【正文】 （ 3）從瓦斯抽采角度深入研究了煤層特征，全面分析煤層空間展布、形態(tài)、煤質(zhì)、煤體結(jié)構(gòu)、煤孔隙和煤吸附特征，為煤層瓦斯抽采提供了 地質(zhì) 依據(jù)。發(fā)生突出前并非所有特征同時出現(xiàn) ， 往往出現(xiàn)其中一種或某幾種預(yù)兆。 表 93 安陽 部分礦井煤與瓦斯突出參數(shù)情況 礦井 等級 煤層 煤體破 壞類型 △ p f p K 龍山 突出 二 1 Ⅱ ~Ⅲ 38 大眾 突出 二 1 Ⅲ ~Ⅴ 紅嶺 高瓦斯 二 1 Ⅲ ~Ⅴ 12 主焦 高瓦斯 二 1 Ⅲ 從安陽礦區(qū)礦井煤與瓦斯突出參數(shù)看（ 表 93）， 礦井的單項指標(biāo)及綜合指標(biāo)均超出 29 臨界值 ， 突出具有普遍性 。 龍山礦 的始突深度為 +15 標(biāo)高處， 經(jīng)推測 計算該處的 瓦斯 壓力約為 （見表 85，圖 81） ， 大眾煤礦瓦斯壓力在 以上時就有發(fā)生突出的危險。 23 煤與瓦斯突出特征與機(jī)理 一、 煤與瓦斯突出的特征 安陽礦區(qū) 6 對礦井中有 4對為煤與瓦斯突出礦井，其中龍山煤礦突出相對比較嚴(yán)重，也比較典型，故以龍山煤礦煤與瓦斯突出資料為主進(jìn)行分析。龍山煤礦現(xiàn)開采二 1 煤層，礦井充水水源主要為二 1 煤層頂板砂巖水，多以淋水、滴水為主，水量較小，全礦建井至今除頂板淋水外，共發(fā)生頂板突水 6 次，其水量 355 m3/h，宜于疏干。煤層厚度 整體呈現(xiàn)北西薄南東厚的變化規(guī)律，煤層瓦斯含量也隨之呈現(xiàn)規(guī)律性的變化 —— 北西部的主焦、紅嶺至南東部的龍山煤礦，瓦斯含量在增加，同時也加大了煤與瓦斯突出的危險性。 從整體趨勢看， 瓦斯含量總體呈現(xiàn)由西向東沿煤層傾向，隨煤層埋深增加而增高。 位于 F1 斷層以北構(gòu)造 小 區(qū) 內(nèi)的 紅嶺、主焦 兩煤 礦瓦斯較低，瓦斯含量最大值 14 m3/t，平均 ；因為該區(qū)總體是一個地壘構(gòu)造，地層抬升使煤層埋藏深度變淺；區(qū)內(nèi) NNE向正斷層密集發(fā)育， 盡管 從 目前來 看 ， 這些斷層 均 屬壓性、壓扭性 正斷層（ 這是由于喜山期構(gòu)造應(yīng)力為 NEE 向所 導(dǎo)致 ） ， 但 在燕山晚期形成時屬張性，其間使瓦斯部分散失 ，導(dǎo)致瓦斯含量較低 。如礦區(qū)南部 龍山 礦， 煤層底板標(biāo)高同為 500177。 各種測試方法測得的均為可燃基瓦斯含量，而原煤的瓦斯含量要考慮水分和灰分的影響，所以有必要進(jìn)行水分和灰分的校正，把可燃基瓦斯含量換算為原煤瓦斯含量。 地勘鉆孔解吸法在我國應(yīng)用 以來 ，經(jīng)在淮南、淮北、鐵法、陽泉和焦作等礦區(qū)用間接法和實測涌出量反推法驗證，該方法的測定結(jié)果偏小 10%～ 25%。 當(dāng)采用該法測定煤層甲烷含量時，由于煤樣裝罐前，氣體已經(jīng)損失，利用裝罐后所測定的煤層甲烷解吸規(guī)律和煤樣暴露時間推算損失氣體量是該方法的關(guān)鍵。礦井開采二 1 煤層，煤類為無煙煤。南以煤層露頭和老窯開采為界，北部以煤層底板等高線為界。目前井下共布置 4 個采區(qū)， 1 23 采區(qū)為生產(chǎn)采區(qū)， 2 25 采區(qū)為接替采區(qū)，采煤方法為走向長壁傾斜采煤法，回采工藝為炮采。 （ 3） 解吸法 解吸法主要優(yōu)越之處 是 由 專用儀器在孔內(nèi)采樣，改為利用普通煤芯管在孔底鉆取煤芯，當(dāng)煤芯提升至孔口后，裝入密封罐。 (5)煤層甲烷含量計算 煤層甲烷含量是上述各程序放出的氣體量之和同煤樣重量的比值。 瓦斯含量的測試結(jié)果受 測試方法和采樣深度的影響，故地質(zhì)勘探階段的瓦斯含量，為使其更接近于真實值，根據(jù)其測試方法特點和采樣深度，均采取一定的校正系數(shù)。 ② 三個構(gòu)造小區(qū) 從北到南，瓦斯含量由低到高。 綜合分析安陽礦區(qū)瓦斯地質(zhì)條件， 影響煤層瓦斯賦存的主要地質(zhì)因素有地質(zhì)構(gòu)造、煤層埋藏深度、煤的變質(zhì)程度、煤層厚度及其變化、圍巖類型及破碎程度、地下水活動、巖漿巖 等。瓦斯含量相對較低 。進(jìn)一步分析可知，煤儲層本身就是一種高度致密的低滲透性巖層，上部分層和下部分層對中部分層有封蓋作用，煤儲層厚度越大，中部分層煤層瓦斯向頂?shù)装鍞U(kuò)散的路徑就越長，擴(kuò)散阻力就越大，對煤層瓦斯的保存越有利 。從圖 714 可以看出，一般情況下，涌水量大，瓦斯涌出量小。 （ 2）破壞煤層的儲集結(jié)構(gòu)，使煤層喪失儲集能力 這種作用可在兩種情況下出現(xiàn)：一是巖漿熱作用十分強(qiáng)烈，導(dǎo)致煤過渡熱演化。 安陽礦區(qū)由于資料的不完整，無法準(zhǔn)確記錄出其突出礦井的突出頻度，龍山煤礦資料相對完整 ，具體數(shù)據(jù)見表 84。 表 92 預(yù)測煤層突出危險性單項臨界指標(biāo)值 煤 層突出 危險性 煤層 破壞類型 瓦斯放散初速度（ Δp） 煤的堅固性系數(shù)（ f） 煤層瓦斯壓力（ p） 突出危險 Ⅲ 、 Ⅳ 、 Ⅴ ≥10 ≤ ≥ 安陽礦區(qū)在瓦斯治理方面做了大量的工作，采取了許多措施，也取得了一定成效，但是仍然存在煤與瓦斯突出事故、生產(chǎn)效率不高、抽放濃度低等多種制約煤礦高效、安全生產(chǎn)及瓦斯資源利用等問題，針對這些問題，結(jié)合安陽礦區(qū)瓦斯地質(zhì)特征，運用現(xiàn)代地質(zhì)理論提出安陽礦區(qū)瓦斯預(yù)測與治理技術(shù)建議。強(qiáng)烈破壞的松軟煤層，由于強(qiáng)度低，極易發(fā)生煤與瓦斯突出。共選用龍山煤礦以往瓦斯突出資料中的 23 個樣本作為研究對象，突出指標(biāo) 數(shù)據(jù)見表 95。 （ 6） 分析了 龍山煤礦煤與瓦斯 突出的分布 特征、 分布規(guī)律和 突出條件 ， 重點 探索了 突出礦井煤與 瓦斯突出 機(jī)理，認(rèn)為 地質(zhì)構(gòu)造 控制了煤層的變形和構(gòu)造煤的分布， 現(xiàn)代地應(yīng)力與 地質(zhì)構(gòu)造 對 煤與瓦斯突出 起 控制作用 。 （ 1） 灰色關(guān)聯(lián)模型 對一個抽象系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分析，首先要選準(zhǔn)系統(tǒng)行為特征的映射量（反映系統(tǒng)行為特征的數(shù)據(jù)系列），進(jìn)一步明確影響系統(tǒng)行為的有效因素。 區(qū)域預(yù)測的目的就是預(yù)先找出這些具有突出危險和突出威脅的區(qū)域，為煤與瓦斯突出防治提供決策依據(jù)。 表 86 安陽礦區(qū)煤與瓦斯突出類型表 礦井名稱 煤與瓦斯突出情況 總次數(shù)（次） 其中有記錄記載次數(shù)（次） 引突作業(yè)方式 突出 噴出 傾出 放炮 其它 龍山 111 36 2 5 91 20 大眾 8 7 銅冶 23 果園 60 綜上分析，安陽礦區(qū)煤與瓦斯突出 以中小型突出為主要型式，從突出強(qiáng)度、始突深度、突出壓力和突出頻度看介于嚴(yán)重突出與一般突出之間。龍山煤礦所發(fā)生的動力現(xiàn)象數(shù)據(jù)統(tǒng)計見附件一 （ 表 81） 。大量研究表明，巖漿侵入對煤層含氣性具有雙重作用。煤的變質(zhì)程度控制著煤層甲烷的生成量，也是煤內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)、微組分的變化過程，從而影響煤層 甲烷含量。但不完全是線性關(guān)系 (圖 74)， 隨著煤層埋藏深度增加，地壓增加，封閉條件相對變好，煤的甲烷吸附能力變強(qiáng)，游離瓦斯向吸附瓦斯轉(zhuǎn)化，使大量氣體保存下來，但到一定深度，煤層密度加大，孔隙減少，氣體滲透率下降，瓦斯含量的增長幅度減弱，逐漸趨于 平穩(wěn)。同時龍山礦受龍山向斜、馮家垌背斜控制，大眾礦受銅冶背向斜與安林向斜控制，造成瓦斯分布不均衡， 在褶皺 轉(zhuǎn)折端瓦斯含量 較高，這是因為在封閉的條件下，瓦斯向上運移的結(jié)果。又如，龍山瓦斯遞增率為 m3/t/hm，處于177。 以 CH4 成分 80%作為煤層瓦斯風(fēng)化帶的分界線，瓦斯風(fēng)化帶主要分布在煤田淺部地段，形態(tài)和煤層露頭大體一致。在損失氣體量計算中，除該法未考慮煤芯在鉆孔和空氣中解吸規(guī)律的差異及煤樣在鉆孔中解吸的開始時間未準(zhǔn)確確定外，另一個重要原因是采用 t 式造成的。 (2) 氣體解吸規(guī)律測定 煤樣裝罐后與氣體解吸速度測定儀連接，測定煤層甲烷解吸量與時間的關(guān)系。自建礦以來累計開采了 萬噸，礦山平均回采率為 75％。始建于 1969 年， 1978 年簡易投產(chǎn)。 礦井水文地質(zhì)簡單，正常涌水量 180m3/h。鉆具提至地面后，卸下已裝有煤芯的煤芯管，送到實驗室進(jìn)行脫氣，得出煤層甲烷含量。每次脫出氣體后進(jìn)行氣體組份分析。 （ 2）根據(jù)瓦斯含量算出的甲烷百分比與 實測 瓦斯成分之中的甲烷百分比之差大于20%的數(shù)據(jù) 。上述只是對各 井田 煤層瓦斯情況的總體 進(jìn)行了 評價，而對于 不同礦井 ，由于地質(zhì)條件各異，導(dǎo)致其 瓦斯分布 的局部差異。A～ 15176。 二 1 煤層底板巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖互層，以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主 ， 厚度達(dá) 30~50m， 節(jié)理、裂隙不發(fā)育，滲透性差，滲透系數(shù)遠(yuǎn)小于 ，阻水隔氣性能極佳 。見表 75，圖 713。 煤的變質(zhì)程度是決定煤層甲烷生成、儲集的主導(dǎo)因素。根據(jù)強(qiáng)度大小，一般將突出劃分為五種類型，安陽礦區(qū)礦井突出強(qiáng)度見表 83。 龍山礦抽放前絕對涌出量為 5m3/min,抽放后絕對涌出量為 3m3/min；紅嶺礦抽放 前瓦斯?jié)舛?%，抽放后 %。安陽礦區(qū)的龍山、大眾兩礦井大多數(shù)突出都發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶，尤其是向斜構(gòu)造及壓性、壓扭性正斷層所組成的地塹、以及同向正斷層的下降盤和反向正斷層的上升盤。 ② 灰色關(guān)聯(lián)度 關(guān)聯(lián)度由關(guān)聯(lián)系數(shù)演變而來，由于關(guān)系系數(shù) ξ 0 ,j (i)數(shù)目很多，信息不集中，不便于比較，為此，一般將 x0 與 xj 的 m 個關(guān)聯(lián)系數(shù)取平均值 rj， rj 定義為 xj 序列與 x0 序列之間的關(guān)聯(lián)度，即 ??? ni jj inr 1 ,0,0 )(1 ? （ 96） （ 2） 煤與瓦斯突出控制因素的確定 ① 定量 和定性指標(biāo)的確定 以突出強(qiáng)度大小值為母因素，這里對突出強(qiáng)度按定性指標(biāo)給出，評分標(biāo)準(zhǔn)見表 94。建議在此項目基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對突出礦井構(gòu)造應(yīng)力與突出關(guān)系、構(gòu)造煤分布規(guī)律、綜合防突技術(shù)運用，尤其是煤巷快速掘進(jìn)技術(shù)與保障措施做深入研究與實踐。 母因素的觀測值為 ? ?)(,),(,),2(),1( 00000 nykyyyY ???