【正文】 東部靠近巖墻以Ⅲ 2 擴(kuò)采區(qū)邊界為界，下部為未開采區(qū)。 對采空區(qū)頂板冒落規(guī)律的研究，傳統(tǒng)的方法是測定支架工作阻力，通過阻力的變化分析頂板冒落規(guī)律。 治理瓦斯最有效的措施是進(jìn)行瓦斯抽放。此外采空區(qū)頂板冒落時，采空區(qū)瓦斯會加快涌出，造成短時間瓦斯超限。為了提高高位鉆孔瓦斯抽放效果，最根本的辦法是研 究采空區(qū)頂板冒落規(guī)律，根據(jù)研究采空區(qū)頂板生成裂隙、冒落情況對抽放工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而提高抽放效果，治理瓦斯。研究方法是全面的、系統(tǒng)的，技術(shù)手段是先進(jìn)的，經(jīng)過努力一定能獲得很好的研究成果，并能在淮北礦業(yè)集團(tuán)其它礦井和全國高 瓦斯礦得到推廣應(yīng)用。該工作面距上鄰近層 2 煤平均距離為 ；距下鄰近層 4 煤平均距離為 ，距 51 煤 ，距 。 研究內(nèi)容及技術(shù)路線 主要研究內(nèi)容 （ 1） 3 煤瓦斯賦存及涌出規(guī)律研究 ； （ 2） 采空區(qū)頂板冒落規(guī)律研究 ； （ 3） 瓦斯治理方法研究 。除了開采深度外，地質(zhì)因素也是影響瓦斯涌出量大小的重要因素，比如上覆巖層巖性、斷層、褶曲、煤化程度、巖漿巖侵入等 都 會影響瓦斯壓力和瓦斯含量，從而影響瓦斯涌出量，造成瓦斯涌出局部增大的現(xiàn)象。礦井原設(shè)計(jì)能力60/萬噸。中石炭統(tǒng)本溪組不含煤，含煤地層總厚 588． 17m，含煤地層上部全部被第四系所覆蓋。平均約 15186。煤巖層傾角為 3～ 8 186。；另外，在東部又發(fā)育有次一級的小向斜，軸向?yàn)?95186。 岱河礦采空區(qū)頂板冒落及瓦斯涌出規(guī)律和瓦斯 治理研究報(bào)告 7 NWW 向斷裂 一般落差較大，傾角較陡，延展較長，斷層兩盤巖石產(chǎn)狀變化較大，斷層面上往往出現(xiàn)角礫巖帶。 巖漿巖 巖漿主要侵人煤系地層之中，其中尤以煤層層位為主，在主要可采煤層中，以三煤層被侵蝕最嚴(yán)重，其侵入面積占可采面積的 ％，其中三水平馬莊向斜侵人范圍約占100％。 2 煤層之上至 K，砂巖之間含煤線 14 層、極不穩(wěn)定，均不可采，無經(jīng)濟(jì)價值，本組含煤系數(shù)為 ％。 煤層受巖漿巖影響較小， 7 線以北基本不受影響，南部受巖漿巖影響稍大，侵入特征主要是穿層侵入，侵入面積占可采面積的 ％。 煤層瓦斯壓力測定及瓦斯壓力梯度 煤層瓦斯壓力測定技術(shù) 我國煤礦大多數(shù)是瓦斯礦井，其中高瓦斯和瓦斯突出礦井約占 42%，瓦斯事故是煤礦生產(chǎn)中最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。 回漿管為 1 吋塑料管。 （ 5） 注漿 配制漿液： 425 硅酸鹽水泥，加入適量膨脹劑、鋁粉、檸檬酸、碳酸鋅等。 3 煤瓦斯參數(shù)及突出參數(shù)測定 瓦斯含量測定 煤層瓦斯含量是計(jì)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，所以準(zhǔn)確測定煤層瓦斯含量是很重要的。 采集新鮮煤樣，先進(jìn)行工業(yè)分析，分析結(jié)果見表 22。 瓦斯放散初速度 ?P 測定 瓦斯放散初速度△ P 是預(yù)測煤與瓦斯突出危險性的指標(biāo)之一，該指標(biāo)反映了含瓦斯煤放散瓦斯快慢的程度。其中Δ h2為鉆屑解吸 2 分鐘時， U型水柱 計(jì) 的讀數(shù)。 S≥ 6kg/m時為突出危險工作面。該方法的判定指標(biāo)如表 210 所示。本課題中利用礦山統(tǒng)計(jì)法對 3 煤深部瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測。 需要注意的是，在工作面開采初期，由于瓦斯涌出尚未達(dá)到正常狀態(tài)，在該段時間內(nèi)的測定數(shù)據(jù)不在統(tǒng)計(jì)分析中應(yīng)用；在采煤不正常的情況下測得的瓦斯涌出量，以及地質(zhì)變化帶采區(qū)瓦斯涌出量變化很大的情況下測得的瓦斯涌出量，均不能在統(tǒng)計(jì)分析中應(yīng)用；在實(shí)施瓦斯抽放的工作面，確定瓦斯涌出量時，還應(yīng)考慮抽放的瓦斯量；利用尾巷排瓦斯時，其排放量也應(yīng)考慮在內(nèi)。在官莊向斜處， 3 煤上覆一層含礫石粘土層，厚 ，具有良好的隔水隔氣性能。 岱河礦采空區(qū)頂板冒落及瓦斯涌出規(guī)律和瓦斯 治理研究報(bào)告 22 3 采空區(qū)頂板冒落規(guī)律相似模擬實(shí)驗(yàn)研究 為了提高高位鉆孔瓦斯抽放效果，最根本的辦法是研究采空區(qū)頂板冒落規(guī)律，根據(jù)采空區(qū)頂板裂隙生成、冒落情況對抽放工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而提高抽放效果，治理瓦斯。 模型各巖層的力學(xué)參數(shù)與相似材料配比如 表 31。模型中采高 3cm、 循環(huán)進(jìn)尺 1cm，以模擬現(xiàn)場的實(shí)際推采過程。模型尺寸（長寬高）為 250 20 120cm。 相似條件確定 考慮現(xiàn)場工作面長度和所要研究的內(nèi)容， 模擬選用 平面模型架。 ② 測定 了 3 煤層的瓦斯含量、煤的堅(jiān)固性系數(shù) f、瓦斯放散初速度 ΔP、 鉆屑解吸指數(shù) K1值和 最大鉆屑量 Smax值、瓦斯吸附常數(shù) 等 參數(shù) 。 一水平相對瓦斯涌出量梯度： (m3/t)/m 二水平相對瓦斯涌出量梯度： (m3/t)/m 三水平相對瓦斯涌出量梯度： (m3/t)/m 全部工作面相對瓦斯涌出量平均梯度： (m3/t)/m 全礦 3 煤相對瓦斯瓦斯涌出量和標(biāo)高的關(guān)系方程為： q = H – 岱河礦采空區(qū)頂板冒落及瓦斯涌出規(guī)律和瓦斯 治理研究報(bào)告 20 y = + 0123456250 200 150 100 50 0標(biāo)高 （ m )相對瓦斯涌出量（m3/t) 圖 26 3煤一水平工作面瓦斯相對涌出量和標(biāo)高線性回歸曲線 y = 0123456789400 300 200 100 0標(biāo)高 （ m ）相對瓦斯涌出量（m3/t) 圖 27 3煤二水平工作面瓦斯相對涌出量和標(biāo)高線性回歸曲線 y = 02468101214400 350 300標(biāo)高 ( m )相對瓦斯涌出量（m3/t) 圖 28 3煤三水平工作面瓦斯相對涌出量和標(biāo)高線性回歸曲線 岱河礦采空區(qū)頂板冒落及瓦斯涌出規(guī)律和瓦斯 治理研究報(bào)告 21 y = 02468101214500 400 300 200 100 0標(biāo)高 （ m )相對瓦斯涌出量（m3/t) 圖 29 3煤全部工作面瓦斯相對涌出量和標(biāo)高線性回歸曲線 式中 ： H —— 標(biāo)高， m q —— 相對瓦斯涌出量， m3/t。而線性回歸法相對復(fù)雜，可利用線性回歸計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，精度較高。因此應(yīng)總結(jié)研究瓦斯賦存狀況和瓦斯涌出規(guī)律，為礦井通風(fēng)和瓦斯管理提供依據(jù)。只有全部指標(biāo)達(dá)到 或 超過其臨界值方可劃分突出煤層。 K1值用 WTC 瓦斯突出參數(shù)儀測定。然后將已吸附瓦斯的煤樣與真空小球相通，使瓦斯放散，并記時，10s 后切斷相通，記錄瓦斯壓力值 P1（ mmHg 柱）， 45s 時恢復(fù)相通， 60s 時切斷 ，記錄瓦斯壓力 P2（ mmHg 柱），則瓦斯放散初速度△ p 為： P=P2–P1 表 24 列出了 3 煤煤樣瓦斯放散初速度△ P 測定結(jié)果。煤層瓦斯含量包括游離瓦斯和吸附瓦斯。先在 70186。 （ 8） 瓦斯壓力觀測 定期觀測瓦斯壓力，直至瓦斯壓力穩(wěn)定為止。 （ 3） 安裝注漿管 注漿管為 1 吋鐵管，長 1m，帶有閥門和高壓膠管快速接頭，以便和注漿泵相 連。封孔工藝如圖 23。 煤層穩(wěn)定，厚度較大， 0~；平均 左右，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有夾矸 1~4 層，局部 5 層以上；其中，尤以三水平馬莊向斜最為明顯。本次把 4煤層間距小于 4 煤層合并于 3 煤層參與儲量計(jì)算，大于 4 煤 層 單獨(dú)計(jì)算。由于巖床、巖墻在井田內(nèi)廣泛分布，使巖墻附近由遠(yuǎn)及近煤的變質(zhì)程度逐漸變高，以次出現(xiàn)了貧煤、瘦煤、焦煤、無煙煤、天然煤，且呈南北向條帶分布，巖漿侵入使井田內(nèi)煤種復(fù)雜，煤類齊全。 NNE 向斷裂 本組斷裂在井田內(nèi)較發(fā)育，傾角一般為 30186。南部轉(zhuǎn)折端傾角達(dá) 30186。 左右，并向北延深至Ⅱ 4 采區(qū)，煤層傾角西部北部較小，為 5186。 一、褶曲 官莊向斜 位于井田北部，為一封閉式的向斜盆地，構(gòu)造形態(tài)為一“柿”狀，向斜軸向?yàn)?180 186。 下段為本井田最主要的含煤段，厚 50～ 70m，平均 58m左右。礦井經(jīng)改造后核定能力為 90 萬噸 /年。 礦井地質(zhì)概況 岱河煤礦位于淮北煤田濉蕭礦區(qū)閘河向斜中段之西翼。 研究 與 實(shí)驗(yàn)方法 （ 1） 3 煤瓦斯賦存規(guī)律和涌出規(guī)律研究 1） 搜集了 3 煤瓦斯壓力 資料 ，取煤樣進(jìn)行吸附常數(shù) a、 b 值的測定，計(jì)算瓦斯含量； 2） 研究 3 煤地質(zhì)構(gòu)造，包括斷層、褶皺，綜合分析瓦斯賦存規(guī)律； 岱河礦采空區(qū)頂板冒落及瓦斯涌出規(guī)律和瓦斯 治理研究報(bào)告 4 3） 搜集整理 3 煤所有已經(jīng)回采工作面瓦斯涌 出資料，通過回歸分析求得瓦斯涌出梯度，并研究瓦斯分布涌出規(guī)律； （ 2） 采空區(qū)頂板冒落規(guī)律研究 1） 在實(shí)驗(yàn)室根據(jù)頂板巖性建立礦壓試驗(yàn)?zāi)Ｐ停^察頂板冒落規(guī)律； 2） 測定支架工作阻力，研究采空區(qū)頂板老頂來壓規(guī)律和步距； 3） 采用關(guān)鍵層理論，結(jié)合實(shí)驗(yàn)、觀測結(jié)果，研究頂板冒落規(guī)律。 具體情況見煤巖層綜合柱狀圖 。三四煤層為合并分叉狀態(tài)，層間距自東向西逐漸變厚為 ～ ，平均 。 研究的意義 瓦斯爆炸事故不僅造成大量人員傷亡，而且還會嚴(yán)重摧毀井巷設(shè)施，因此研 究瓦斯賦存和涌出規(guī)律、研究瓦斯綜合治理措施，防止瓦斯事故，具有重要的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。高位鉆孔瓦斯抽放又稱頂板裂隙帶抽放，主要作用是以工作面回采采動壓力形成的頂板 裂隙作為通道來抽放瓦斯，并且減小上鄰近層瓦斯涌向工作面的可能性，同時，對采空區(qū)下部的瓦斯起到拉動作用，減少采空區(qū)瓦斯向工作面的涌出量和上隅角的瓦斯含量。 岱河礦采空區(qū)頂板冒落 及瓦斯涌出規(guī)律和瓦斯治理 研究 項(xiàng)目 研究報(bào)告 淮北礦業(yè)集團(tuán)公司 岱河煤礦 淮北礦業(yè)集團(tuán)公司 通風(fēng)處 中國礦業(yè)大學(xué) 目 錄 1 前 言 .................................................................................................................................... 1 研究現(xiàn)狀及意義 .............................................................................................................. 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ....................................................................................................... 1 研究的意義 ............................................................................................................... 1 工作面地質(zhì)及生產(chǎn)技術(shù)條件 .......................................................................................... 2 煤層賦存條件 ........................................................................................................... 2 頂?shù)装鍘r性及煤層厚度情況 ................................................................................... 2 工作面生產(chǎn)技術(shù)條件 ............................................................................................... 2 研究內(nèi)容及技術(shù)路線 ...................................................................................................... 2 主要研究內(nèi)容 ........................................................................................................... 2 研究目標(biāo) ................................................................................................................... 2 研 究與實(shí)驗(yàn)方法 ....................................................................................................... 3 2 三煤瓦斯賦存規(guī)律和涌出規(guī)律研究 ...........................................................................