龙山煤矿瓦斯治理技术技术报告.doc

龙山煤矿瓦斯治理技术研究

技术报告

目 录
矿 区 概 况 4矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
一、矿井基本概况： 4聞創沟燴鐺險爱氇谴净。
二、矿区生产矿井开采及瓦斯概况 5残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。
矿区瓦斯分布特征 7酽锕极額閉镇桧猪訣锥。
一、煤层瓦斯资料及其评价 7彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。
二、瓦斯风化带 10謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。
三、瓦斯分布特征 11厦礴恳蹒骈時盡继價骚。
影响瓦斯分布的主要地质因素 14茕桢广鳓鯡选块网羈泪。
一、地质构造控制 14鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。
二、煤层埋藏深度 15籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。
三、煤层特征 17預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。
3、煤的变质程度 18渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。
4、水文地质条件 21铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。
5、 岩浆活动 22擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。
煤与瓦斯突出特征与机理 24贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。
一、煤与瓦斯突出的特征 24坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。
瓦斯治理技术 28蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。
一、瓦斯治理技术现状 28買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。
二、煤与瓦斯突出预测技术 29綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。
结 论 与 建 议 36驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。
矿 区 概 况
一、矿井基本概况：
龙山煤业公司位于河南省安阳县水冶镇南约6Km处，南距鹤壁市17Km，井田东起F165断层，西至F303断层。南以煤层露头和老窑开采为界，北部以煤层底板等高线为界。井田走向长3.68Km，倾斜宽2.65Km，面积5.1378Km2。猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。
安阳鑫龙煤业集团龙山煤业公司由安阳矿务局龙山煤矿于2006年7月改制而成。始建于1969年，1978年简易投产。 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。
本矿井主采煤层为二1煤层，平均厚度为4～6米，倾角为7°～28°；煤尘爆炸指数最高为9.04%，为无爆炸危险性煤层；煤自燃倾向性为三类不易自燃。構氽頑黉碩饨荠龈话骛。
根据2008年瓦斯等级鉴定结果，龙山煤矿为煤与瓦斯突出矿井，相对瓦斯涌出量为25.73m3/t，绝对瓦斯涌出量为18.76m3/min。輒峄陽檉簖疖網儂號泶。
煤层的透气性系数为2.92～8.36m2/Mpa·d，煤层的瓦斯压力为0.67～1.89Mpa。
矿井水文地质简单，正常涌水量180m3/h。最大涌水量300m3/h，目前矿井实际涌水量100m3/h。尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。
龙山公司是单水平反斜井上下山开采，开采水平为-220m。目前井下共布置4个采区，11、23采区为生产采区，21、25采区为接替采区，采煤方法为走向长壁倾斜采煤法，回采工艺为炮采。识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。

图 2-1 交通位置图
二、矿区生产矿井开采及瓦斯概况
1、矿区生产矿井开采概况
安阳鑫龙煤业集团龙山矿开采主要依据《河南省安阳煤田天喜镇井田地质精查报告》，始建于1968年，1978年12月建成投产，设计生产能力50万吨/年，设计服务年限68年。目前实际生产能力为40万吨/年。矿井开采二1煤层，煤类为无烟煤。矿井采用斜井开拓，走向长壁采煤法，放炮落煤，全部垮落法顶板管理。开采水平-220m，最大采深500m。自建矿以来累计开采了457.3万吨，矿山平均回采率为75％。通风方式为分区独立通风，主副斜井进风，天喜镇风井和冯家洞风井回风。矿井开采正常涌水量为150~200m3/h。凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。

2、生产矿井瓦斯情况
目前，安阳鑫龙煤业（集团）所属矿井均为煤与瓦斯突出矿井和高瓦斯矿井，瓦斯参数、突出情况及矿井等级如表2-2。目前各矿均建成有井下瓦斯抽放系统，井下瓦斯抽放系统运行正常，2007年集团公司共抽放纯瓦斯847万m3。恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。

表2-2 矿井瓦斯情况一览表
矿名
矿井位置
瓦斯含量
瓦斯递增率
瓦斯相对涌出量
瓦斯绝对涌出量
瓦斯压力
瓦斯压力梯度
△P
f

煤体结构
矿井瓦斯等 级

是否发生过重大事故
龙山煤矿
安阳市龙安区
17.56 m3/t
1.43 m3/t/100m
32.08 m3/t.d
27.44m3/min
0.67~1.89
（平均为1.004）
0.47
（-500标高以浅）
38
0.98
Ⅲ、Ⅳ
突 出
发生过煤与瓦斯突出事故

矿区瓦斯分布特征
一、煤层瓦斯资料及其评价
①瓦斯含量测试方法
瓦斯含量测试方法有三种：真空罐、集气式和解吸法。
（1）真空罐法
工作原理是利用煤芯管上下两端的结构，将含有瓦斯的煤芯的孔底严密封闭在煤芯管内。钻具提至地面后，卸下已装有煤芯的煤芯管，送到实验室进行脱气，得出煤层甲烷含量。鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。
（2）集气式
工作原理是在普通煤芯采取器的上部安装带阀门的集气室，收集提钻过程中煤芯泄出的瓦斯。钻具提至地面后，卸下已装有瓦斯及煤芯的带集气室的取样器保持密闭状态送到实验室进行脱气，得出煤层甲烷含量。硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。
（3）解吸法
解吸法主要优越之处是由专用仪器在孔内采样，改为利用普通煤芯管在孔底钻取煤芯，当煤芯提升至孔口后，装入密封罐。这样既减少了钻孔采样的困难、提高了含量测定成功率，又不影响正常施工钻进。该方法自1973年起在美国得到广泛应用，抚顺分院在1978～1981年期间经过在我国一些煤田试验后，改进了测定所用的仪器和工具，并已形成部标，在我国广泛应用。阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。
当采用该法测定煤层甲烷含量时，由于煤样装罐前，气体已经损失，利用装罐后所测定的煤层甲烷解吸规律和煤样暴露时间推算损失气体量是该方法的关键。具体测定步骤如下：氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。
(1) 采样
用普通煤芯管采取煤芯，当煤芯提到地表后，先取煤样300～400g，立即放进密封罐中。在采样过程中，标定提升煤芯和煤样在空气中的暴露时间。釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。
(2) 气体解吸规律测定
煤样装罐后与气体解吸速度测定仪连接，测定煤层甲烷解吸量与时间的关系。测定2h后，将装有煤样的煤样罐送到试验室进行脱气和气体分析。怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。
(3) 损失气体量的计算
损失气体量的计算是按经验公式近似计算的，即该法未考虑煤芯在钻孔和空气中解吸规律的差异，且煤样在钻孔中解吸的时间未准确确定，因此计算的损失气体量仅是估算。其具体方法是，煤样从提钻至地面解吸测定初期10～12min以内，由解吸仪测定的解吸量与暴露时间的平方根近似成正比。存在如下关系（见式6-1）谚辞調担鈧谄动禪泻類。
（6-1）
式中：Q——煤样暴露时起至解吸测定时间为(t0+t)时的气体解吸总量，ml；
t0——煤样在解吸测定前的暴露时间，min；
t0——+t2；
t1——煤样在钻孔内提钻时间，min；
t2——煤样在地表解吸测定前的暴露时间，min；
t——煤样解吸测定时间，min；
a、b——待定系数，可以根据最小二乘法求出。a值即为所求的损失气体量。
(4) 煤样残存气体含量测定及气体成份分析
将经过解吸测定的煤样，在密封状态下尽快送到试验室进行加热脱气，首次脱气完后将煤样粉碎，再进行一次脱气。每次脱出气体后进行气体组份分析。脱气过程在抚顺分院研制的FH-4型脱气仪上进行。嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。
残存气体含量的测定方法同样适用于井下解吸法测定煤层甲烷含量残存量和矿井甲烷涌出量预测中测定采落煤炭中的残存量。熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。
(5)煤层甲烷含量计算
煤层甲烷含量是上述各程序放出的气体量之和同煤样重量的比值。即：
W=(Q1+Q2+Q3+Q4)÷G （6-2）鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。
式中：W——煤层甲烷原始含量，ml/g；
Q1——煤样解吸测定过程累计解吸的气体体积，ml；
Q2——推算出的气体损失量，ml；
Q3——煤样粉碎前的脱出气体量，ml；
Q4——煤样粉碎后脱出的气体量，ml；
G——煤样重量，g。
地勘钻孔解吸法在我国应用以来，经在淮南、淮北、铁法、阳泉和焦作等矿区用间接法和实测涌出量反推法验证，该方法的测定结果偏小10%～25%。且有钻孔越深、煤越粉碎、偏差越大。究其原因主要是由损失气体量估算产生误差过大。在损失气体量计算中，除该法未考虑煤芯在钻孔和空气中解吸规律的差异及煤样在钻孔中解吸的开始时间未准确确定外，另一个重要原因是采用t式造成的。目前我国的煤田钻具提钻速度大部分均小于20m/min，500m孔深提钻时间要超过25min，若地面装罐前时间为3min，解吸测定6个点要12min，这样用t式计算时，要求在25÷2+3+12=27.5min，呈直线式。纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。
②瓦斯含量评价和校正
由于勘探时期的不同，勘探单位所采取的测试方法也不尽相同。为保证资料的可靠性，并使各种方法的测试结果之间具有可比性，有必要对收集到的地质勘探期间钻孔瓦斯含量进行评价和校正。颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。
凡属于下列情况的钻孔煤层瓦斯资料，认为不可靠，弃而不用。
（1）瓦斯成分百分比之和大于105%及小于80%的数据。
（2）根据瓦斯含量算出的甲烷百分比与实测瓦斯成分之中的甲烷百分比之差大于20%的数据。
（3）评价为“不合格”、“不采用”、“漏气”、“灰分过高”、“氧超限”、“煤样超重”、“废”； 备注为“未利用”的数据。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。
（4）无“煤层埋深”、或“水分”、或“灰分”数据，而不能得到应有校正的数据。
瓦斯含量的测试结果受测试方法和采样深度的影响，故地质勘探阶段的瓦斯含量，为使其更接近于真实值，根据其测试方法特点和采样深度，均采取一定的校正系数。据统计，真空罐和集气式方法测得的瓦斯含量较解吸法大约偏低30%和20%；当埋藏深度大于500m后，由于样品暴露时间较长，测得的瓦斯含量大约偏低20%。据此制定校正原则为：真空罐和集气式测试的瓦斯含量分别乘以1.3和1.2，解吸法乘以1，当深度大于500m时，各种测试方法获得的瓦斯含量均再乘以1.2，见表6－1。銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。
各种测试方法测得的均为可燃基瓦斯含量，而原煤的瓦斯含量要考虑水分和灰分的影响，所以有必要进行水分和灰分的校正，把可燃基瓦斯含量换算为原煤瓦斯含量。校正公式如下：挤貼綬电麥结鈺贖哓类。
（6-3）
式中：V——原煤瓦斯含量，ml/g；
Vdaf——可燃基瓦斯含量，ml/g；
A——煤中灰分，无钻孔灰分资料时，取井田煤层平均灰分，%；
M——煤中水分，无钻孔水分资料时，取井田煤层平均水分，%；

表6-1 校正原则一览表
采样方法
校正系数
500m以浅
500m以深
真空灌
1.3
1.3×1.2
集气式
1.2
1.2×1.2
解吸法
1
1×1.2

校正后数据见附件一（表6-2）。

二、瓦斯风化带
据《煤炭资源地质勘探规范》（1985年修订稿）中的分带标准：CO2～N2带：CH4成分≤10%；N2～CH4带：CH4成分10～80%，CO2≤20%；CH4带：CH4成分≥80%，CO2含量＜20%。以CH4成分80%作为煤层瓦斯风化带的分界线，瓦斯风化带主要分布在煤田浅部地段，形态和煤层露头大体一致。赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。
安阳矿区北部二1煤层甲烷逸散条件较好，二1煤瓦斯风化带沿标高-75m煤层底板等高线摆动。矿区中部煤层露头大部分为第三系粘土层覆盖，且构造复杂，多为压性、压扭性正断层，甲烷逸散条件相对较差，二1煤层都处在甲烷带内。塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。
根据各矿井地质报告，主焦矿F12断层以浅为风化带，以深应为CH4 带；红岭矿F30断层以浅为风化带，以深应为CH4 带；龙山矿+25m以浅为风化带，以深为CH4带；大众矿二1煤层埋深250m~850m，瓦斯成分CH4两极值为86.90~97.18%，平均含量为92.83%，CO2平均3.90%、N2平均为3.28%，均为沼气带。 裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。

三、瓦斯分布特征
经过评价和校正，安阳矿区共有合格的钻孔煤层瓦斯样72个，目前所开采的均为二1煤层。煤层瓦斯的总体分布情况如表6－3。由表6-3可以看出：龙山、大众2个井田主采煤层瓦斯含量最高，平均在14m3/t以上；其次为彰武-伦掌及龙宫2个深部开发区，其二1煤层瓦斯含量次之，平均值在12.91m3/t和15.09m3/t；红岭主采煤层瓦斯含量较低，平均值为7.67m3/t。上述只是对各井田煤层瓦斯情况的总体进行了评价，而对于不同矿井，由于地质条件各异，导致其瓦斯分布的局部差异。仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。

表6-3 安阳矿区钻孔煤层瓦斯资料一览表
序号
井田
钻孔数
最大值/m3/t
平均值/m3/t
埋深/m
平均埋深/m
1
红岭
13
14.29
7.67
321.54~646.19
518.58
2
主焦
5
11.61
7.18
567.79~649.6
620.35
3
彰武-伦掌
5
37.15
15.09
155.11~1195.96
872.57
4
龙宫勘探区
19
27.29
12.91
514.79~858.72
694.62
5
龙山
8
27.85
17.56
149.51~686.51
478.06
6
大众
7
34.28
14.28
303.16~576.78
433.71
7
北善应
4
14.14
9.15
205.04~285.92
253.83

通过对安阳矿区主采煤层二1煤瓦斯资料分析研究，其瓦斯分布特征（图6-1）主要表现在：
① 南北呈条带状分布。从西向东由浅部至深部，瓦斯含量整体呈现沿煤层倾向，随煤层埋深增加而增高的趋势；煤层瓦斯风化带下界至埋深750m范围内，瓦斯含量变化梯度为3.42m3/t/100m；埋深750～1200m范围内，瓦斯含量变化梯度则为1.42m3/t/100m，即深部瓦斯含量增幅较小，浅部瓦斯含量增幅相对较大。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。
② 三个构造小区从北到南，瓦斯含量由低到高。从最北部的（F1断层以北构造小区）主焦、红岭至中部（F1~F174构造小区）的大众再到最南部（F174以南构造小区）的龙山煤矿，其瓦斯含量平均值分别由6.74 m3/t、8.36m3/t、12.81 m3/t和15.46m3/t。骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。
③ 向斜构造的翼部、仰起端瓦斯含量相对较高，而核部及接近核部瓦斯含量相对较低。如矿区南部龙山矿，煤层底板标高同为-500±，向斜翼部CK30钻孔瓦斯含量为27.85m3/t，而位于核部的CK22的钻孔瓦斯含量为20.65m3/t；同样，煤层底板标高同为-300±处，向斜翼部CK24钻孔瓦斯含量为18.93 m3/t，而接近核部的CK5为13.24 m3/t。又如，龙山瓦斯递增率为1.43 m3/t/hm，处于±0的CK7钻孔瓦斯含量为13.24 m3/t，处于-150的CK8为13.37m3/t，处于-200的CK9为9.63m3/t，处于-350的CK5为14.42m3/t。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。
④ 断层附近瓦斯涌出量变化较大。如矿区南部龙山井田，在F303断层（断距为140m）的东翼的三个工作面依次为11041、11061、11081，其瓦斯相对涌出量分别为10.61m3/t、18.02 m3/t、11.99 m3/t，在距断层约300m时涌出量出现峰值；矿区中部的大众井田：1995年8月揭露F101断层，巷道与断层垂直相交，掘进巷道距断层186米范围出现峰值内（12 m3/t），距断层65米出现峰谷（3.5 m3/t）；在矿区北部红岭：08年11月F5101断层，落差5.6米，距50米时出现涌出峰值。鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。

图6-1安阳矿区瓦斯地质图

影响瓦斯分布的主要地质因素
煤层瓦斯主要以吸附状态和游离状态赋存于煤层中，二者在一定温压条件下保持动态平衡。煤层瓦斯含量的多少是煤层瓦斯生成量及保存条件共同作用的结果。B·A·乌斯别斯基根据地球化学与煤化作用反应物与生成物平衡原理，计算出各煤化阶段的煤生成的甲烷量，如表7-1所示。栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。
表7-1 各煤化阶段的煤生成的甲烷量
煤 阶
褐煤
长焰煤
气煤
肥煤
焦煤
瘦煤
贫煤
无烟煤
生气量 （m3/t）
68
168
212
229
270
287
333
419
阶段生气量（m3/t）

100
44
17
41
17
46
86

由表7-1可见，肥煤阶段已经能够生成足够的甲烷量，而安阳各煤矿主采煤层为中、高变质煤，故其含气量主要取决于保存条件。辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。
综合分析安阳矿区瓦斯地质条件，影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素有地质构造、煤层埋藏深度、煤的变质程度、煤层厚度及其变化、围岩类型及破碎程度、地下水活动、岩浆岩等。峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。

一、地质构造控制
从广义上讲，地质构造因素直接或间接控制着从含煤地层形成至煤层瓦斯生成聚集过程中的每个环节，是所有地质因素中最为重要和直接的控气因素。在聚煤期，构造控制着含煤地层和煤层发育的特征，在聚煤期后，构造特征及其演化通过对瓦斯地质条件的改变，不仅对煤层瓦斯的生成、赋存产生影响，而且直接控制煤层瓦斯的运移、聚集、保存特征，从而决定着煤层瓦斯的分布规律。詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。
位于F1断层以北构造小区内的红岭、主焦两煤矿瓦斯较低，瓦斯含量最大值14.29 m3/t，平均7.4m3/t；因为该区总体是一个地垒构造，地层抬升使煤层埋藏深度变浅；区内NNE向正断层密集发育，尽管从目前来看，这些断层均属压性、压扭性正断层（这是由于喜山期构造应力为NEE向所导致），但在燕山晚期形成时属张性，其间使瓦斯部分散失，导致瓦斯含量较低。则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。
位于F1断层以南两个构造小区内的龙山和大众两煤矿都处于不同断层所构成的地堑内，瓦斯含量相对较高。龙山矿瓦斯含量最大值27.85 m3/t，平均17.56 m3/t；大众矿最大值34.28 m3/t，平均14.28 m3/t。同时龙山矿受龙山向斜、冯家垌背斜控制，大众矿受铜冶背向斜与安林向斜控制，造成瓦斯分布不均衡，在褶皱转折端瓦斯含量较高，这是因为在封闭的条件下，瓦斯向上运移的结果。胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。
区内发育的断裂多属正断层，由于喜山期构造应力方向为NEE，现代应力方向为SE向，使断层性质转变为压性或压扭性，封闭瓦斯逸散通道，有利于瓦斯保存。断裂附近煤层由于受到构造应力的作用，原生结构被破坏形成软煤（构造煤），增强吸附瓦斯能力，减弱抵抗瓦斯压力助力，形成遇断层瓦斯含量和涌出量增高的现象。 鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。
煤层倾角变化对瓦斯赋存也有影响。在其它条件近似，煤层围岩封闭条件较好的情况下，一般倾角平缓的煤层所含的瓦斯量较倾角陡的煤层要大。这是因为前者的瓦斯运移路线长，所受阻力大，去气难，后者，则相反。如龙山向斜，其北西翼，倾角一般在4°～15°，瓦斯含量相对较高；南东翼倾角一般在14°～28°，瓦斯含量相对较低。 稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。

二、煤层埋藏深度
在瓦斯风化带以下，煤的瓦斯含量、涌出量随着深度加深而有规律的增加。从瓦斯含量等值线图上可以看出，矿区内瓦斯含量与埋藏深度密切相关。从整体趋势看，瓦斯含量总体呈现由西向东沿煤层倾向，随煤层埋深增加而增高。并且随着标高绝对值的增加，相对瓦斯涌出量也在增加，见图7-1。一般地，随着埋深的增加瓦斯含量随之增高，两者呈正相关关系（见图7-2，图7-3）。但不完全是线性关系(图7-4)，随着煤层埋藏深度增加，地压增加，封闭条件相对变好，煤的甲烷吸附能力变强，游离瓦斯向吸附瓦斯转化，使大量气体保存下来，但到一定深度，煤层密度加大，孔隙减少，气体渗透率下降，瓦斯含量的增长幅度减弱，逐渐趋于平稳。 陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。
在研究区内，根据统计对72个钻孔数据进行计算，煤层瓦斯风化带下界至埋深750m范围内，瓦斯含量变化梯度为3.42m3/t/100m；埋深750～1200m范围内，瓦斯含量变化梯度则为1.42m3/t/100m，即深部瓦斯含量增幅较小，浅部瓦斯含量增幅相对较大。沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。

图7-1 龙山煤矿二1煤层底板标高与瓦斯相对涌出量趋势图

图7-2 龙山井田煤层底板标高与瓦斯含量趋势图

图 7-3 二1煤瓦斯含量变化梯度示意图

图7-4 安阳矿区二1煤层甲烷含量变化趋势图

三、煤层特征
1、 煤层顶底板
煤层围岩主要指煤层直接顶、老顶和直接底板等在内的一定厚度范围的层段。煤层的顶底板岩性决定于成煤泥炭沼泽发育的背景和泥炭层形成后掩埋沉积物的环境。煤层顶底板封闭条件是控制煤层甲烷含量的主要因素之一。据长庆石油勘探研究院研究结果，在裂隙不发育的条件下，泥质含量大于40%的泥岩和泥质粉砂岩的岩体渗透率变化范围为10-4～10-6mD，渗透性极差。钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。
研究区内二1煤层顶板为泥岩、砂质泥岩或泥岩夹粉砂岩，厚度一般0.5~15m，节理、裂隙均不发育，渗透系数远远小于0.001m/d，具有较好的隔气阻水性能。懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。
二1煤层底板岩性为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩互层，以泥岩、砂质泥岩为主，厚度达30~50m，节理、裂隙不发育，渗透性差，渗透系数远小于0.001m/d，阻水隔气性能极佳。謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。
二1煤层的直接顶底板都属隔气阻水型，具有良好的封闭性，有利于煤层瓦斯气体的富集。
2、煤层厚度
根据菲克定律和质量平衡原理建立的煤层甲烷扩散的数学模型可知，在其他初始条件相似的情况下，煤储层厚度越大，达到中值浓度或扩散终止所需时间就越长。进一步分析可知，煤储层本身就是一种高度致密的低渗透性岩层，上部分层和下部分层对中部分层有封盖作用，煤储层厚度越大，中部分层煤层瓦斯向顶底板扩散的路径就越长，扩散阻力就越大，对煤层瓦斯的保存越有利。呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。
本区主采二1煤层层位稳定，煤厚0.56～14.49ｍ，平均6.95ｍ，属全区可采的中厚～厚煤层。大部分含夹矸1～2层，结构简单，唯红岭井田夹矸1～5层，结构较复杂。煤层厚度整体呈现北西薄南东厚的变化规律，煤层瓦斯含量也随之呈现规律性的变化——北西部的主焦、红岭至南东部的龙山煤矿，瓦斯含量在增加，同时也加大了煤与瓦斯突出的危险性。从图7-5~图7-10 可以看出：整体趋势是随着煤层厚度的增加瓦斯含量也在增加，尽管大众规律不是很明显（原因可能是由于受地堑式向斜构造影响，煤体结构破碎，瓦斯重新分布不均衡所造成），但不违背整体趋势。莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。
3、煤的变质程度
煤的变质程度是决定煤层甲烷生成、储集的主导因素。煤的变质程度控制着煤层甲烷的生成量，也是煤内部分子结构、微组分的变化过程，从而影响煤层甲烷含量。本区主要为高变质烟煤～无烟煤，煤化程度高，有较大的生气量，煤中微孔隙发育，对甲烷吸附能力强。因此，全区主采二1煤层瓦斯含量普遍较高。麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。
通过对研究区内数据进行统计分析可知，在中高变质阶段，随着煤变质程度的增高，镜质组和丝质组成分在煤中所占比例愈大。在高变质阶段，煤中甲烷含量主要取决于镜质组在煤中所占比例，即镜质组比例越大，煤中甲烷含量就越大。见表7-4，以及图7-11、图7-12。納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。

表7-4 煤岩组分与瓦斯含量表
煤种
镜质组
惰质组
壳质组
原煤瓦斯含量
JM
65.96
17.54
5.75
6.74
SM
66
19.9
3.4
7.67
WY
76.18
16.69
0.33
11.71

图7-11 煤变质程度与煤岩组分关系图

图7-12 煤变质程度与原煤瓦斯含量关系图

瓦斯主要是煤变质作用的产物，随着煤的变质程度增高，瓦斯含量与变质程度成正比关系变化。见表7-5，图7-13。由此可以看出，在围岩等条件无大的改变之情况下，研究区内由北向南随着煤变质程度的增加，瓦斯含量整体呈现加大的趋势。風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。

表7-5 不同变质阶段的瓦斯含量
煤类
挥发份Vdaf(%)
瓦斯含量(m3/t)
JM
21.32
6.74
SM
20.316
7.67
PM
10.91
11.71
WY
6.995
17.56

图7-13 不同煤种瓦斯含量变化示意图

4、水文地质条件
通过对安阳矿区矿井涌水量和瓦斯相对涌出量的资料分析统计，绘出了安阳矿区相对瓦斯涌出量与涌水量关系图（见表7-6，图7-14）。从图7-14可以看出，一般情况下，涌水量大，瓦斯涌出量小。由此可以得出一个明显的规律是：含水丰度大，则含气丰度小。灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。
但就龙山煤矿而言，这一规律表现的不是很明显。龙山煤矿现开采二1煤层，矿井充水水源主要为二1煤层顶板砂岩水，多以淋水、滴水为主，水量较小，全矿建井至今除顶板淋水外，共发生顶板突水6次，其水量3-55 m3/h，宜于疏干。矿井正常涌水量多年来一直保持在150 m3/h，最大时也仅为200m3/h，随开采深度增加，矿井涌水量增加不明显。铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。
表7-6 安阳矿区瓦斯相对涌出量与矿井涌水量
矿名
瓦斯涌出量
涌水量
红岭
18.97
80
主焦
11.59
120
大众
15
80
铜冶
12.7
220
果园
12.99
80
龙山
32.08
150

图7-14 安阳矿区相对瓦斯涌出量与涌水量关系图

5、 岩浆活动
深成变质作用通常是一个地区煤化作用的主要营力，但岩浆热作用的影响也不能忽视，特别在岩浆活动强烈的地区，岩浆热作用对煤的变质程度可有很大影响。大量研究表明，岩浆侵入对煤层含气性具有双重作用。攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。
（1）改善煤层含气性、增加气含量
岩浆侵入的热作用一方面促使煤层进一步热演化和煤层甲烷的进一步生成，为煤层甲烷的吸附聚集提供大量的气源；另一方面，进一步的热演化导致煤级的升高，提高了煤层的吸附能力，有利于煤层甲烷的吸附储集。趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。
该区三叠纪后遭受了广泛的抬升剥蚀作用，至中侏罗世，已有部分煤层甲烷散失，导致煤层含气量降低。而中侏罗～早白垩世广泛发生的岩浆侵入所导致的煤的再次热演化，即提高了煤层的储集能力，又提供了大量的气源，使得煤层能再次吸附更多的煤层甲烷，增加了煤层的气含量。因此，遭受过抬升剥蚀和煤层甲烷散失，其后又经历了再次热演化的含煤区具有较好的含气性，为煤层甲烷保存的有利地区。夹覡闾辁駁档驀迁锬減。
三叠纪末，印支运动使本区整体抬升，遭受剥蚀，深层变质作用减弱乃至终止。到晚侏罗～早白垩世，燕山运动岩浆活动热事件处于主导地位，区域岩浆热变质作用使本区煤的变质程度剧增，造成以岩浆体为中心，由天然焦～无烟煤～贫煤～分瘦煤～瘦煤～焦煤组成的环带状变质带，呈由南到北、由西至东变质程度减小的规律。视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。
煤的变质程度是决定煤层甲烷生成、储集的主导因素。煤的变质程度控制着煤层甲烷的生成量，也是煤内部分子结构、微组分的变化过程，从而影响煤层甲烷含量。由于区域岩浆热变质作用，使本区煤变质程度较高，生气量较大，煤层甲烷含量普遍较高。偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。
（2）破坏煤层的储集结构，使煤层丧失储集能力
这种作用可在两种情况下出现：一是岩浆热作用十分强烈，导致煤过渡热演化。当煤级达到超天然无烟煤甚至石墨阶段时，由于储集结构遭到严重破坏，煤层的储集能力急剧降低，甚至彻底丧失；二是各种岩浆侵入体直接侵入煤层。由于强烈的热接触变质作用，受侵入体影响的煤将会被焦化，形成天然焦，丧失对煤层甲烷的储集能力。緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。

煤与瓦斯突出特征与机理
一、煤与瓦斯突出的特征
安阳矿区6对矿井中有4对为煤与瓦斯突出矿井，其中龙山煤矿突出相对比较严重，也比较典型，故以龙山煤矿煤与瓦斯突出资料为主进行分析。龙山煤矿自建井到2008年12月共生发煤与瓦斯突出事故111次，均发生在煤巷掘进工作面，其中煤平巷突出76次，占70.3％，上山突出22次，占20.4%，下山突出7次，占6.5％，石门突出3次，占2.8％。平均突出强度118t，最大一切突出发生在1999年4月6日13081切眼掘进时，突出强度为1070t，喷出瓦斯量167435m3。龙山煤矿所发生的动力现象数据统计见附件一（表8-1）。通过总结分析，安阳矿区煤与瓦斯突出具有以下特征：騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。
① 始突深度
始突深度是指某地开始突出的深度（或标高），也就是该地突出的最浅深度（或最大标高）。安阳矿区各突出矿井始突深度、始突标高见表8-2。始突深度受多种因素影响，各矿因地质条件、开采技术条件等不同而有所不同，我国煤矿的始突深度一般在垂深200m以下。从表8-2可以看出，龙山煤矿始突深度为155m，说明突出相对比较严重。疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。

表8-2 安阳矿区煤与瓦斯突出有关突出指标数据表
突出指标
龙山
大众
铜冶
始突深度（m）
155
304
205
始突标高（m）
+15
-268
+20

② 突出强度
突出强度用煤（岩）和瓦斯的突出数量来衡量。一般情况下，以突出煤量（岩石量）表示突出强度。根据强度大小，一般将突出划分为五种类型，安阳矿区矿井突出强度见表8-3。龙山煤矿以小型突出为主，占统计突出次数的47.6%，其次为中型和次大型，各占22.9%和25.7%，大型和特大型少见，仅占3.8%，大众矿、果园矿、铜冶矿从有限的资料分析也符合这个特征。镞锊过润启婭澗骆讕瀘。
表8-3 突出数据统计表
矿井名称
龙山
大众
铜冶
果园
突出总次数（次）
111
8
23
60
煤

量
统计次数（次）
105
7

总煤量（t）
12139.3
639

最大突出强度（t/次）
1070
320
250
436
最小突出强度（t/次）
6
12

平均（t/次）
111.4
92

瓦

斯

量
统计次数（次）
105
7

最大突出瓦斯量（m3）
167435
38000

200000
最小突出瓦斯量（m3）
135

总瓦斯量（m3）
2010093

平均（m3/次）
20303.97

突
出
强
度
小型（50t以下）
50
3

中型（50~100t以下）
24
2

次大型（100~500 t以下）
27
2

大型（500~1000t以下）
3

特大型（1000t以上）
1

③ 突出频度
突出频度是以单位时间（一般为年）内突出的平均次数来衡量。
安阳矿区由于资料的不完整，无法准确记录出其突出矿井的突出频度，龙山煤矿资料相对完整，具体数据见表8-4。榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。
表8-4 安阳矿区煤与瓦斯突出频度表
矿井名称
龙山
大众
铜冶
突出频度（次/年）
3.48
0.5（1979-1995）
0.575（1959-1999）
④突出压力
突出压力是指突出点在临突前的瓦斯压力。按照我国《煤矿安全规程》，瓦斯压力大于0.74MPa时才有发生突出的可能。龙山矿的始突深度为+15标高处，经推测计算该处的瓦斯压力约为0.8MPa（见表8-5，图8-1），大众煤矿瓦斯压力在0.70MPa以上时就有发生突出的危险。邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。

表8-5 龙山煤矿瓦斯压力数据表
序号
测量地点
瓦斯压力/Mpa
标高/m
1
13021上顺槽
0.67
19.17
2
13021下顺槽
0.8
-12.33
3
13051车场

-155
4
13021集中岩巷
0.85
-12.33
5
15041工作面
1.116
-42
6
岩石运输大巷
1.89
-220
7
15051车场

-78
8
钻孔CK10
1.47

9
钻孔255
0.686
84
10
钻孔CK29
1.08
3.34
11
钻孔CK9
1.86
-214.48
12
钻孔CK24
2.16
-320.38
13
钻孔CK3
2.45
-447.76
14
23051下顺槽218米处
2.5
-370
15
23051下顺槽236米处
2.5
-370
16
23051下顺槽264米处
2.5
-375
17
23051下顺槽21米处
1.88
-235

图8-1 标高与瓦斯压力趋势图

⑤ 突出类型
煤与瓦斯突出分为突出、压出和倾出三种类型。安阳矿区以突出为主，龙山矿有突出记录记载的41次，其中突出的36次，喷出的2次，压出为0次，倾出5次，突出占89%；大众矿全为突出，具体统计数据见表8-6。嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。

表8-6 安阳矿区煤与瓦斯突出类型表
矿井名称
煤与瓦斯突出情况
总次数（次）
其中有记录记载次数（次）
引突作业方式
突出
喷出
倾出
放炮
其它
龙山
111
36
2
5
91
20
大众
8
7

铜冶
23

果园
60

综上分析，安阳矿区煤与瓦斯突出以中小型突出为主要型式，从突出强度、始突深度、突出压力和突出频度看介于严重突出与一般突出之间。该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭。

瓦斯治理技术
一、瓦斯治理技术现状
安阳矿区所属矿井均为高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井，集团公司与各矿井十分重视瓦斯防治工作，牢固树立安全为天的理念，认真贯彻落实“先抽后采、监测监控、以风定产” 的瓦斯治理工作方针，和“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位” 的瓦斯综合治理工作体系，除了采取完善制度，健全机构，监督检查，加强培训等措施外，在瓦斯治理技术方面采取了以下措施： 劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙。
1）优化通风系统、加强通风管理。
通风系统的优化和各类风机的正常运行以及科学的通风管理，为采掘用风地段具有足够的风量，奠定了可靠的物质基础。 臠龍讹驄桠业變墊罗蘄。
2）安装瓦斯监测监控系统。
井下瓦斯监测监控系统的正常运行，为矿井瓦斯局部积聚的及早发现和及时处理提供了可能。
3）加强煤层瓦斯预抽
煤层瓦斯预抽技术，可降低煤层瓦斯压力和瓦斯含量，改善突出煤层的应力状态，是防止煤与瓦斯突出的根本途径。安阳矿区各矿多采用本煤层平行钻孔、边掘边抽钻孔、顶板高位岩孔、上隅角埋管抽放等抽放形式。龙山矿抽放前绝对涌出量为5m3/min,抽放后绝对涌出量为3m3/min；红岭矿抽放前瓦斯浓度0.7%，抽放后0.4%。从抽放前后涌出量和瓦斯浓度对比看，效果比较明显（见表9-1）。 鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞。

图9-1 安阳矿区各矿抽放参数
矿名
钻孔直径mm
长度m
孔距m
负压Kpa
浓度
抽出率
封孔材料
大众