龙山煤矿瓦斯治理技术研究技术报告(编辑修改稿)

龙山煤矿瓦斯治理技术研究技术报告(编辑修改稿)内容摘要：

断层瓦斯含量和涌出量增高的现象。 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4176。 ～ 15176。 ，瓦斯含量相对较高 ；南东翼倾角一般在 14176。 ～ 28176。 ，瓦斯含量相对较低。 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 71。 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 72，图 73）。 但不完全是线性关系 (图 74)， 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。 15 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 ；埋深 750～ 1200m 范围内，瓦斯含量变化梯度则为 ，即深部瓦斯含量增幅较小，浅部瓦斯含量增幅相对较大。 y = R2 = 05101520253035370360350340330320310300煤层底板标高（m）相对瓦斯涌出量（m3/t） 图 71 龙山煤矿二 1煤层底板标高与瓦斯相对涌出量趋势图 y = + R2 = 0510152025305004003002001000100200底板标高(m)瓦斯含量(m3/t) 图 72 龙山井田煤层底板标高与瓦斯含量趋势图 16 y = + R2 = 0510152025303540450 200 400 600 800 1000 1200 1400埋藏深度/ m瓦斯含量/m3/t 图 73 二 1 煤瓦斯含量变化梯度示意图 图 74 安阳矿区二 1 煤层甲烷含量变化 趋势 图 三、 煤层特征 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 17 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 104～ 106mD，渗透性极差。 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 ~15m，节理、裂隙均不发育，渗透系数远远小于 ， 具有较好的隔 气 阻 水 性能。 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 ，阻水隔气性能极佳。 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。 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。 本区主采二 1 煤层层位稳定，煤厚 ～ ，平均 ，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 75~图 710 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。 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。 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 18 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 74， 以及 图 71图 712。 表 74 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 SM 66 WY 01020304050607080JM SM WY 煤变质程度煤岩组分（％）镜质组 惰质组 图 711 煤变质程度与煤岩组分关系图 19 60626466687072747678JM SM WY 煤变质程度煤岩组分（％）02468101214瓦斯含量（m3/t）镜质组分 原煤瓦斯含量 图 712 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 75，图 713。 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。 表 75 不同变质阶段的瓦斯含量 煤类 挥发 份 Vdaf(%) 瓦斯含量 (m3/t) JM SM PM WY 20 0510152025JM SM PM WY煤类瓦斯含量（m3/t）02468101214161820挥发份（％）挥发份 瓦斯含量 图 713 不同煤种瓦斯含量变化示意图 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 76，图 714）。 从图 714 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。 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 355 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。 表 76 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 80 主焦 120 大众 15 80 铜冶 220 果园 80 龙 山 150 21 05101520253035红岭 主焦 大众 铜冶 果园 龙山瓦斯涌出量（m3/t）050100150200250涌水量（m3/h)瓦斯涌出量 涌水量 图 714 安阳矿区相对瓦斯涌出量与涌水量关系图 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。 （ 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。 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。 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 22 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。 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。