主體能源，是能源安全的基石。煤炭在我國一次能源的生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)所占比例中一直達70%以上，預(yù)計2050年仍將占50%以上。以煤炭為主要能源的局面，在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)不會發(fā)生根本性的變化。中國東部主要礦區(qū)經(jīng)過多年的開采，淺部資源已接近枯竭，迫切需要開采深部地區(qū)的煤炭資源。據(jù)第三次全國煤炭預(yù)測，僅東部的山東、河北、河南、安徽、江蘇、江西、山西等七省在埋深在600

3、1000m區(qū)間的煤炭資源預(yù)測儲量約1822.68億噸，埋深在10001500m區(qū)間的煤炭資源預(yù)測儲量約2494.11億噸，二者累計為4316.79億噸2010年我國煤炭產(chǎn)量達到33億噸，在有力地保障經(jīng)濟快速增長的同時，也導(dǎo)致我國煤礦每年以2050m的速度向深部延伸。近年來，全國已有50多對礦井開采深度超過1000m：如沈陽采屯礦開采深度為1197m；開灤趙各莊礦開采深度為1159m；徐州張小樓礦開采深度為1100m；北票冠山礦開采深度為1059m；新汶孫村礦開采深度為1055m；北京門頭溝開采深度為1008m；長廣礦開采深度為1000m。我國國有重點煤礦平均采深變化趨勢如圖1-2所示。圖1-2

4、 我國國有重點煤礦平均采深變化趨勢在淮南和淮北礦區(qū)，平均開采深度達700800m。目前，淮北礦區(qū)祁南礦、朱仙莊礦等都在計劃向深部開采。國內(nèi)外資料及有關(guān)數(shù)據(jù)表明，隨著開采深度的增加，礦井可能出現(xiàn)的情況主要有：地溫增高、瓦斯涌出量增加、礦壓增大、底板水壓增大等其中瓦斯、水的富存條件經(jīng)常伴隨有異常的地質(zhì)構(gòu)造。深部開采與淺部開采所處巖石力學(xué)環(huán)境的不同也對深部煤體的瓦斯的賦存特征產(chǎn)生了較大的影響 何滿潮，謝和平，彭蘇萍等深部開采巖體力學(xué)研究J巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2005，24(16)：2803-2813。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀梁冰利用高壓容量法研究了韓城象山新井l#測壓孔的煤樣在不同溫度（25、30、3

5、5、40、45）、不同瓦斯壓力（06MPa）情況下，煤的瓦斯吸附性能的變化規(guī)律，得出了當(dāng)溫度、瓦斯壓力變化時，煤的瓦斯吸附曲線以及吸附常數(shù)隨溫度變化的數(shù)學(xué)關(guān)系式，認為溫度對煤吸附瓦斯量有很大的影響，隨著溫度的升高，煤的瓦斯吸附量呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢 梁冰溫度對煤的瓦斯吸附性能影響的試驗研究J黑龍江礦業(yè)學(xué)院學(xué)報，2000，10(1)：20-22。分析其原因認為是因為煤對瓦斯的吸附主要以物理吸附為主。物理吸附的速率快，在規(guī)定時間內(nèi)易達到平衡，且為放熱過程，所以出現(xiàn)平衡吸附量隨溫度的上升而降低的現(xiàn)象。1.3 存在問題我國煤礦進入深部開采的時間較短，積累的資料較少。且多數(shù)深部礦井現(xiàn)正處于論證或建井掘進階

6、段，尚未開始回采?，F(xiàn)在的關(guān)注重點大多集中于如何在深部高地應(yīng)力的復(fù)雜條件下安全開展礦井的建設(shè)，以及如何處理深部礦井嚴重的熱害問題對于人員的影響問題。對于深部埋藏煤體的瓦斯賦存特征研究有限，且多數(shù)只是能通過地勘孔取樣獲得資料。即便有研究溫度、壓力對于瓦斯賦存特征影響，也僅僅停留在實驗室研究階段，未能結(jié)合礦井的實際條件開展相關(guān)研究。國外礦井雖然進入深部開采的時間較長，相關(guān)經(jīng)驗資料積累較多。但由于國外礦井的煤埋藏條件較好，瓦斯較小，且遇到具有突出危險的礦井一律做關(guān)停處理。因此國外對于深部礦井的主要研究深部巖石力學(xué)對于礦井的破壞作用、地質(zhì)構(gòu)造對于煤層瓦斯的控制作用以及如何防止礦井熱害的產(chǎn)生等。對于煤體瓦

7、斯賦存特征的研究也較少。1.4 研究內(nèi)容及研究思路本文以規(guī)劃中的祁南煤礦深部井為研究對象，以深部井地勘階段取得的資料為依托，通過對祁南煤礦地質(zhì)構(gòu)造的分析，利用祁南淺部井已有的瓦斯壓力、含量數(shù)據(jù)預(yù)測祁南深部井的瓦斯壓力數(shù)據(jù)，并結(jié)合從淺部井在靠近深部的區(qū)域取得的煤樣開展實驗室研究。最終得到深部井地溫、瓦斯壓力、瓦斯含量之間的關(guān)系。2 瓦斯賦存的基礎(chǔ)理論研究2.1 概述瓦斯（methane）是井下煤巖涌出的各種氣體的總稱，其主要成份是以甲烷為主的烴類氣體。在我國礦井的實際條件下，瓦斯主要是指甲烷，是腐植型有機物(植物)在成煤過程中生成的。瓦斯的物理與化學(xué)性質(zhì)一般也都是針對甲烷而言。煤層中的甲烷的產(chǎn)生

8、大致可分為兩個階段。第一階段為生物化學(xué)成氣時期，在植物沉積成煤初期的泥炭化過程中，有機物在隔絕外部氧氣進入和溫度不超過65的條件下，被厭氧微生物分解為CH4、CO2和H2O。由于這一過程發(fā)生于地表附近，上覆蓋層不厚且透氣性較好，因而生成的氣體大部分散失于古大氣中。隨泥炭層的逐漸下沉和地層沉積厚度的增加，壓力和溫度也隨之增加，生物化學(xué)作用逐漸減弱并最終停止。第二階段為煤化變質(zhì)作用時期，隨著煤系地層的沉陷及所處壓力和溫度的增加，泥炭轉(zhuǎn)化為褐煤并進入變質(zhì)作用時期，有機物在高溫、高壓作用下，揮發(fā)分減少，固定碳增加，這時生成的氣體主要為CH4和CO2。這個階段中，瓦斯生成量隨著煤的變質(zhì)程度增高而增多。但

9、在漫長的地質(zhì)年代中，在地質(zhì)構(gòu)造(地層的隆起、侵蝕和斷裂)的形成和變化過程中，瓦斯本身在其壓力差和濃度差的驅(qū)動下進行運移，一部分或大部分瓦斯擴散到大氣中，或轉(zhuǎn)移到圍巖內(nèi)，所以不同煤田，甚至同一煤田不同區(qū)域煤層的瓦斯含量差別可能很大。在個別煤層中也有一部分瓦斯是由于油氣田的瓦斯的侵入造成的，例如四川中梁山10號煤層的瓦斯有時與底板石灰?guī)r溶洞中的瓦斯相連,陜西銅川焦坪煤礦井下的瓦斯又與底板砂巖含油層的瓦斯有關(guān)。有的煤層中還含有大量的二氧化碳，如波蘭的下西里西亞煤田的煤層中還有大量的二氧化碳，則是由于火山活動使碳酸鹽類巖石分解生產(chǎn)的二氧化碳侵入的結(jié)果。在某些煤層中還含有乙烷、乙烯等重碳氫氣體。但一般來

10、說，煤田中所含瓦斯均以甲烷為主。2.2 煤的孔隙結(jié)構(gòu)由植物變成煤炭的過程中，在褐煤至無煙煤變質(zhì)階段，瓦斯（煤層氣）生產(chǎn)量的總和達200400m3/t。其中的1/51/10將保存在煤體內(nèi)。煤體內(nèi)保存瓦斯的數(shù)量，與煤的結(jié)構(gòu)有關(guān)。煤在變質(zhì)過程中。煤中的揮發(fā)分變?yōu)闅怏w，使煤成為一種復(fù)雜的孔隙性介質(zhì)，有發(fā)達的、各種不同直徑的孔隙和裂隙，形成了龐大的孔隙表面與微空間，為瓦斯賦存提供了條件。安徽理工大學(xué)梁紅俠等人從壓汞試驗入手，對淮南煤田煤的孔隙結(jié)構(gòu)隨埋藏深度的變化進行分析，發(fā)現(xiàn)隨著采樣深度的增大，上覆地層的壓力越來越大，煤的孔隙性向更致密的方向發(fā)展，煤中總比孔容積呈減小趨勢，其中大孔的比孔容積在總比孔容積

11、中所占比率逐漸減小，微孔的比孔容積在總比孔容積中所占比率顯示增大趨勢，微孔是甲烷吸附的主要場所，微孔的增多勢必增加孔隙的比表面積，而比表面積的增大，給瓦斯提供更大的吸附空間，故深部瓦斯含量增大 梁紅俠，陳萍，童柳華等人淮南煤田深部煤的孔隙特征及其意義J中國煤炭地質(zhì)，2010,22(6)：5-8。2.3 瓦斯的賦存形態(tài)成煤過程中生成的瓦斯以游離和吸附這兩種不同的狀態(tài)存在于煤體中，通常稱為游離瓦斯（free gas）和吸附瓦斯(absorbed gas)。游離狀態(tài)也叫自由狀態(tài)，這種狀態(tài)的瓦斯以自由氣體存在，呈現(xiàn)出壓力并服從自由氣體定律，存在于煤體或圍巖的裂隙和較大孔隙(孔徑大于10nm) 內(nèi)，如圖

12、10-2-2所示。游離瓦斯量的大小與貯存空間的容積和瓦斯壓力成正比，與瓦斯溫度成反比。圖10-2-2 瓦斯在煤內(nèi)的存在形態(tài)示意圖1游離瓦斯；2吸著瓦斯；3吸收瓦斯；4煤體；5孔隙吸附狀態(tài)的瓦斯主要吸附在煤的微孔表面上（吸著瓦斯）和煤的微粒結(jié)構(gòu)內(nèi)部(吸收瓦斯)。吸著狀態(tài)是在孔隙表面的固體分子引力作用下，瓦斯分子被緊密地吸附于孔隙表面上，形成很薄的吸附層；而吸收狀態(tài)是瓦斯分子充填到納米級的微細孔隙內(nèi)，占據(jù)著煤分子結(jié)構(gòu)的空位和煤分子之間的空間，如同氣體溶解于液體中的狀態(tài)。吸附瓦斯量的多少，決定于煤對瓦斯的吸附能力和瓦斯壓力、溫度等條件。吸附瓦斯在煤中是以多分子層吸附的狀態(tài)附著于煤的表面，因此煤對瓦斯

13、的吸附能力決定于煤質(zhì)和煤結(jié)構(gòu)，不同煤質(zhì)對瓦斯的吸附能力如圖10-2-3。圖10-2-3 不同煤質(zhì)對瓦斯的吸附能力的示意圖煤的瓦斯含量和溫度、壓力的關(guān)系，如圖10-2-4。該圖是某一煤樣的測定曲線。0 1 2 3 4 5 6 1 1 2 3 4 5 6 2 1 2 3 4 5 6 3 1 2 3 4 5 6 4 1 2 3 4 5 6 5 1 2 3 4 5 6 6 1 2 3 4 5 6 瓦斯含量m3/t瓦斯壓力(p) MPa圖10-2-4 瓦斯含量和溫度、壓力的關(guān)系2.4 瓦斯含量及其測定瓦斯含量是指單位重量或體積的煤巖中在一定溫度和壓力條件下所含有的瓦斯量，即游離瓦斯和吸附瓦斯的總和，以m

14、3m3（煤）或m3t（煤）表示。煤層瓦斯含量是計算瓦斯儲量與瓦斯涌出量的基礎(chǔ)，也是預(yù)測煤與瓦斯突出危險性的重要參數(shù)之一。常用的瓦斯含量測定方法有兩類：一類是直接測定法，多用于地質(zhì)勘探部門，即在打鉆過程中，遇到煤層后用專用的密閉式巖芯取樣器或普通取樣器，提取煤樣，在實驗室內(nèi)抽取其中所含瓦斯，再加上打鉆、取樣過程中逸散的瓦斯，除以試樣的質(zhì)量，就是該煤層的瓦斯含量了。抽出的瓦斯還應(yīng)進行成分分析，用來確定瓦斯風(fēng)化帶的下部邊界深度。另一類是計算法，即根據(jù)測定得到的煤層的瓦斯壓力和溫度，結(jié)合實驗室的試驗，計算煤層的游離瓦斯含量和吸附瓦斯含量之和，即為該煤層的瓦斯含量。2.5 煤層瓦斯垂直分帶煤田形成后，煤

15、變質(zhì)生成的瓦斯經(jīng)煤層、圍巖裂隙和斷層向地表運動；地表的空氣、生物化學(xué)及化學(xué)作用生成的氣體由地表向深部運動。由此形成了煤層中各種氣體成分由淺到深有規(guī)律的逐漸變化，即煤層內(nèi)的瓦斯呈現(xiàn)出垂直分帶特征。一般將煤層由露頭自上向下分為四個瓦斯帶：CO2N2帶、N2帶、N2CH4帶、CH4帶。圖10-2-13給出了前蘇聯(lián)頓巴斯煤田煤層瓦斯組分在各瓦斯帶中的變化，各帶的煤層瓦斯組分含量見表10-2-5。前三個帶總稱為瓦斯風(fēng)化帶，第四個帶為甲烷帶。瓦斯風(fēng)化帶下部邊界煤層中的瓦斯組分為80%，煤層瓦斯壓力為0.10.15MPa，煤的瓦斯含量為23m3/t（煙煤）和57m3/t（無煙煤）。在瓦斯風(fēng)化帶開采煤層時，相

16、對瓦斯涌出量一般不超過2m3/t，瓦斯對生產(chǎn)不構(gòu)成主要威脅。我國大部分低瓦斯礦井皆是在瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)進行生產(chǎn)的。圖10-2-13煤層瓦斯垂向分帶圖瓦斯風(fēng)化帶的深度取決于煤層地質(zhì)條件和賦存情況，如圍巖性質(zhì)、煤層有無露頭、斷層發(fā)育情況、煤層傾角、地下水活動情況等等。圍巖透氣性越大，煤層傾角越大、開放性斷層越發(fā)育、地下水活動越劇烈，則瓦斯風(fēng)化帶下部邊界就越深。有露頭的煤層往往比無露頭的隱伏煤層瓦斯風(fēng)化帶深。位于瓦斯風(fēng)化帶下邊界以下的甲烷帶，煤層的瓦斯壓力、瓦斯含量隨埋藏深度的增加而有規(guī)律地增長。2.6 影響煤層瓦斯含量的主要因素根據(jù)理論分析，在從植物遺體到無煙煤的變質(zhì)過程中，每噸煤至少可生成100 m

17、3以上的瓦斯，但是在目前的天然煤層中，最大的瓦斯含量不超過50 m3t。這一方面是由于煤層本身含瓦斯的能力所限，另一方面因為瓦斯是以壓力氣體存在于煤層中，經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代，放散了大部分，目前僅是剩余的瓦斯量。所以說煤層瓦斯含量的多少主要決定于它保存瓦斯的條件，而不是生成瓦斯量的多少，也就是不僅決定于煤質(zhì)牌號(肥煤以上)，而更主要的是決定于它的地質(zhì)條件?，F(xiàn)將影響煤層瓦斯含量的一些主要因素分析如下：1、煤的變質(zhì)程度煤的變質(zhì)程度越高，生成的瓦斯量越多。如其他條件相同，變質(zhì)程度提高了，煤層的瓦斯含量應(yīng)比較大，例如陽泉3號煤層變質(zhì)程度高，揮發(fā)分為7左右，在瓦斯壓力1.6 MPa下，每m3煤的瓦斯含量為

18、34 m3，而撫順龍鳳礦的煤層變質(zhì)程度低，揮發(fā)分為34，在同樣瓦斯壓力下，其含量僅為14.6 m3。2、煤層的地質(zhì)歷史瓦斯在生成過程中，不斷生成和放散，尤其是在成煤后的漫長地質(zhì)年代中，它的放散瓦斯條件如何？這是具有決定性的因素。因為地層的上升和下降，海浸海退的變化，地表河流對煤層的侵蝕，地質(zhì)構(gòu)造對放散瓦斯的作用，煤層在地表暴露時間的長短，這些對于瓦斯的保存都具有重大影響。例如開灤的石炭二迭紀煤層在距地表700800米處，瓦斯含量不大，一般也沒有突出現(xiàn)象。但是湖南白沙礦區(qū)二迭紀煤層，有的在距地表80米處即發(fā)生突出，瓦斯含量也比較大。3、煤層和圍巖的透氣性煤系巖性組合和煤層圍巖性質(zhì)對煤層瓦斯含量影

19、響很大。如果圍巖為致密完整的低透氣性巖層，如泥巖，完整的石灰?guī)r，煤層中的瓦斯就易于保存下來。重慶、六枝、漣邵地區(qū)煤系地層巖性主要為泥巖、頁巖、粉砂巖和致密石灰?guī)r，圍巖的透氣性差，所以煤層瓦斯含量高，瓦斯壓力大。反之，圍巖由厚層中粗砂巖、礫巖或裂隙溶洞發(fā)育的石灰?guī)r組成，則煤層瓦斯含量小。例如在大同煤田、北京煤田西部，圍巖是透氣性大的厚砂巖，煤層瓦斯含量就很低。4、地質(zhì)構(gòu)造煤層的斷層和地質(zhì)破壞對瓦斯的放散有顯著的作用，如果斷層的成因是受張力作用產(chǎn)生的，則該斷層邊界的瓦斯可以通過斷層而放散，該區(qū)域的瓦斯要小。如果斷層是受壓力作用產(chǎn)生的，屬于封閉性的斷層，在斷層區(qū)域內(nèi)的瓦斯要大。例如焦作礦區(qū)在距地表1

20、88米垂深處，王封礦和李封礦均為低瓦斯礦井，但鄰近的朱村礦，其四周為封閉性斷層切割則為超級瓦斯礦井，并發(fā)生了煤和瓦斯突出現(xiàn)象。此外，在斷層帶中充填物的致密性和斷層附近的巖性，對斷層附近煤層的瓦斯含量也有重要關(guān)系。5、煤層露頭煤層在目前或成煤后的地質(zhì)年代中有無露頭長時間與大氣相通，這對于瓦斯的保存有很大關(guān)系。例如四川中梁山煤田為覆舟狀構(gòu)造， 地表無煤層出露，瓦斯為構(gòu)造封閉，煤層的瓦斯含量大，因而主井井筒進入煤層時，即發(fā)生了煤和瓦斯突出。6、埋藏的深度和地形在有露頭的煤田中，地表附近的煤層瓦斯得到了放散，而且空氣也向煤層滲透，因而在距地表不遠的煤層中含有二氧化碳、氮氣等氣體。隨著深度的加深，甲烷所

21、占的比例越來越大。在煤層瓦斯成分中，甲烷不足80的部分稱之為瓦斯風(fēng)化帶。瓦斯風(fēng)化帶的深度可以從幾十米到幾百米，甚至達千米，這決定于地質(zhì)條件和圍巖性質(zhì)。在瓦斯風(fēng)化帶中由于瓦斯含量小，不會發(fā)生瓦斯突出。一般在瓦斯風(fēng)化帶以下的甲烷帶內(nèi)，瓦斯壓力基本上隨深度成正比增加。在山區(qū)的煤田，由于地形起伏變化大，煤層瓦斯含量則與覆蓋層的厚度有關(guān)，根據(jù)陽泉各礦的資料表明，覆蓋層厚度越大，煤層瓦斯含量越大。7、地下水的活動在地下水活躍的區(qū)域，瓦斯也得到流動、排放。例如南桐直屬二井的突出煤層在地下水活躍的地區(qū)，不但沒有發(fā)生突出現(xiàn)象，而且瓦斯涌出量也大大減少；湖南煤礦普遍存在著凡是水大的礦井瓦斯小，水小的礦井瓦斯大的規(guī)

22、律。以上是對這些因素的簡要說明，在分析某一煤層的瓦斯含量以及有無突出危險時，需要根據(jù)這些因素以及地應(yīng)力等因素作綜合的研究。3 礦井地質(zhì)構(gòu)造對瓦斯賦存的控制作用分析3.1 礦井概況祁南煤礦位于安徽省宿州市埇橋區(qū)祁縣鎮(zhèn)境內(nèi)，北距宿州市約23km，南距蚌埠市約70km。井田北部以第10勘查線與桃園煤礦毗鄰，東部以F22斷層與祁東煤礦相接，淺部止于石炭系太原組上部第一層石灰?guī)r露頭，深部以23煤層-800m水平地面投影為界，走向長約10.5km，寬38.5km，勘查面積約62.5km2。井田范圍內(nèi)地勢平坦，地面標(biāo)高17.20m23.80m，一般在22m左右。祁南煤礦由兗州煤礦設(shè)計院（中煤國際工程集團南京

23、設(shè)計研究院）于1989年7月編制初步設(shè)計，1996年又編制了優(yōu)化設(shè)計。祁南煤礦設(shè)計生產(chǎn)能力為180萬噸，開采10個可采煤層，開采深度-315-800m，服務(wù)年限132.8年。設(shè)計主、副井，中央風(fēng)井、東、西風(fēng)井各1個，采用立井分水平階段石門開拓方式，采煤方法為走向長壁全垮落法。祁南煤礦于1992年12月26日破土動工，2000年12月26日正式投產(chǎn)，2002年產(chǎn)量達181.8萬噸。2003年起進行礦井改擴建工程，2009年核定生產(chǎn)能力300萬噸/年。祁南煤礦設(shè)計年生產(chǎn)能力為180萬t/a，2009年礦井核定能力為300萬t/a。礦井為立井多水平開拓，第一水平標(biāo)高為-550m，第二水平標(biāo)高為-75

24、0（3煤層800m）。井口位置位于井田中部，初期設(shè)主井、副井、中央風(fēng)井和西風(fēng)井四個井筒。采區(qū)集中運輸大巷分區(qū)石門開拓，即在32煤層底板布置-550m水平巖石集中大巷，采用分區(qū)石門開拓中、下組煤。祁南煤礦現(xiàn)有81、101、82、34、34下五個生產(chǎn)采區(qū)；84、31兩個采區(qū)為開拓采區(qū)。32采區(qū)2006年5月已封閉，102采區(qū)2008年3月已封閉。礦井共動用10、72、71、61、32五個煤層，開采活動基本都在一水平范圍內(nèi)，只有34下采區(qū)在二水平。為了擴大祁南煤礦的生產(chǎn)規(guī)模，2005年1月淮北礦業(yè)（集團）有限責(zé)任公司（以下簡稱：淮北礦業(yè)）依法取得了祁南煤礦深部探礦權(quán)，并實施勘查工作。3.2 煤層概況

25、32煤層位于上石盒子組下部，上距23煤層83125m，平均104m，是核實礦區(qū)主采煤層之一。祁南煤礦：煤層厚度0.664.54m，平均2.34m；可采區(qū)內(nèi)煤層厚度0.764.54m，平均2.35m。面積可采率近100%，可采性指數(shù)0.99。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，夾矸16層，以12層為主，夾矸為泥巖或炭質(zhì)泥巖。煤類單一。屬全礦井大部分可采、較穩(wěn)定的中厚煤層。祁南煤礦深部：煤層厚度0.483.63m，平均1.55m；可采區(qū)內(nèi)煤層厚度0.723.63m，平均1.61m；面積可采98%，可采性指數(shù)0.94；煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，夾矸16層，以12層為主，夾矸為泥巖或炭質(zhì)泥巖。煤類單一。屬全區(qū)大部分可采、較穩(wěn)定的中厚煤

26、層。全礦區(qū)：煤層厚度0.484.54m，平均2.11m；可采區(qū)內(nèi)煤層厚度0.724.54m，平均2.15m；面積可采率99%，可采性指數(shù)0.98；煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，夾矸16層，以12層為主，夾矸為泥巖或炭質(zhì)泥巖。1.30m2.50m的可采見煤點占51%，3.50m以上的可采見煤點占32%。煤類單一。全區(qū)有5個不可采點。屬全區(qū)大部分可采、較穩(wěn)定的中厚煤層，并以中厚煤層為主。從本煤層厚度上看，南部大于北部。煤層頂板以泥巖為主，局部為粉砂巖或細砂巖。32煤層厚度等值線及頂板巖性分布示意圖3.3 地質(zhì)構(gòu)造對3煤層瓦斯賦存的控制祁南煤礦3煤層南部主要受王樓背斜和張學(xué)屋向斜的影響，王樓背斜隆起甚至在3煤層南部

27、內(nèi)部形成了1個天窗構(gòu)造。天窗構(gòu)造具有煤層露頭的性質(zhì)，有利于瓦斯的釋放，但從整體看，王樓背斜和張學(xué)屋向斜位于煤層南部，對整個3煤層的瓦斯賦存影響不大。3煤層的其它區(qū)域結(jié)構(gòu)相對簡單，斷層落差較?。ㄍǔ２蛔?0m），斷層的走向延伸范圍和煤層相比也小的多，煤層連續(xù)性好，斷層起不到劃分地質(zhì)單元、控制瓦斯賦存的作用。從地質(zhì)角度分析，祁南煤礦3煤層基本上為一連續(xù)賦存的穩(wěn)定煤層，與此對應(yīng)，瓦斯賦存也應(yīng)具有連續(xù)性。4 深部高地溫區(qū)域瓦斯賦存特征的研究方法及裝置4.1 礦井地溫情況4.1.1 概述根據(jù)安徽省煤田地質(zhì)局第三勘探隊為祁南煤礦技改需要編制的安徽省淮北煤田祁南煤礦、祁南煤礦深部勘探（延深）資源儲量核實報告

28、，祁南礦井屬于以地溫正常為背景的高溫區(qū)，恒溫帶深度30m，溫度16.9，地溫梯度2.23/100m，在894m左右可能出現(xiàn)二級高溫。祁南煤礦地溫隨深度的變化情況如圖4-1所示。圖4-1 祁南煤礦地溫隨深度變化示意圖4.1.2 主要可采煤層地溫變化特征1.在同一煤層中，地溫基本上是隨深度增加而升高，平面上，略有北部偏低，南部偏高的趨勢。2.地溫梯度存在異常區(qū)，F(xiàn)8、F14斷層的兩側(cè)和張學(xué)屋向斜及王樓背斜軸部附近。3.垂向上，上部地層地溫偏低，向下有增高趨勢。32煤層在-500-800m未發(fā)現(xiàn)高于37，到72煤層便出現(xiàn)高于37的塊段，但其面積很小，僅占9.8%，而10煤層高于37的面積大為增加，占

29、其面積的24.3%。4.1.3 影響地溫因素分析1.構(gòu)造祁南礦井地溫異常區(qū)（地溫梯度3.0/100m）主要集中在F14、王樓背斜和張學(xué)屋向斜附近，主要是由于地質(zhì)構(gòu)造作用導(dǎo)致巖層的熱導(dǎo)率和巖石密度的改變而使地溫升高。2.巖漿巖從礦井內(nèi)所獲得的測溫資料表明，在同一地段，有巖漿巖和無巖漿巖地溫梯度無明顯差異，說明礦井內(nèi)巖漿巖侵入對地溫場的影響很微弱，侵入時所帶的熱量已散失，礦井內(nèi)的巖層熱源主要來自地球內(nèi)熱。3.巖石物理性質(zhì)及水文地質(zhì)條件地溫的變化受巖石的熱物理性質(zhì)的直接影響，并且與構(gòu)造、水文水文地質(zhì)條件等有密切關(guān)系。本礦井地溫梯度的分布，在巖石熱導(dǎo)率低，構(gòu)造帶及透水性較差的巖層地溫梯度大，反之則小。

30、4.新生界松散層由于松散層作為蓋層。起著保溫作用，使下伏煤系地層的熱量不易散發(fā)，因而松散層厚的地方下伏地層溫度價格較高，薄的地方溫度較低。本礦井新生界松散地層是由北向南、由西向東變厚，而地溫梯度同時出現(xiàn)北低南高的趨勢。4.2 3煤層瓦斯壓力及預(yù)測4.2.1 3煤層瓦斯壓力測定結(jié)果祁南煤礦32煤層在準(zhǔn)備及回采期間積累了一些煤層瓦斯壓力數(shù)據(jù)，在項目進行過程中又測定了一些瓦斯壓力數(shù)據(jù)。34下采區(qū)瓦斯壓力值如表4-1所示，32采區(qū)瓦斯壓力值如表4-2所示，34采區(qū)和北大巷里段的瓦斯壓力值如表4-3所示。表4-1 34下采區(qū)32煤層瓦斯壓力實測值序號采區(qū)測壓地點測定時間標(biāo)高壓力/MPa測定單位134下3

31、4下運輸下山-6662.8合肥煤研所234下34下軌道下山2005.1-5720.25重慶分院334下34下軌道下山2005.1-6100.23重慶分院434下34下下部車場2005.3-6400.83重慶分院534下34下運輸1#鉆場1#孔2008.5.13-6960.8祁南煤礦634下34下運輸3#鉆場1#孔2008.6.23-7053.9祁南煤礦734下34下運輸3#鉆場2#孔2008.6.23-7043.7祁南煤礦834下34下運輸7#鉆場1#孔2009.4.12-7272.6祁南煤礦934下34下運輸7#鉆場2#孔2009.4.12-725.62.9祁南煤礦1034下34下運輸10#

32、鉆場1#孔2008.9.30-738.61.9祁南煤礦1134下34下運輸10#鉆場2#孔2008.9.30-737.60.5祁南煤礦1234下34下軌運2#聯(lián)巷1#孔2009.5.16-7493祁南煤礦1334下34下軌運2#聯(lián)巷2#孔2009.5.17-749.74.5祁南煤礦1434下34下軌道下部車場1#孔2009.9.1-744.81祁南煤礦1534下34下軌道下部車場2#孔2009.9.1-7513.4祁南煤礦注：壓力為表壓表4-2 32采區(qū)32煤層瓦斯壓力實測值表序號采區(qū)測壓地點測定時間標(biāo)高瓦斯壓力/MPa測定單位13232軌道下部車場2005.6-5321.73重慶分院2323

33、2軌道下部車場2005.7-5070.7重慶分院注：壓力為表壓表4-3 34采區(qū)和北大巷32煤層瓦斯壓力實測值表序號采區(qū)測壓地點測定時間標(biāo)高瓦斯壓力/MPa測定單位134325檢修斜巷口2005.6-5251.7重慶分院2北大巷里段1#鉆場1#孔2009.11.12-491.90.25祁南煤礦3北大巷里段1#鉆場2#孔2009.11.12-494.70.3祁南煤礦注：壓力為表壓4.2.2 3煤層瓦斯壓力賦存規(guī)律根據(jù)表4-1、表4-2、表4-3瓦斯壓力實測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析處理可得瓦斯壓力分布，如圖4-2所示。圖4-2 32煤層煤層瓦斯壓力與煤層底板標(biāo)高關(guān)系圖測定煤層原始瓦斯壓力的關(guān)鍵在于鉆孔密封的質(zhì)量，測定過程中的輕微漏氣都會導(dǎo)致測壓結(jié)果偏小，因此相似標(biāo)高處測定的瓦斯壓力值大者更能反映煤層的原始瓦斯壓力。因此，選擇相對可靠的瓦斯壓力，采用安全線法獲得32煤層的瓦斯壓力賦存規(guī)律，更貼近煤層的實際情