樂(lè)平礦務(wù)局北部礦區(qū)煤層瓦斯透氣性測(cè)定研究

童德華，江 輝

（樂(lè)平礦務(wù)局 沿溝煤礦，江西 樂(lè)平333304）

1 概述

樂(lè)平礦務(wù)局北部礦區(qū)的生產(chǎn)礦井有沿溝煤礦、涌山煤礦、仙槎煤業(yè)、東方紅煤礦，均為煤與瓦斯突出礦井。礦區(qū)開(kāi)采急傾斜煤層群，煤層傾角為50°～75°，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，煤系地層厚約300～500m，含煤11層，為中近距離煤層群，煤層總厚度為20.86m。煤層較穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，含夾矸1～3層。其中一、二、三、四、五、六、七、八煤為可采煤層，主要開(kāi)采煤層多為突出煤層。區(qū)內(nèi)礦井的開(kāi)拓方式多為斜井多水平分區(qū)式開(kāi)拓，其中沿溝技改井為立井多水平分區(qū)工開(kāi)拓，分3個(gè)水平開(kāi)采，一水平（－120m）已結(jié)束，二水平（－270m）已基本結(jié)束，三水平（－475m）正在生產(chǎn)。

在北部礦區(qū)內(nèi)煤層瓦斯含量平均為19.72m3／t，煤層瓦斯壓力為0.15～3.25MPa，煤層透氣性系數(shù)為0.000125～0.0062m2／atm2·d，礦區(qū)內(nèi)開(kāi)采煤層透氣性差，瓦斯壓力變化大，屬于瓦斯較難抽放煤層。煤層瓦斯含量由東往西（仙槎煤業(yè)→沿溝煤礦→涌山煤礦）逐漸增高，煤層瓦斯突出危險(xiǎn)性、突出強(qiáng)度逐漸增大。瓦斯災(zāi)害是樂(lè)平局安全生產(chǎn)的主要威脅。該局在開(kāi)展瓦斯綜合防治工作中，與沈陽(yáng)瓦斯研究院合作研究煤層瓦斯變化規(guī)律，以煤層瓦斯的透氣性為重點(diǎn)，預(yù)防瓦斯窒息、瓦斯爆炸、瓦斯突出等災(zāi)害事故。為保證在三水平開(kāi)拓、準(zhǔn)備、回采巷道的設(shè)計(jì)、布置、掘進(jìn)、施工的安全，有針對(duì)性地開(kāi)展了煤層瓦斯參數(shù)（煤層透氣性系數(shù)、煤層瓦斯含量、煤層瓦斯壓力等）的測(cè)定工作。重點(diǎn)研究了煤層瓦斯的透氣性。

2 相關(guān)參數(shù)測(cè)定

2.1 煤層瓦斯含量

樂(lè)平局選在沿溝煤礦36－365二煤進(jìn)行煤層瓦斯含量測(cè)定，實(shí)測(cè)過(guò)程采用直接測(cè)定法。測(cè)定工具使用沈陽(yáng)研究院研制的解吸速度測(cè)定儀進(jìn)行解吸，測(cè)定出約0.5～2h內(nèi)解吸量q2，并找出解吸速度隨時(shí)間的衰減變化規(guī)律。最后將煤樣罐交實(shí)驗(yàn)室測(cè)定出其殘存瓦斯量q3。

沿溝煤礦二煤層測(cè)定瓦斯含量2組（1＃孔、2＃孔），煤層瓦斯損失量的計(jì)算是將解吸量、損失量及殘存量等數(shù)據(jù)按經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。因?yàn)槎?＃孔孔在施工的過(guò)程中與石門中的一個(gè)小型垮冒區(qū)域貫穿，以致瓦斯逸散，導(dǎo)致測(cè)出的瓦斯含量與1＃孔有偏差，因此二煤的瓦斯含量以二煤1＃孔的為準(zhǔn)。

2.2 煤層孔隙率

在沿溝煤礦二煤層中，瓦斯90%以上是以吸附狀態(tài)賦存在煤層中的孔隙內(nèi)的表面上，煤層孔隙體積的大小決定著煤層吸附瓦斯能力的大小。此次煤層孔隙率的測(cè)定是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的，它通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的煤樣測(cè)定煤的真假密度來(lái)計(jì)算煤層孔隙率，煤層孔隙率測(cè)定結(jié)果，見(jiàn)表1。

表1 煤樣孔隙率試驗(yàn)結(jié)果

2.3 瓦斯衰減系數(shù)

鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)α的具體測(cè)定步驟為：

（1）在工作面選擇新鮮暴露煤壁，沿煤層打一個(gè)孔徑75mm，長(zhǎng)30～40m的鉆孔，用Φ15mm鋼管和聚氨酯或水泥沙漿封孔，封孔長(zhǎng)度2m，并記錄成孔和封孔時(shí)間。

（2）定期測(cè)量鉆孔自然瓦斯流量q，并記錄流量測(cè)定時(shí)的鉆孔自排瓦斯時(shí)間t。

（3）根據(jù)不同自排時(shí)間下的鉆孔自然瓦斯流量測(cè)定數(shù)組（ti，qi），用回歸分析求出q0和α，即為鉆孔自然排放瓦斯規(guī)律。

用以上方法，樂(lè)平局在沿溝礦36－365石門二煤附近施工一個(gè)鉆孔，測(cè)定二煤自然瓦斯涌出量，將測(cè)定數(shù)據(jù)按最小二乘法回歸求出衰減系數(shù)。

2.4 煤層透氣性系數(shù)

煤層透氣性系數(shù)是采用徑向流量法來(lái)確定的，其測(cè)定煤層透氣性系數(shù)時(shí)的主要步驟為：

（1）對(duì)煤層瓦斯含量系數(shù)進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的煤層原始瓦斯含量和間接法反算出的煤層原始瓦斯壓力，用公式α＝X·γ／P0.5確定瓦斯含量系數(shù)；經(jīng)計(jì)算，二煤層的瓦斯含量系數(shù)見(jiàn)表2。

表2 二煤瓦斯含量系數(shù)計(jì)算

（2）對(duì)煤層透氣性系數(shù)進(jìn)行測(cè)定。首先垂直煤層打測(cè)壓鉆孔，密封鉆孔并測(cè)出煤層原始瓦斯壓力；當(dāng)測(cè)壓鉆孔的瓦斯壓力穩(wěn)定于最高值后，取下壓力表將鉆孔內(nèi)壓力降至正常大氣壓力，使鉆孔自然排放瓦斯，并測(cè)定鉆孔瓦斯流量，而后代入相關(guān)公式計(jì)算煤層透氣性系數(shù)。

計(jì)算煤層透氣性系數(shù)時(shí)，可采用試算法，如果F0值在所選用公式的時(shí)間準(zhǔn)數(shù)范圍內(nèi)，λ值正確；如F0值不在所選用公式的時(shí)間準(zhǔn)數(shù)范圍內(nèi)，則需選用其他公式重新計(jì)算λ值，直到驗(yàn)算的F0值在選用公式的時(shí)間準(zhǔn)數(shù)范圍內(nèi)為止。

通過(guò)對(duì)沿溝煤礦二煤層瓦斯壓力和流量的實(shí)測(cè)，計(jì)算出該礦煤層透氣性系數(shù)（見(jiàn)表3）。

表3 二煤層透氣性系數(shù)計(jì)算結(jié)果

根據(jù)鉆孔流量衰減系數(shù)、煤層透氣性系數(shù)，對(duì)照煤層瓦斯抽放難易程度表表4，可以判斷出煤層瓦斯抽放的難易程度。

表4 煤層瓦斯抽放難易程度

利用上述方法可以得出結(jié)論，沿溝煤礦二煤鉆孔流量衰減系數(shù)α為 0.5655d－1，透氣性系數(shù)為0.049m2／（MPa2.d），屬較難抽放煤層；該礦4＃煤層鉆孔流量衰減系數(shù)α為0.1339d－1，透氣性系數(shù)為0.036m2／（MPa2.d），屬較難抽放煤層；該礦五煤層鉆孔流量衰減系數(shù)α為0.273d－1，透氣性系數(shù)為0.012m2／（MPa2.d），屬較難抽放煤層。

3 結(jié)語(yǔ)

樂(lè)平局通過(guò)組織通風(fēng)安全技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)測(cè)后，計(jì)算得出沿溝煤礦二煤為較難抽采煤層，煤層透氣性很低，瓦斯含量較高，瓦斯壓力較大。因此，樂(lè)平局北部礦區(qū)在對(duì)二煤進(jìn)行開(kāi)采層預(yù)抽時(shí)，要加大鉆孔密度，增加抽采時(shí)間，同時(shí)還要為預(yù)測(cè)鄰近煤層瓦斯的變化以及瓦斯防治工作提供參考資料。

樂(lè)平局針對(duì)北部礦區(qū)的采掘現(xiàn)狀，加上實(shí)測(cè)礦井在開(kāi)展瓦斯參數(shù)測(cè)定所布置的測(cè)點(diǎn)受到局限，因而要求北部生產(chǎn)礦井在今后的生產(chǎn)過(guò)程中必須加強(qiáng)煤層瓦斯含量、煤層透氣性以及瓦斯壓力的測(cè)定工作，為開(kāi)展瓦斯災(zāi)害綜合治理提供可靠的安全依據(jù)。