【文章內(nèi)容簡介】 有一定的規(guī)律性，仍劃分塊段闡述如下 ：①東部塊段（11—12 線～F 32間）：主要包括Ⅰ水平五、七采區(qū)及Ⅱ水平河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）15三采區(qū)。本塊段內(nèi)斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，大中型斷層計 13條，斷層走向以 NE和近 SN向為主，另有層間斷層 3條。根據(jù)已經(jīng)開拓的五采區(qū)生產(chǎn)揭露資料來看，中小斷層發(fā)育，在 2m以上落差斷層 16條。主要特點是：斷層兩側(cè)煤巖層走向及煤厚變化較大；拖曳牽引現(xiàn)象明顯，幅度較大，影響范圍在 10～25m 之間。? ②中部塊段（F 7～11—12 線間）：主要包括Ⅱ一和Ⅱ二采區(qū)及已經(jīng)報廢的三、一、二、四采區(qū)。為井田內(nèi)構(gòu)造最為簡單的塊段，發(fā)育大中型斷層僅7條，走向以 NE為主。結(jié)合實際揭露資料及區(qū)域內(nèi)斷層走向小玫瑰花圖看出，塊段內(nèi)中部Ⅰ、Ⅱ采區(qū)構(gòu)造比較簡單，兩側(cè)采區(qū)構(gòu)造相對復(fù)雜，落差 10m以上的斷層以四采區(qū)最為發(fā)育，斷層走向多組，但 NNE向相對占優(yōu)勢，見圖 33。該塊段內(nèi)影響 10煤層開采的主要因素是煤厚變化及落差小于 5m的中小型構(gòu)造。圖 33 中部采區(qū)小斷層玫瑰花圖③西部塊段（F7～井田西界）：主要包括六、八采區(qū)。斷層走向以 NE向斜切斷層為主，斷層發(fā)育密度 ，從區(qū)域內(nèi)斷層走向小玫瑰花圖反映的優(yōu)勢斷層走向方向看，西部采區(qū)斷層走向變化較大，規(guī)律性較差，見圖34。從 10m以上斷層擺布及組合分析，西部采區(qū)仍以 NE向斜切斷層為主，但增加了 NW向及煤層走向方向的斷裂，尤其是Ⅱ六采區(qū)，在 7條 10m以上斷層，構(gòu)造極為復(fù)雜，但Ⅲ水平卻相對簡單些。河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）16圖 34 西部采區(qū)小斷層玫瑰花圖 煤層煤質(zhì)特征本區(qū)煤的變質(zhì)作用類型以區(qū)域變質(zhì)為主，煤層的工業(yè)牌號屬 1/3焦煤，煤質(zhì)較穩(wěn)定，僅個別鉆孔出現(xiàn)氣煤或肥煤。其中 10煤層原煤灰分最低，灰分產(chǎn)率在 ～%之間，平均為 %。屬低中灰煤。各煤層精煤灰分產(chǎn)率大大低于原煤，平均多在 6%～12%之間。各可采煤層灰分分布特征如下：圖 25 各煤層原煤灰分產(chǎn)率分布頻率18 0510152025303510 9 8 7 6 5 4 3煤 層Ad(%)原 煤 精 煤河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）1710煤層井田西部以低灰為主,一般為 11～14%，次為中灰，少數(shù)為特化灰；井田中部主要為中低灰，一般在 15%左右，部分為富灰；井田東部以低灰為主,一般在 5～16%,次為中灰,個別為富灰。其變化規(guī)律如圖 3－6。煤層揮發(fā)分產(chǎn)率一般在 36%左右,個別為 33～34%,沿走向和傾向變化不大。80 DHZFF35F14 ZFF4DHF3FH FHTDTDTD主 井西 部 井 朱仙莊礦NDH DHF36F29F3F30 F8F71 F7 F6F62F63FD7 FD10F51FD3F47井 眼斷 層富 灰中 灰低 灰特 低 灰圖 36 10煤層灰分分布特征 煤體結(jié)構(gòu)特征煤體結(jié)構(gòu)研究是瓦斯地質(zhì)學(xué)的重要內(nèi)容，在瓦斯含量和地應(yīng)力條件具備的前提下，煤體結(jié)構(gòu)控制著瓦斯的突出。要發(fā)生煤與瓦斯突出，就必須具有高瓦斯含量、高應(yīng)力（包括地應(yīng)力、上覆巖層靜壓力、采礦生產(chǎn)誘導(dǎo)壓力）和一定厚度的軟煤分層。根據(jù)煤層的結(jié)構(gòu)破壞特征，煤體結(jié)構(gòu)可區(qū)分為四類：原生結(jié)構(gòu)煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤，其中后三種稱“構(gòu)造煤” ，而后兩種則為軟煤。煤體結(jié)構(gòu)的分類特征見表 31。據(jù) 勘 探 階 段 巖 心 描 述 ， 10煤 層 屬 于 中 厚 煤 層 ， 常 含 1～ 2層 夾 矸 ， 有 軟 硬分 層 ， 軟 分 層 以 碎 粒 狀 和 鱗 片 狀 為 主 。 另 據(jù) 井 下 觀 測 及 采 煤 樣 進(jìn) 行 實 驗 室 分 析 ，軟 煤 f值 一 般 為 ～ ， P最 大 達(dá) 到 ， 基 本 上 可 認(rèn) 定 為 表 中 的?Ⅲ 、 Ⅳ 類 “構(gòu) 造 煤 ”， 即 軟 煤 。大量的生產(chǎn)和科研實踐表明，由于“構(gòu)造煤”特別是軟煤自身具有高吸附河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）18能力、高瓦斯含量、低滲透性、高瓦斯解吸速率及低強度等特點，所以煤與瓦斯突出多發(fā)生在有軟煤分布的區(qū)域。蘆嶺井田的這種軟煤與較硬夾矸互層的煤體結(jié)構(gòu)便是容易造成煤與瓦斯突出的便利條件。表 31 煤 體 結(jié) 構(gòu) 分 類型號 類 型賦存狀態(tài)和分層特點光澤和層理 煤體破碎程度裂隙、揉皺發(fā)育程度手試強度Ⅰ原生結(jié)構(gòu)煤層狀、似層狀與上下分層整合接觸煤巖類型界限清晰，原生條帶狀結(jié)構(gòu)明顯呈現(xiàn)較大保持棱角狀塊體，塊體間無相對位移內(nèi)外生裂隙均可辨認(rèn)，未見揉皺鏡面捏不動或呈厘米級塊Ⅱ碎裂煤層狀、似層透鏡狀，與上下分層呈整合接觸煤巖類型界限清晰，原生條帶結(jié)構(gòu)斷續(xù)可見呈現(xiàn)棱角狀塊體，但塊體間已有相對位移煤體被多組互相交切的裂隙切割，未見揉皺鏡面可捻搓成厘米、毫米級碎粒或煤粉Ⅲ碎粒煤透鏡狀、團(tuán)塊狀，與上下分層呈構(gòu)造不整合接觸光澤暗淡、原生結(jié)構(gòu)遭到破壞煤被捻搓碎，主要在 1 毫米級以上粒級構(gòu)造鏡面發(fā)育易捻搓成毫米級碎?；蛎悍邰裘永饷很浢簶?gòu)造煤透鏡狀、團(tuán)塊狀，與上下分層呈構(gòu)造不整合接觸光澤暗淡、原生結(jié)構(gòu)遭到破壞煤被捻搓碎得更小，主要在1 毫米級以下粒級構(gòu)造、揉皺鏡面發(fā)育極易捻搓成粉末或粉塵河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）19 頂?shù)装鍘r性及煤厚變化（1）煤層頂?shù)装鍘r性10煤層頂板以灰白色中粒砂巖為主，細(xì)砂巖、泥巖次之。由于構(gòu)造影響，煤層頂板多破碎，裂隙發(fā)育，尤其是 9煤，頂板極其破碎，且頂?shù)装灏纪共黄剑焕谏a(chǎn)管理，給頂板管理造成很大困難。按《規(guī)程》有關(guān)規(guī)定，煤層頂?shù)装寰C合評定為Ⅲ類。井田中部，10 煤層受古河流沖蝕較嚴(yán)重，頂板常為灰白色厚層狀中、粗砂巖，局部出現(xiàn)礫巖或含礫砂巖，厚度多在 3～10m，泥質(zhì)膠結(jié)，遇水易松散。正常沉積形成的頂板為灰色泥巖或粉砂巖，厚度 2～5m，偽頂厚 0～，局部(1010 采區(qū))出現(xiàn)厚達(dá) 2m，為薄層狀夾煤線的炭質(zhì)泥巖，頂板多含植物葉片化石。從 10102 和 1010采區(qū)看，10 煤頂板還常發(fā)育有一層似底板的葉片狀砂巖，厚度多在 2～4m，但較底板葉片狀砂巖軟，內(nèi)夾細(xì)而直的灰白色砂巖條帶，層理界線清晰，無底棲動物通道，也不含菱鐵結(jié)核；底板的咔炸狀砂巖是深灰色泥巖中夾細(xì)砂巖條帶，頂板的葉片狀砂巖是灰白色細(xì)砂巖中夾深灰色泥巖條帶，是二者最明顯的區(qū)別標(biāo)志。中、粗粒砂巖或粉砂巖頂板較平整，穩(wěn)定性較好，局部凹凸不平,裂隙不太發(fā)育，屬Ⅱ類頂板；泥巖或葉片狀砂巖頂板則凹凸不平，裂隙發(fā)育，還經(jīng)常出現(xiàn)一些有一定分布規(guī)律的溝槽、陡坎、槽坎，其間多平行排列，延展長度一般在 10～40m,采掘工作面頂板管理較困難，易冒頂，屬Ⅲ類頂板。10 煤老頂多為厚層狀砂巖，間夾泥巖、粉砂巖；底板為灰色塊狀泥巖或粉砂巖,厚 1～3m,富含植物根莖化石。由圖中看出，井田的西部泥巖頂板分布明顯廣于中部和東部，特別是在煤層的中、深部地帶。所以西部四、六、八采區(qū)具有更好的煤層瓦斯保存條件，特別是分層開采頂分層時，西部采區(qū)瓦斯涌出量必定會明顯高于開采中、東部采區(qū)，這種影響將在Ⅱ、Ⅲ水平反映更加顯著。（2）煤層厚度及其變化據(jù)統(tǒng)計，突出點常分布在煤層厚度大和煤厚變化大的部位。其中，煤層厚度及其變化對突出危險程度的影響已經(jīng)為大量的突出資料所證實。主要原因是：①煤層厚度的大小與生成的瓦斯量多少有關(guān)。②厚煤帶為瓦斯的儲集提供了場所，一些礦井煤層厚，突出點常分布在煤河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）20層厚度大和煤厚變化大的部位。突出危險程度的差異與煤厚及其變化的關(guān)系有以下幾種表現(xiàn)形式：①在煤層厚度較穩(wěn)定的多煤層礦井，各煤層的突出危險性決定于煤層的厚度，隨著煤層厚度增大，突出危險性增加。②在煤層厚度變化大的礦井，突出多發(fā)生在厚煤地段和煤厚變化帶。凸透鏡狀煤包和被薄煤帶包圍的厚煤地段的突出危險性大。③在煤層厚度變化較大的多煤層礦井，不同煤層相比較，突出危險性隨煤厚變化的增大而增強。煤厚變化大的塊段比變化小的塊段度變化時，瓦斯絕對涌出量也呈明顯的正比例變化。③煤層厚度變化造成了瓦斯分帶上的差異。煤厚變化的梯度在一定程度上反映了瓦斯的變化梯度，從而造成了瓦斯突出點的不均衡性。由此總體分析，井田內(nèi) 10煤層厚度及其變化具有如下規(guī)律:10 煤層為中厚煤層，全區(qū)普遍發(fā)育，是煤礦主要可采煤層。煤層400m 水平以上厚度較穩(wěn)定，變化不大，400m 水平以下，F(xiàn)7 斷層以西厚度較穩(wěn)定，一般為～，F(xiàn)7 斷層以東在走向上變化不大，沿傾向上向深部變薄，最薄點僅，呈東薄西厚變化（見圖 2－2） 。 瓦斯地質(zhì)單元的劃分劃分瓦斯地質(zhì)單元的研究思路是瓦斯地質(zhì)區(qū)劃論，即地質(zhì)條件控制瓦斯賦存和瓦斯突出的分布。具體可表達(dá)為以下方面：①瓦斯賦存和瓦斯突出的分布是不均衡的，具有分區(qū)、分帶特點；②這種分區(qū)、分帶性與地質(zhì)條件密切相關(guān)，并受地質(zhì)因素的制約；③瓦斯突出分布具有分級控制的特點，不同級別的突出區(qū)域其影響因素不同，因而瓦斯突出預(yù)測的地質(zhì)指標(biāo)也應(yīng)該分級提出。瓦斯地質(zhì)單元的劃分是對某一區(qū)域瓦斯地質(zhì)認(rèn)識的綜合和該區(qū)域瓦斯地質(zhì)特點的集中體現(xiàn)。根據(jù)地質(zhì)條件控制瓦斯分布的觀點，劃分瓦斯地質(zhì)單元的邊界應(yīng)以控制瓦斯分布或突出分布的主導(dǎo)因素的區(qū)劃邊界為主來圈定。綜合以上的分析結(jié)果，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和井田小構(gòu)造的發(fā)育和分布特征是影響和控制蘆嶺井田煤層瓦斯賦存和涌出的主要條件和因素。所以本次研究認(rèn)為以采區(qū)為單位劃分瓦斯地質(zhì)單元是比較合理的，以下各項分析中均以不同采區(qū)為相對獨立的瓦斯地質(zhì)單元進(jìn)行統(tǒng)計、分析，并分別得出各自的探討結(jié)論。河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）214 瓦斯涌出規(guī)律及預(yù)測瓦斯涌出量是指礦井在建設(shè)和生產(chǎn)過程中從煤與巖石內(nèi)涌出的瓦斯量。瓦斯涌出量有兩種表達(dá)行式：絕對涌出量和相對涌出量。瓦斯除了來自開采煤層外還來自鄰近層和圍巖的瓦斯，所以絕對瓦斯量一般要比相對量大。瓦斯涌出一般受開采深度、開采規(guī)模、開采順序與開采方法、生產(chǎn)工藝、煤巖的瓦斯含量、采空區(qū)的密閉質(zhì)量、采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)和風(fēng)量變化、地面大氣壓的變化等因素的影響。（1）煤堅固性系數(shù)煤的堅固性系數(shù)是一個反映煤體抵抗外力作用能力的綜合指標(biāo)，它取決于煤的組成成分、煤級、煤體結(jié)構(gòu)等。這種方法是建立在脆性材料破碎遵循破碎材料面積力能學(xué)說的基礎(chǔ)上形成的，即“脆性材料被破碎時所消耗的功與其所增加的表面積的 n 次方（一般 n=1）成正比。根據(jù)這一原理，目前通常采用落錘法進(jìn)行煤堅固性系數(shù)的測定，并按下式計算：式中： ——煤的堅固性系數(shù)；f ——落錘次數(shù)（對于Ⅰ、Ⅱ類煤 n=5；對于Ⅲ、Ⅳ類煤 n=3） ；n ——5份煤樣粉末總高度，mme在瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究與瓦斯突出預(yù)測中，f 值是一個有效指標(biāo)，它定量地反映了煤體結(jié)構(gòu)和煤體強度。f 值越大，煤體結(jié)構(gòu)相對越完整，突出危險性越??；反之突出危險性越大。據(jù)已經(jīng)發(fā)生的突出記錄卡片描述，所有的煤與瓦斯突出均發(fā)生在具有軟煤的部位，這些地點 f值介于 ～ 之間。另外，根據(jù)目前掌握的現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)顯示，蘆嶺井田 10煤的 f值均介于 ～ 之間，而且大都小于，本次實測值均小于 ，屬于有突出危險性范圍，見表 41。（2）吸附常數(shù) ab值的確定煤與瓦斯有著極強烈的親和作用，瓦斯在煤中的賦存狀態(tài)通常認(rèn)為有三種形式：游離態(tài),吸附態(tài)和吸收態(tài)（溶解態(tài)） 。其中保存在煤中的瓦斯有enf20?河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）22100%～90%。表 41 蘆嶺井田 10煤層堅固性系數(shù)測試結(jié)果表以上呈吸附態(tài)存在，因此對吸附瓦斯的研究非常重要。目前最常用的描述吸附態(tài)瓦斯的理論是單分子層理論，即 CH4分子在煤體表面的吸附以單分子層排列，并處于動態(tài)吸附平衡狀態(tài)。其定量表達(dá)方程是朗格繆爾方程 1abpW??中：W——在一定溫度下對應(yīng)于某個瓦斯壓力的煤層瓦斯吸附量，m 3/t； P——絕對瓦斯壓力，Mpa； a、b——吸附常數(shù)，a 值的含義是理論上煤的最大瓦斯吸附能力，m3/t；b 值為達(dá)到最大吸附能力時瓦斯壓力的倒數(shù)，Mpa 1。煤對瓦斯的吸附量取決于溫度和壓力，溫度越高壓力越低，瓦斯吸附量越小；反之則越大。因此在進(jìn)行吸附常數(shù)測定時，要限定溫度，即要使整個吸附過程保持等溫狀態(tài)。一般取實驗溫度為 30 。本次在Ⅱ10109 軌道巷鉆孔采C?樣進(jìn)行了瓦斯吸附實驗，測得瓦斯吸附常數(shù) a=，b=，瓦斯吸附等溫線見圖 41示。 采樣地點Ⅱ1012Ⅱ1012Ⅱ1014Ⅱ10231010610106風(fēng)巷10108機巷 *10108采面 *Ⅱ1082軌巷鉆孔 *f值 ?17 30 16185。 193。166。 (MPa)510520530205。223。203。185。206。252。184。189。193。191。Q(m /)河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）23圖 41 瓦斯吸附等溫線煤對瓦斯的吸附能力主要取決于煤的物質(zhì)組成、孔隙特征、煤級、水分含量等。吸附常數(shù)作為瓦斯突出危險性預(yù)測指標(biāo)并不十分有效，但由于