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1、煤层瓦斯含量、压力与突出敏感指标关系考察分析张国平（松藻煤电公司松藻煤矿）摘 要：针对直接测定突出煤层瓦斯含量、压力，并结合工作面采掘过程中实测的突出危险性预测敏感性指标K1值、SA值以及防突打孔过程中的动力现象，考察分析煤层瓦斯含量、压力与突出敏感指标及打孔过程中动力现象之间的关系，综合判定煤层的突出危险。关键词：瓦斯含量 突出敏感指标 对比考察 前言松藻煤矿系煤与瓦斯突出矿井，可采和局部可采煤层有K3b、K1和K2b共3层，均具有突出危险性。其中主采煤层K3b为严重突出危险煤层，K1突出危险性次之，K2b突出危险性最弱。从建矿开采至今，全矿共发生煤与瓦斯突出45次，其中最大一次突出470吨
2、煤炭，平均每次突出53.7吨。随着矿井向深部水平延深，煤层瓦斯压力、瓦斯含量增大，突出危险性增加，瓦斯灾害的治理难度越来越大，给矿井的安全生产带来了严重威胁。煤层瓦斯含量、压力是矿井瓦斯治理的基础参数，也是预测煤与瓦斯突出危险性的重要参数之一。根据防治煤与瓦斯突出规定，防突工作坚持“区域防突措施先行、局部防突措施补充”的原则。突出矿井采掘工作做到不掘突出头，不采突出面。开采保护层或预抽煤层瓦斯区域防突措施后，采用实测煤层瓦斯压力或瓦斯含量对区域措施效果进行检验，若煤层残余瓦斯压力降到0.74MPa或残余瓦斯含量降到8.0m3/t以下，则区域措施效果检验达标。因此，为了准确掌握矿井突出煤层瓦斯含
3、量、压力与突出敏感指标的关系，结合矿井防治煤与瓦斯突出技术现状，对松藻煤矿突出煤层瓦斯含量、压力与突出敏感指标关系考察显得十分重要。1.考察方法选取根据煤与瓦斯突出机理，煤与瓦斯突出是在地应力、瓦斯、煤的物理力学性质综合作用的结果。瓦斯因素在煤与瓦斯突出中发挥着极其重要的作用，没有足够的瓦斯含量和瓦斯压力，就没有足够的瓦斯内能，突出就很难发生，即使发生突出，也以压出和倾出类型为主，因此突出后瓦斯涌出量较小，其危害性也相对较小。目前松藻煤矿采用钻屑瓦斯解吸指标预测突出的方法主要是测定反映突出煤层瓦斯、地应力、煤的物理力学性质的危险性部分因素的指标，并根据其大小判断突出危险性，其中瓦斯含量是预测突
4、出的重要指标之一。因此，按照防突煤与瓦斯突出规定要求，采取测定煤层瓦斯含量或压力，并结合实测钻屑瓦斯解析指标K1、A值以及打孔动力现象方法，对突出煤层瓦斯含量、压力与突出敏感指标关系进行考察。2.煤层瓦斯含量、压力测定方法煤层瓦斯含量、压力测定主要有间接测定和直接测定两种方法，常用的煤层瓦斯含量间接确定法是井下现场打孔实测煤层原始瓦斯压力，然后根据实验室测定的煤层吸附常数值及工业分析结果计算瓦斯含量。该方法的关键在于井下煤层瓦斯压力的准确测定,但煤层原始瓦斯压力测定工艺复杂，对测点的选择布置、封孔工艺等环节要求很高，否则，测定的煤层原始瓦斯压力不准确。同时，无论是采取主动测压或被动测压，其测压
5、时间均在1个月以上，测定周期长，不能满足瓦斯治理的需要。目前，煤炭科学研究总院重庆研究院研制的DGC型瓦斯含量直接测定装置，即孔内取芯快速测定煤层瓦斯含量、压力技术，在现场得到了很好的推广应用。因此，选择DGC型瓦斯含量直接测定装置快速实测煤层瓦斯含量和压力。3.煤层突出敏感指标测定方法 根据松藻煤矿现有生产及技术条件，突出煤层工作面预测方法采用钻屑指标法，即通过测试钻屑瓦斯解吸指标K1值、钻屑量SA值，并结合打孔过程中的瓦斯动力现象，综合判定煤层突出危险。预测采用煤炭科学研究总院重庆研究院的WTC突出参数测定仪，在煤层内每钻进2m分别测试K1及SA值(测试相互位置错开)。突出敏感指标临界值分
6、别取K1值为0.5ml(gmin1/2)-1，SA值为14Kg/m（孔径72mm）或20kg/m（孔径87mm）。4.测定结果及分析4.1测定结果为考察分析各煤层瓦斯含量、压力与突出敏感指标的关系，选择在K1、K2b、K3b煤层已抽采、受保护或未抽采、未受保护的区域施工钻孔。取样同时测定煤层瓦斯含量、压力和突出敏感指标K1值和SA值，共计取样测定30个，其中K1煤层10个，k2b煤层13个，K3b煤7个。实测K1煤层最大瓦斯含量11.09m3/t，瓦斯压力0.543MPa, K1值0.66,SA值13kg/m；实测K2b煤层最大瓦斯含量17.8m3/t，瓦斯压力2.003Mpa，最大K1=0.
7、85ml/g.min1/2， SA=18Kg/m；实测K3b煤层最大瓦斯含量为22.31m3/t，瓦斯压力1.762Mpa， K1=0.74，最大钻屑量SA=18Kg/m。详见松藻煤矿快速测定煤层瓦斯含量结果统计表(表1)。表1松藻煤矿煤层瓦斯含量、压力及突出敏感指标测定统计表 序号地点煤层是否抽采瓦斯含量(m3/t)瓦斯压力(Mpa)K1值SA值动力现象12316采面K3b是16.681.3270.8418有22226-2运巷K2b否9.410.4640.3911无3一区+5N4石门K3b否23.573.1780.820有42119-1运巷K1否9.720.5820.6613有52224-1
8、采面K2b是9.68 0.6070.4315有62225运巷110mK2b是8.74 0.5650.3712有72225运巷170mK2b是11.66 0.9310.4514有9一区+5N5石门K1否11.09 0.5430.6412有102215-2采面K2b是10.37 0.5710.3310有112224-2采面K2b是8.82 0.5550.3510无122224采面K2b是8.44 0.4640.3210无132223运巷320mK2b否13.46 0.9740.6315有142223运巷75mK2b否17.8 2.0030.8518有152223运巷157mK2b否25.11 2.
9、6420.8720有163211N回风巷K2b否11.710.5850.4216有172217-2切割K2b否10.80.4670.3210无182224采面K2b 是5.420.130.248无19+190S4石门K1是3.340.0280.217无202122-2运巷K1是4.830.2240.217无212316风巷120mK3b是4.930.1960.310无222316采面K3b是8.850.4420.5413有232316风巷165mK3b是3.540.1270.2610无242316风巷196mK3b是9.180.4330.3612有252117-1运巷K1是3.570.1250
10、.128无262115-1采面K1是7.520.2040.218无272217-2采面K2b否8.910.3380.2610无282117-2运巷K1否10.20.5820.36810有292223运巷750mK3b否22.311.7620.7418有30+100主石门K2b否9.920.560.3510无4.2瓦斯含量、压力与煤层突出敏感指标关系分析4.2.1瓦斯含量与突出敏感指标K1值关系分析瓦斯含量的大小直接影响煤层的突出危险，而K1值的大小与煤层中的瓦斯含量有直接关系。为了掌握煤层瓦斯含量与突出敏感指标K1值的相互关系，在抽采、未抽采以及受保护后的煤层中分别取样直接测定煤层瓦斯含量和突
11、出敏感指标K1值，根据实测结果分析瓦斯含量与K1值之间的关系。通过分析测定的煤层瓦斯含量与突出敏感指标K1值，得出松藻煤矿K1、2b、k3b煤层瓦斯含量与突出敏感指标k1值有如下关系：1煤层：12.411+2.8943（20.7）2b煤层：21.66+1.7992（20.8115）K3b煤层：31.557-4.99（20.842）式中：煤层突出敏感指标K1值(ml/g.min1/2) X煤层瓦斯含量（m3/t）由上式和图1、图2、图3可以看出，煤层瓦斯含量与突出敏感指标1值有良好的相关性，瓦斯含量与突出敏感指标1值成正比关系，当煤层瓦斯含量增大时突出危险性增加，突出敏感指标1值也增大，反之则减
12、小。4.2.2瓦斯含量与突出敏感指标钻屑量SA值关系分析突出敏感指标SA值的大小主要反映煤层中地应力情况，与煤层中的瓦斯含量无直接关系，但地应力在煤与瓦斯突出发生的突出阶段，扮演着极其重要的角色，是发生煤与瓦斯突出的一个必要的先决条件。为了掌握煤层瓦斯含量与突出敏感指标钻屑量SA值的相互关系，在抽采、未抽采以及受保护后的煤层中分别取样直接测定煤层瓦斯含量和突出敏感指标SA值，根据实测结果分析瓦斯含量与SA值之间的关系。通过分析测定的煤层瓦斯含量与突出敏感指标SA值，得出松藻煤矿K1、2b、k3b煤层瓦斯含量与突出敏感指标SA值有如下关系：1煤层：1.1448-3.4485（27223）2b煤层
13、：1.0748-2.1587（20.6891）K3b煤层：1.9423-15.948（20.9534）式中：煤层突出敏感指标钻屑量SA值(kg/m) X煤层瓦斯含量（m3/t）由上式和图4、图5、图6可以看出，煤层瓦斯含量与突出敏感指标SA值有较好的相关性，瓦斯含量与突出敏感指标1值成正比关系，当煤层瓦斯含量增大时突出危险性增加，突出敏感指标1值也增大，反之则减小。4.2.3瓦斯压力与突出敏感指标K1值关系分析瓦斯也是发生煤与瓦斯突出过程中的又一个不可缺少的要素, 它的作用是利用压力梯度破碎煤体和瓦斯由煤中快速的解吸所形成的瓦斯气流, 将被破碎的煤搬运出工作面,其搬运距离取决于所形成的瓦斯流的
14、强弱。为了掌握煤层瓦斯压力与突出敏感指标K1值的相互关系，在抽采、未抽采以及受保护后的煤层中分别取样直接测定瓦斯压力和突出敏感指标K1值，根据实测结果分析瓦斯压力与K1值之间的关系。通过分析测定的瓦斯压力与突出敏感指标K1值，得出了松藻煤矿K1、2b、k3b煤层瓦斯压力与突出敏感指标K1值有如下关系：1煤层：1.1448-3.4485（27223）2b煤层：1.0748-2.1587（20.6891）K3b煤层：1.9423-15.948（20.9534）式中：煤层突出敏感指标K1值(ml/g.min1/2) X煤层瓦斯压力P（Mpa）由上式和图7、图8、图9可以看出，煤层瓦斯压力与突出敏感指标K1值有较好的相关性，瓦斯压力
