【文章內(nèi)容簡介】 8 大黃山礦瓦斯地質(zhì)剖面圖 個別礦井的煤層 ， 隨著埋藏深度的增大 ， 瓦斯涌出量反而相對減小 。例如徐州礦務(wù)局大黃山礦位處較淺的有限煤盆地 ， 煤層傾角大 ， 在新老不整合面上有厚層低透氣性蓋層 。 當從盆地四周由淺部向深部開采時 ，瓦斯涌出量隨著開采深度增加而減小 。 煤田的暴露程度 暴露式煤田 ， 煤系地層出露于地表 ， 煤層瓦斯往往沿煤層露頭排放 ， 瓦斯含量大為減少 。 隱伏式煤田 ， 如果蓋層厚度較大 ， 透氣性又差 ， 煤層瓦斯常積聚儲存；反之 ， 若覆蓋層透氣性好 ， 容易使煤層中的瓦斯緩慢逸散 ， 煤層瓦斯含量一般不大 。 在評價一個煤田的暴露情況時 ， 不僅要注意煤田當前的暴露程度 ， 還要考慮到成煤后整個地質(zhì)時期內(nèi)煤系地層的暴露情況及瓦斯風(fēng)化過程的延續(xù)時間 。 紅陽三井地質(zhì)剖面圖 例如 ， 紅陽煤田三井開采石炭二疊系煤層 ， 煤層露頭上部有巨厚的侏羅系及第三 、 第四系沉積地層覆蓋 ， 13號煤層隱伏露頭的埋藏深度達700～ 1100m。 自 778孔向西至隱伏露頭 ， 煤層瓦斯含量均在 2m3/t以下 ，而向東至 856孔 ， 煤層瓦斯含量增大至 15m3/t。 水文地質(zhì)條件 地下水與瓦斯共存于煤層及圍巖之中 ,由于地下水的運移 ， 一方面驅(qū)動著裂隙和孔隙中瓦斯的運移 ， 另一方面又帶動溶解于水中的瓦斯一起流動 。 盡管瓦斯在水中的溶解度僅為 1～ 4%， 但在地下水交換活躍的地區(qū) ，水能從煤層中帶走大量的瓦斯 ， 使煤層瓦斯含量明顯減少 。 因此 ， 地下水的活動有利于瓦斯的逸散 。 遍布湘中及湘東南地區(qū)的龍?zhí)睹合?， 煤系下伏地層為茅口灰?guī)r ， 屬巖溶裂隙發(fā)育的強含水層 。 由于在形成過程中沉積環(huán)境的差異 ， 明顯地分為 “ 南型 ” 和 “ 北型 ” 。 “ 北型 ” 的茅口灰?guī)r與上部煤層間距 0～ 10m，礦井涌水大于 1000m3/h， 形成一些水大瓦斯小的礦井 ； “南型 ” 的茅口灰?guī)r與煤層的間距增大為 300～ 400m， 礦井涌水量小于 1003/h， 各生產(chǎn)礦井均為高瓦斯和突出礦井 。 漣邵煤田瓦斯地質(zhì)圖 4 礦井瓦斯涌出量預(yù)測研究 現(xiàn)有的礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法 從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀來看，礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法可分為兩類：一類是建立在數(shù)理統(tǒng)計基礎(chǔ)上的礦山統(tǒng)計法，這種方法依據(jù)礦井瓦斯涌出量隨開采深度變化的統(tǒng)計規(guī)律，外推到預(yù)測的新區(qū)；另一類是以煤層瓦斯含量為基本預(yù)測參數(shù)的瓦斯含量法。 1）礦山統(tǒng)計法 （ 1）瓦斯梯度法 所謂瓦斯梯度 ， 是指甲烷帶內(nèi)相對瓦斯涌出量平均每增加1m3/t時深度的增加量 。 a H Hq q? ??2 12 1 q0 q1 q2 q H H2 H1 H0 式中 H H2——瓦斯風(fēng)化帶以下兩次測定涌出量的深度 ， m， H2＞ H1； q q2——對應(yīng)于 H H2的相對瓦斯涌出量 ， m3/t。 利用求得的瓦斯梯度 ， 可對深部的瓦斯涌出量進行預(yù)測： 11HHaqq???11HHqqa???式中 q——待求深度的相對瓦斯涌出量 ， m3/t； H——對應(yīng)于 q的深度 ， m。 （ 2） 一元回歸法 如果已采區(qū)域內(nèi)有比較多的瓦斯涌出量實測數(shù)據(jù)，采用回歸分析方法建立瓦斯涌出量對深度的一元線性回歸方程，可得到更高的預(yù)測精度。 瓦斯涌出量實測數(shù)據(jù) 單元 編號 開采深度 H （ m） 相對瓦斯涌出量 q (m3/t) 1 180 2 320 … … … n 420 1 22( ) ( ) /( ) /H q H q nbH H n???? ? ??? 01b q b H??H q b0 q=b0+b1H ? 統(tǒng)計檢驗 相關(guān)系數(shù)： 2 2 2 2( ) ( ) / ,( ) / ( ) /H q H q nrH H n q q n??? ? ? ???? ? ? ?? ? ?? ? ? ?10 ??r q H ? 曲線回歸 令： Hbbq ????? 10Hbbq lglglg 10 ??lg ,qq?? lgHH??則： 00log ,bb? ? q H 10 bHbq ? 2）瓦斯含量法 這種方法以煤層瓦斯含量為基本的預(yù)測參數(shù)，通過計算井下各涌出源的瓦斯涌出量 。得到礦井或某一預(yù)測范圍的瓦斯涌出量預(yù)測值。 （ 1）礦井瓦斯涌出來源 礦井瓦斯的涌出來源如圖所示，包括 7個基本涌出源： 開采煤層瓦斯涌出 礦井瓦斯涌出 生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出 已采采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出 回采工作面瓦斯涌出 生產(chǎn)采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出 掘進巷道瓦斯涌出 鄰近煤層瓦斯涌出 圍巖瓦斯涌出 巷道煤壁瓦斯涌出 掘進落煤瓦斯涌出 礦井瓦斯涌出來源 a. 開采煤層瓦斯涌出 開采煤層瓦斯涌出量的大小主要受以下一些因素的影響： 煤層瓦斯含量 煤層瓦斯含量越大 ， 涌出的瓦斯量越多 。 煤的殘存瓦斯含量 煤中的瓦斯全部解吸需要較長的時間 。 煤炭運至地表后仍然含有部分瓦斯 。 運至地表后單位重量的煤中所含的瓦斯量稱為煤的殘存瓦斯含量 。 殘存瓦斯含量的大小主要與煤的變質(zhì)程度有關(guān) 。通常 ， 煤的變質(zhì)程度越高 ， 其殘存瓦斯含量越大 ， 這是由于不同變質(zhì)程度的煤其孔隙結(jié)構(gòu)不同 。 煤層厚度與采高的比值 相對瓦斯涌出量是根據(jù)絕對瓦斯涌出量和采出的煤量計算的 。 如果煤層厚度大 ， 不能一次采全高 ， 沒有采出的煤也會向采掘空間涌出瓦斯 。 所以 ， 煤層厚度與采高的比值越大 ， 相對瓦斯涌出量也越大 。 掘進巷道排放瓦斯的影響 工作面回采之前 ，已掘進的回風(fēng)巷和運輸巷會使工作面內(nèi)沿巷道方向形成一定寬度的瓦斯排放帶 。 瓦斯排放帶越寬 ， 回采過程中涌出的瓦斯量將越小 。 工作面丟煤的影響 回采工作面的煤并不能全部開采出來 ， 都用一定的回采率 。 丟失在工作面內(nèi)的煤也會涌出瓦斯 。 而相對瓦斯涌出量是根據(jù)采出的煤量計算的 ， 所以工作面丟煤越多 ， 相對瓦斯涌出量越大 。 b. 圍巖的瓦斯涌出 煤層的圍巖中也含有一定數(shù)量的瓦斯 ， 它們以游離狀態(tài)存在于圍巖的孔隙和裂隙之中 。 煤層開采過程中 ， 圍巖中的瓦斯會很快從巖層中涌出 。 但由于圍巖的瓦斯含量目前還難以準確測定 ， 因而煤層圍巖的瓦斯涌出量通常采用比例系數(shù)來估算 ， 一般按開采層涌出量的 5%25%估算煤層圍巖的瓦斯涌出量 。 （ 2）前蘇聯(lián)提出的預(yù)測公式 開采煤層 （ 包括圍巖 ） 相對瓦斯涌出量 qk 301 2 3 0 1( ) ( ) , /kmq k k k x x m tm? ? ? ? ?? ??式中 k1——圍巖瓦斯涌出系數(shù) 。 全部陷落法管理頂板 ， k1=； 局部充填法 ， k1=； 全部充填法 ， k1=； m0——煤層厚度 ， m； m——煤層采高 ， m； k2——掘進巷道瓦斯排放系數(shù) ， k2=(L2h)/L。 前進式開采時 ， k2=(L+2h+2b)/(L+2b)。 L——采煤工作面長度 ， m； h——瓦斯排放帶寬度 ， 無 煙煤及貧煤 h=10m， 瘦煤及焦煤 h=14m， 其它煤種 h=18m； k3——煤柱瓦斯涌出系數(shù) ， k3=∑l/L； ∑l——煤柱沿傾斜方向的寬度 ， m； L——同上； x0——煤層瓦斯含量 ， m3/t； x1——煤的殘存瓦斯含量 ， m3/t。 不同變質(zhì)程度煤的殘存瓦斯含量見下表 。 運到地表的煤中殘存瓦斯含量 煤的揮發(fā)分 Vr(%) 殘存瓦斯含量 x1’(m3/t可燃質(zhì) ) 2~8 12~8 8~12 8~7 12~18