【正文】 在模型的一側(cè)安裝位移計監(jiān)測開采過程中關(guān)鍵層的位移情況，模型中監(jiān)測關(guān)鍵層位移的測點布置如 表 32。 實驗方法 試驗過程中，模型兩邊各留 40cm 的邊界，以消除邊界效應(yīng)。鋪好后的模型全貌如 圖 31。 模型鋪設(shè)模擬煤層底板 15m；煤層上覆巖層 ，其上部剩余基巖（ ）不鋪設(shè)，以均布載荷形式加載于模型的上邊界，模型加均布荷載 。 模型的鋪設(shè) 采用相似材料鋪設(shè)平面模型來研究采空區(qū)頂板的冒落規(guī)律。由此可以確定模型力學(xué)強度，進(jìn)而確定材料的配比。幾何相似常數(shù) l? 按下式計算： mpl ll /?? （ ） 式中： l? 為幾何相似常數(shù)； pl 為原型長度參量； ml 為模型長度參量。 模擬工作面條件 模擬工作面為岱河礦 3 煤炮采工作面，煤層埋深 411m，工作面長度 150m，煤厚 3m，采高 ，循環(huán)進(jìn)尺 ，日循環(huán)數(shù) 2～ 個。因此采用相似模擬實驗來研究岱河煤礦采空區(qū)頂板冒落規(guī)律。 并分析了 3 煤層高瓦斯區(qū)域分布規(guī)律。 并利用 鉆屑指標(biāo)法分析了Ⅲ 3217工作面突出危險性，發(fā)現(xiàn)Ⅲ 3217 工作面最大鉆屑量和鉆屑瓦斯解吸指標(biāo) K1值均超過突出臨界值。 小結(jié) ① 搜集整理了 3 煤瓦斯壓力狀況 ，得出了 3 煤瓦斯壓力 與標(biāo)高關(guān)系為： P = 。因此煤層蓋層對瓦斯保存有利。其原因均是這些工作面位于官莊向斜，是易儲存瓦斯的地質(zhì)構(gòu)造。 利用該公式可預(yù)測 5 煤三水平瓦斯相對涌出量。但各水平相對瓦斯涌出量梯度不同，梯度也隨深度增加而增加。 根據(jù)以上方法和原則， 3 煤一、二、三水平各工作面瓦斯相對涌出量和 標(biāo)高的關(guān)系、以及全礦各工作面瓦斯相對涌出量和標(biāo)高的關(guān)系如圖 2 2 2 29 所示。 由此可計算工作面月平均相對瓦斯涌出量 q： TQq m? 式中 ： T—— 月產(chǎn)量， t。 某一深度的相對瓦斯涌出量按如下步驟計算，首先 根據(jù)通風(fēng)瓦斯旬報或月報，計算工作面每月絕對瓦斯涌出量平均值： nCni iiCH ??? ??10014 式中 ：4CHQ—— 月平均絕對瓦斯涌出量， m3/min； Qi、 Ci—— 每次測得的工作面風(fēng)量（ m3/min）和風(fēng)流中瓦斯?jié)舛?（ %）； n—— 測定次數(shù)。其中簡易統(tǒng)計法方法簡便，但誤差較大，并且需要瓦斯風(fēng)化帶下部邊界的標(biāo)高。 岱河礦采空區(qū)頂板冒落及瓦斯涌出規(guī)律和瓦斯 治理研究報告 19 礦山統(tǒng)計法是根據(jù)礦井以往生產(chǎn)中獲得大量相對瓦斯涌出量和開采深度數(shù)據(jù)，分析得出礦井瓦斯涌出量隨開采深度的變化規(guī)律，推算預(yù)測深部瓦斯涌出量。 表 212 1966 年以來 3 煤層主要工作面瓦斯涌出情況表 水平 采區(qū) 工作面 平均標(biāo)高 m 平均瓦斯相對 涌出 量 （ m3/t） 一水平 12采區(qū) 322 324 326 13采區(qū) 331 332 333 334 335 336 15采區(qū) 351 352 353 354 二水平 21采區(qū) 2311 2312 23采區(qū) 2332 214采區(qū) 23141 23142 23143 23144 23145 23146 23147 岱河礦采空區(qū)頂板冒落及瓦斯涌出規(guī)律和瓦斯 治理研究報告 18 23148 23149 231410 231413 231415 28采區(qū) 2382 2383 2386 2388 2389上 2389下 23810 210采區(qū) 23102 23104 23106 290 23108 三水平 31采區(qū) 34113 34114 33116 33118 32采區(qū) 3322 3326 3327 3328 3329 33210 32擴 23122 23127 33213 33214 33215 33216 3 煤深部瓦斯涌出量預(yù)測 現(xiàn)有礦井瓦斯涌出量預(yù) 測方法可分為兩大類：礦山統(tǒng)計法和瓦斯含量法，前者多用于生產(chǎn)礦井，后者用于新井。 3 煤瓦斯涌出情況統(tǒng)計 表 212 列出了 1966 年以來 3 煤主要工作面的瓦斯涌出量統(tǒng)計結(jié)果。并且瓦斯涌出存在局部增大的現(xiàn)象，如官盆地區(qū)，瓦斯涌出量加大，增加了礦井通風(fēng)和安全管理的難度 。 表 210 鉆屑法預(yù)測工作面突出危險性判定表 工作面突出危險性 最大 鉆 屑 量 Smax(kg/m) 瓦斯解吸指標(biāo) K1 突出危險工作面 ≥ 6 ≥ 突出威脅工作面 6 表 211 Ⅲ 3217 工作面突出危險性分析 煤層 測定地點 Smax(kg/m) K1 工作面突出危險性 3 Ⅲ 3217 工作面 未達(dá)到突出危險性臨界值 Ⅲ 3217 工作面最大鉆屑量和鉆屑瓦斯解吸指標(biāo) K1值均 未 超過突出臨界值。 Ⅲ 3217 工作面突出危險性分析 鉆屑指標(biāo)法是預(yù)測工作面突出危險性的常用方法。 表 28 預(yù)測煤層突出危險性單項指標(biāo)臨界值 煤層突出危險性 煤的破壞類型 瓦斯放散初速度 △ p 煤堅固性系數(shù) f 煤層瓦斯壓力 P（ MPa） 突出危險 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 10 表 29 3 煤煤層突出危險性預(yù)測結(jié)果 煤層 瓦斯放散初速度 △ p 煤堅固性系數(shù) f 測定的煤層最大瓦斯壓力 P （ MPa） 煤層突 出危險性 3 無突出危險 3 煤單項指標(biāo)值如表 29 所示，無突出危險性。其判斷煤層突出危險性的臨界值如表 28 所示。 測定結(jié)果如表 27 所示。地應(yīng)力越大、瓦斯壓力越大、煤越軟，鉆屑量越大，突出危險性也越大。測定結(jié)果如表 26 所示。 K1值和 ?h2綜合反映出瓦斯壓力、可解吸瓦斯量、瓦斯放散能力、破壞程度等， K1值和 ?h2越大，突出危險性越大。 K1為 每克煤樣在第 1 分鐘內(nèi)解吸的瓦斯體積。 表 25 煤的堅固系數(shù) f 值測定結(jié)果 煤層 采樣地點 落錘次數(shù) n 粉末高度 h（ mm） f 值 3 煤 Ⅲ 3217 工作面 3 鉆屑瓦斯解吸指標(biāo) 鉆 屑瓦斯解吸指標(biāo)常見形式為 K1值和 ?h2，二者的既有區(qū)別，又有聯(lián)系。 表 24 煤樣瓦斯放散初速度△ P 煤層 采樣地點 △ p 3 Ⅲ 3217 工作面 煤的堅固系數(shù)測定 煤的硬度是影響煤與瓦斯突出的重要因素，常用落錘法測定。 其測定方法是，取新鮮煤樣，粉碎后篩取 ～ 的煤樣 ，裝入△ P 測試儀中，真空脫氣 。△ P 值的大小與煤的瓦斯含量、孔隙結(jié)構(gòu)和孔隙表面性質(zhì)和大小有關(guān)。 煤的瓦斯含量，等于游離瓦斯與吸附瓦斯含量之和： X=Xx+Xy 利用以上公式可計算 3 煤瓦斯含量。 煤的游離瓦斯含量，按氣體狀態(tài)方程求得 ?0 0TPVPTXy ? 式中 ： V單位重量煤的孔隙容積， m3/t； P瓦斯壓力， MPa； 岱河礦采空區(qū)頂板冒落及瓦斯涌出規(guī)律和瓦斯 治理研究報告 14 T0、 P0標(biāo)準(zhǔn)狀況下絕對溫度（ 273K）與壓力（ ）； T瓦斯絕對溫度（ K）； ξ 瓦斯壓縮系數(shù)； Xy煤的游離瓦斯含量， m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下） /t（煤）。 利用吸附常數(shù) a、 b 值、工業(yè)分析和煤層瓦斯 壓力就可計算煤層瓦斯含量。然后進(jìn)行瓦斯含量測定，表23 為 3 煤煤樣測定數(shù)據(jù)表。C 等溫吸附線。C 條件下，抽真空脫氣 2 天，然后在 ~ 壓力與 30186。 其方法是，把從井下采集的新鮮煤樣破碎，取 ~ 煤樣 80g，裝入測定罐。煤層瓦斯含量的測定方法較多，主要有勘探鉆孔煤芯解吸法、工作面鉆孔煤屑解吸法、瓦斯含量系數(shù)法以及高壓吸岱河礦采空區(qū)頂板冒落及瓦斯涌出規(guī)律和瓦斯 治理研究報告 13 附法。 3 煤瓦斯壓力梯度為 。 煤瓦斯壓力測定 岱河 以往的瓦斯壓力測定結(jié)果如表 21（ 3 煤瓦斯壓力）所示。 （ 7） 第二次測流量 注漿 24h 后用同樣的方法再測一次流量，然后安裝壓力表。 待快干水泥凝固后，用注漿泵把水泥漿通過注漿管注入鉆孔，待回漿管有漿液流出后停止注漿，并關(guān)閉注漿管上的閥門。 所需材料為快干水泥。將瓦斯管注漿管送入鉆孔。 岱河礦采空區(qū)頂板冒落及瓦斯涌出規(guī)律和瓦斯 治理研究報告 11 將瓦斯管和回漿管一起送入鉆孔。 2m長一節(jié)，用接頭相連，膠水密封。瓦斯管最前端用紗布包裹，防止煤渣進(jìn)入瓦斯管。 （ 2） 安裝瓦斯管和回漿管 瓦斯管為內(nèi)徑 3mm 的高壓膠管，用于測定瓦斯壓力。 瓦斯壓力測定實施步驟如下： （ 1）選擇測壓孔的位置 測壓孔應(yīng)盡量垂直于煤層，選擇的鉆場位置應(yīng)便于安裝鉆機，不影響煤礦 正常生產(chǎn)。煤層瓦斯壓力是瓦斯涌 出和突出的動力，也是煤層瓦斯含量多少的標(biāo)志。各分層煤以頂分層最為穩(wěn)定，其它分層與頂分層相比穩(wěn)定性較差。二水平及其以下穿過其層位的鉆孔 143 個，見煤點 140 個，可采點 118 個，占全部鉆孔的 ％，可采點平均厚 左右；官莊向斜等地區(qū)發(fā)育及賦 存最好，厚度變化小，厚度一般均小于 。 （ 3） 3 煤層 井田內(nèi)主采煤層，對比程度高，可靠性高，位于下石盒子組底部，鋁質(zhì)泥巖之上25~40m，一般 33m 左右，下距 4 煤層 0~9m，平均 3m左右，與 4 煤層為分叉合并關(guān)系。 煤層頂板即 3 煤層底板，多為泥巖和炭質(zhì)泥巖 ；底板為深灰色砂質(zhì)泥巖或泥巖，局部為砂巖。煤厚 0～ ，平均 ，可采點平均煤層 ，煤層結(jié)構(gòu)較簡單，局部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，含夾矸 1～ 3層，多為泥巖和炭質(zhì)泥巖，厚 0～ ，煤層對比較為可靠。 岱河礦采空區(qū)頂板冒落及瓦斯涌出規(guī)律和瓦斯 治理研究報告 8 圖 21 岱河井田構(gòu)造綱要示意圖 岱河礦采空區(qū)頂板冒落及瓦斯涌出規(guī)律和瓦斯 治理研究報告 9 圖 22 3 煤層巖漿巖體侵蝕范圍示意圖岱河礦采空區(qū)頂板冒落及瓦斯涌出規(guī)律和瓦斯 治理研究報告 10 因此，井田南部可采點較少，北部稍多。與 3 煤層呈分叉合并關(guān)系?，F(xiàn)將主要煤層情況論述如下 ： （ 1） 4 煤層 屬井田內(nèi)局部可采煤層。另外 ， 5 煤層以下，鋁質(zhì)泥巖 (K2)之上含煤線 13 層。 煤層 一、含煤性 井田內(nèi)含煤地層以二迭系下統(tǒng)的下石盒子組為主，山西組次之，石炭系太原組含薄煤層不可采，本溪組不含煤，石炭、二迭系含煤共 17 層，煤層總厚 ，可采及局部可采煤層共 5 層，平均可采煤厚 ，煤系地層總厚 ，含煤系數(shù) ％。 巖漿侵 入 對煤質(zhì)的影響甚大，使煤層在區(qū)域變質(zhì)的基礎(chǔ)上又迭加了接觸變質(zhì)，使煤的物理和化學(xué)性質(zhì)發(fā) 生了一系列的變化。就整個井田而言，巖漿侵入深部較淺部嚴(yán)重，南部較北部嚴(yán)重，見圖 22。 層滑構(gòu)造 該類構(gòu)造廣泛分布，順煤層頂板的層滑構(gòu)造推切于煤層中，致使煤層變薄，尖滅，缺失， 三煤層因?qū)踊瑯?gòu)造影響，厚度由原來的 ?！?65186。傾角變化較大，延展較遠(yuǎn)，以正斷層為主。 NE 向斷裂 主要為中小斷層，走向一般為 45186。 根據(jù)斷層的展布方向，可歸納為 NWW、 NE 和 NNE 向三組斷裂。 二、斷層 斷裂構(gòu)造除邊界構(gòu)造以外，井田中部有 EFl、 EF1 EF1 5Fl等斷層?！?5186。 Ⅲ 3 采區(qū)構(gòu)造形態(tài)呈一“ V”字型，軸向 55186?！?18186?！?9186。 轉(zhuǎn)北西 25186。 馬莊向斜 位于井田中南部，為井田內(nèi)主要褶曲構(gòu)造，由于受 EF1 EF12斷層切割而形成南、北兩個部分，北部為Ⅲ 1 采區(qū)，南部為Ⅲ 3 采區(qū)。 呂莊背斜 位于井田中部，處于官莊向斜和馬莊向斜之間，為一產(chǎn)狀較平緩的隆起構(gòu)造，背斜構(gòu)造 向西不甚明顯，軸向為 118 186。淺部煤層傾角略大為 10～ 15 186。見圖 21。左右，南部三采區(qū)傾角多為 25186。 250m 水平以上煤巖層走向變化較小，除南部和北部走向發(fā)生變化外，基本上為一單斜構(gòu)造，傾角 8～ 30186。煤層總厚 0～ ，平均 ，含煤 4 層，主采煤層 1 層，即 3 煤層，局部可采煤層 2 層即 5 煤層及零星可采煤層 6 煤層，煤層之間巖性多以砂質(zhì) 泥巖、泥巖組成，局部地段煤層頂板為細(xì) －中粒砂巖，在井田中部及東北部 5 煤層受古河流沖刷影響嚴(yán)重，其頂板為細(xì) － 中粒條帶狀或厚層狀砂巖。 岱河礦采空區(qū)頂板冒落及瓦斯涌出規(guī)律和瓦斯 治理研究報告 6 本組最底部為灰色、灰紫色鮞狀或不含鮞粒的鋁質(zhì)泥巖，湖相化學(xué)沉積，分布范圍廣，層位、厚度穩(wěn)定，是本井田最主要的標(biāo)志層，即 K2，為山西組與下石盒子組分界的主要依據(jù)。 據(jù)井田內(nèi)鉆孔揭露資料統(tǒng)計， 3 煤為下二迭統(tǒng)下石盒子組 (P1x)。 井田含煤地層為石炭系、二迭系，以二迭系下統(tǒng)的下石盒子組為主、山西組次之，石炭系太原組和二迭系的上石盒子組均有煤沉積，但煤層極