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《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》第九條規(guī)定：新建礦井在可行性研究階段應(yīng)當(dāng)對(duì)礦井內(nèi)采掘過(guò)程可能揭露的所有平均厚度在0.3 m以上的煤層進(jìn)行突出危險(xiǎn)性評(píng)估。評(píng)估結(jié)果作為礦井立項(xiàng)、初步設(shè)計(jì)和指導(dǎo)建井期間揭煤作業(yè)的依據(jù)。

1  礦井概況

    山西霍州煤電集團(tuán)大地煤業(yè)公司桑峨礦井位于山西省西南部臨汾市吉縣境內(nèi)，為新建礦井。地理位置為南起王家河～灣里一線(xiàn)，北止毛家?guī)X～岔口村，東以杏虎山一拉拉溝一線(xiàn)為界，西至四十畝坪，東西長(zhǎng)11～13 km，南北寬7～9 km，面積103. 26 km2。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力5 Mt/a，前期工作已經(jīng)完成，正在進(jìn)行可研、初步設(shè)計(jì)、安全專(zhuān)篇等編制工作。為了保障礦井在建井階段的安全生產(chǎn)，桑峨礦井需要對(duì)井田內(nèi)平均厚度在0.3 m以上的1#、2上#、2#、3#、5#、6#、7#、8#、9#、10 #共計(jì)10層煤進(jìn)行突出危險(xiǎn)性評(píng)估。本文以2#煤層為例介紹突出預(yù)評(píng)估的方法。

2  突出預(yù)評(píng)估方法的選擇

    新建礦井在可行性研究階段大都未開(kāi)始建井施工，未揭露煤層，不能在井下進(jìn)行實(shí)測(cè)，缺少井下的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。目前主要利用地質(zhì)勘探鉆孔測(cè)定的煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)對(duì)新建礦井突出危險(xiǎn)性評(píng)估。由于地勘鉆孔取樣從數(shù)百米以至于超千米的地下提到地面，因此其測(cè)量結(jié)果偏小，應(yīng)對(duì)其測(cè)定值進(jìn)行修正。地勘瓦斯含量測(cè)值校正方法有兩種：一是該礦附近有其他生產(chǎn)礦井，可以在鄰近礦井進(jìn)行瓦斯參數(shù)的實(shí)測(cè)，經(jīng)過(guò)分析比對(duì)，對(duì)該礦地質(zhì)勘探鉆孔測(cè)定的煤層瓦斯參數(shù)進(jìn)行修正，最終確定該礦的瓦斯概況，繪制瓦斯地質(zhì)圖；另一種是該礦附近無(wú)生產(chǎn)礦井，采用經(jīng)驗(yàn)法，取修正系數(shù)。

    桑峨礦井未開(kāi)始施工，不具備井下實(shí)測(cè)條件，桑峨礦井南側(cè)有明珠煤礦，開(kāi)采2#煤層。根據(jù)明珠煤礦地勘鉆孔數(shù)據(jù)，明珠煤礦2#煤層最大埋深970 m處瓦斯含量為7.4 ml/g，對(duì)比桑峨礦井2#煤層地勘鉆孔S1508，取樣深度868. 63 m，瓦斯含量測(cè)值14. 55 ml/g，以及地勘鉆孔S1305，取樣深度1026. 55 m，瓦斯含量測(cè)值17. 13 ml/g。因桑峨礦井地勘鉆孔測(cè)值遠(yuǎn)大于明珠礦最大瓦斯含量值，分析其原因是桑峨礦井煤層埋藏深，賦存瓦斯的含量梯度遠(yuǎn)比明珠礦大。綜上所述，桑峨礦井地勘鉆孔瓦斯含量測(cè)值修正采用經(jīng)驗(yàn)法，按照經(jīng)驗(yàn)取1. 2～1.5修正系數(shù)。

3地勘鉆孔瓦斯含量的篩選及修正

    地勘鉆孔瓦斯含量可靠性評(píng)價(jià)原則如下：

    (l)煤樣灰分不得大于40%，否則視為不合格；

    (2)煤樣現(xiàn)場(chǎng)瓦斯解吸測(cè)定后必須密封裝罐，保證脫氣前不漏氣，否則視為不合格；

    (3)同一鉆孔同一煤層有兩個(gè)或兩個(gè)以上的瓦斯含量測(cè)值，按最大瓦斯含量取值；

    (4)位于或靠近斷層的含量測(cè)值只起控制斷層帶含量變化作用，不作為煤層瓦斯含量?jī)A向變化規(guī)律分析的依據(jù)；

    (5)甲烷帶內(nèi)煤層瓦斯含量一般不小于2 ml/g。

    按照上述原則從36組地勘數(shù)據(jù)中選擇出了21組作為有效值，并對(duì)其進(jìn)行修正。本次修正采用經(jīng)驗(yàn)法，按照經(jīng)驗(yàn)取1. 2～1.5修正系數(shù)。在地勘鉆孔測(cè)定瓦斯含量過(guò)程中，埋深越深，煤樣從地下提到地面所需的時(shí)間越長(zhǎng)，所損失的瓦斯越多，修正系數(shù)越大。桑峨礦井的有效地勘鉆孔數(shù)據(jù)及修正結(jié)果見(jiàn)表1。

4  瓦斯含量分布規(guī)律研究

    煤層瓦斯含量受多種地質(zhì)因素的制約，諸如煤質(zhì)、埋藏深度、構(gòu)造、煤的物理化學(xué)性質(zhì)、煤層頂?shù)装鍘r性等。不同礦區(qū)的各種地質(zhì)因素施加影響的顯著性可能是不相同的。對(duì)某一個(gè)具體井田而言，在諸多地質(zhì)因素中總有一個(gè)主導(dǎo)因素控制瓦斯含量在全井田范圍內(nèi)變化的總體趨勢(shì)，其他地質(zhì)因素只能在局部范圍內(nèi)影響煤層瓦斯含量。

    由于桑峨礦井總體為單斜構(gòu)造，斷層不發(fā)育，未發(fā)現(xiàn)陷落柱及巖漿巖侵入，構(gòu)造簡(jiǎn)單，且從地勘鉆孔瓦斯含量測(cè)值綜合分析來(lái)看，控制煤層瓦斯含量的主導(dǎo)因素是煤層埋藏深度。根據(jù)地勘報(bào)告中對(duì)區(qū)內(nèi)瓦斯地質(zhì)類(lèi)型的分析來(lái)看，井田屬封閉瓦斯地質(zhì)類(lèi)型，煤層氣風(fēng)化帶深度一般為±700 m。造成本井田瓦斯賦存規(guī)律的基本原因是隨著煤層埋藏深度增加，地層厚度增加，地應(yīng)力增高，煤巖層致密性增加，煤巖層的透氣性降低；煤的變質(zhì)程度加深，煤層吸附甲烷能力增強(qiáng)，從而有利于瓦斯的保存。從瓦斯生成條件看，各煤層厚度變化較小，煤層分岔尖滅現(xiàn)象少見(jiàn)，說(shuō)明成煤環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定。桑峨礦井瓦斯含量與埋深的關(guān)系如圖1所示。

2#煤層瓦斯含量隨埋深增加遵循如下公式：

式中：y一一煤層瓦斯含量，ml/g;

      x——煤層埋深，m。

5  瓦斯地質(zhì)圖的繪制

    礦井瓦斯地質(zhì)圖是礦井瓦斯地質(zhì)規(guī)律和瓦斯預(yù)測(cè)成果的直觀表達(dá)和高度概括。新建礦井瓦斯地質(zhì)資料缺乏，突出預(yù)評(píng)估報(bào)告應(yīng)包含標(biāo)有瓦斯含量等值線(xiàn)的瓦斯地質(zhì)圖。

    Surfer軟件具有強(qiáng)大插值功能和繪制圖件能力。本文采用Suffer軟件的克里金插值法（建立在變異函數(shù)理論分析基礎(chǔ)上，對(duì)有限區(qū)域內(nèi)的區(qū)域化變量取值進(jìn)行無(wú)偏最優(yōu)估計(jì)的一種方法），結(jié)合瓦斯含量與埋深的關(guān)系繪制了2#煤層的瓦斯地質(zhì)圖。

6  桑峨礦井煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)評(píng)估

    《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》第四十三條規(guī)定：在劃分突出危險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)煤層瓦斯壓力進(jìn)行預(yù)測(cè)。如果沒(méi)有或者缺少煤層瓦斯壓力資料，也可根據(jù)煤層瓦斯含量進(jìn)行預(yù)測(cè)。瓦斯含量預(yù)測(cè)臨界值為8 m:a/t。

    通過(guò)對(duì)地勘鉆孔中取出的煤樣進(jìn)行堅(jiān)固性系數(shù)和瓦斯放散初速度的測(cè)定，桑峨礦井2#煤層的最小堅(jiān)固性系數(shù)為0.32，說(shuō)明2#煤層比較軟，抵擋煤與瓦斯突出的能力較弱，容易發(fā)生突出；最大瓦斯放散初速度為18 mmHg，說(shuō)明瓦斯放散速度很快，容易發(fā)生突出。根據(jù)這兩項(xiàng)指標(biāo)判定2#煤層具有突出危險(xiǎn)性。

    結(jié)合煤層賦存、地質(zhì)條件、瓦斯含量、堅(jiān)固性系數(shù)、瓦斯放散初速度等因素，評(píng)估桑峨礦井2#煤層具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。

7  結(jié)論

    (l)新建礦井煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)評(píng)估主要依靠地勘鉆孔瓦斯參數(shù)，并利用鄰近礦井的實(shí)測(cè)參數(shù)進(jìn)行修正，如無(wú)鄰近生產(chǎn)礦井，需以經(jīng)驗(yàn)值修正，埋深越深，修正值越大。

    (2)地勘鉆孔的瓦斯含量數(shù)據(jù)要進(jìn)行篩選，煤樣灰分不得大于40%，甲烷帶內(nèi)煤層瓦斯含量一般不小于2 ml/g，同一鉆孔同一煤層有兩個(gè)或兩個(gè)以上的瓦斯含量測(cè)值，按最大瓦斯含量取值，靠近斷層的含量不作為煤層瓦斯含量?jī)A向變化規(guī)律分析的依據(jù)。

    (3)桑峨礦井控制煤層瓦斯含量的主導(dǎo)因素是煤層埋藏深度。隨著煤層埋藏深度增加，地層厚度增加，地應(yīng)力增高，煤巖層致密性增加，煤巖層的透氣性降低。

    (4)新建礦井瓦斯地質(zhì)資料缺乏，突出預(yù)評(píng)估報(bào)告應(yīng)包含標(biāo)有瓦斯含量等值線(xiàn)的瓦斯地質(zhì)圖。

(5)評(píng)估桑峨礦井2#煤層具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。

8摘  要 

 通過(guò)對(duì)桑峨礦井2#煤層突出危險(xiǎn)性預(yù)評(píng)估，闡述了新建礦井在煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)評(píng)估過(guò)程中評(píng)估方法的選取、地勘鉆孔瓦斯含量的篩選及修正、瓦斯分布規(guī)律的研究、瓦斯地質(zhì)圖的繪制等。