芦岭矿10煤层瓦斯地质图编绘毕业设计.doc

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1、芦岭矿10煤层瓦斯地质图编绘摘要：我国煤炭资源储量1400亿吨，位居世界第三，煤炭消费量占全国一次能源的70%；然而2006年煤矿事故2945起，死亡4726人，其中矿井瓦斯是煤矿安全的重要影响因素，煤与瓦斯突出更是煤矿安全重大安全隐患。本文系统收集了芦岭矿大量的实际瓦斯地质资料，包括芦岭地质总报告，瓦斯抽放报表，各个采区的通风日报表月报表，芦岭矿各个煤层的钻孔资料，各采区的地质报告等资料，并下井测试10煤层的一些必要的参数。通过分析整理10煤层已有生产工作面的通风资料，参考相关文献，运用瓦斯地质理论， 根据瓦斯风化带的判断标准确定了10煤层各个采区的风化带，根据瓦斯预测参数采用间接法确定了煤

2、层瓦斯含量，对10煤层进行了分区预测，然后在EXCEL中进行线性回归，得出瓦斯含量与地板标高的关系，同理，在掌握压力与埋深，瓦斯涌出与地板标高的有关数据的基础上在EXCEL中进行线性回归的出他们的关系，求得瓦斯含量等值线，瓦斯压力等值线。在充分掌握了芦岭矿的瓦斯地质特征、瓦斯赋存、分布及涌出、突出规律后，根据瓦斯压力突出的临界值和瓦斯突出的始突深度算出各个采区突出的临界值对应深度和瓦斯始突时的对应深度然后将各个采区划分为突出威胁区，突出危险区，无突出区。并编成瓦斯地质信息图来真的指导该矿生产过程中的突出预防工作，使芦岭矿的安全生产更上一层楼。关键词：瓦斯涌出量预测 瓦斯突出 瓦斯含量 瓦斯压力

3、10 Luling coal mine gas geological map compilationAbstract : Chinas coal reserves 140 billion tons, ranking third in the world. National Coal consumption accounts for a 70% energy; However, in 2006 mine accident since 2945. killed 4,726 people, the gas is the safety of important factors, Coal and ga

4、s outburst is the Mine Safety significant security risks. This paper systematically collected Luling Mine lot of the actual gas geological information, including the total Luling geological report, gas drainage statements, various mining area ventilation Japanese statements on statements, Luling coa

5、l mine all the borehole data, the mining area of geological reports and other information . and 10 downhole testing seam necessary parameters. By analyzing finishing 10 coal production has been Face ventilation information, reference literature, the use of gas geological theory, Gas weathered zone u

6、nder the criteria identified 10 different coal mining area of the weathered zone. According to the gas forecast parameters indirect method to determine the gas content of coal for the 10 district forecast Then in EXCEL linear regression, and the gas content drawn floor elevation of the relationship,

7、 empathy, With pressure and depth. Gas Emission and elevation of the floor on the basis of data in Excel for the linear regression of their relationship, seek isogram gas content, gas pressure contours. Fully grasped the Luling Coal Mine gas geological features, gas storage, distribution and the gro

8、und and prominent law, According to prominent gas pressure and the critical value of gas outburst before the sudden depth calculated various mining area highlighted the critical value corresponding depth and Vanuatu Slovakia began when suddenly the corresponding depth then divided into various minin

9、g prominent threat, the danger, no prominent areas. Gas formation and geological information to the map really mine production guidance of the outstanding prevention work, Luling mine so that the higher level of production safety. Keywords : gas emission projections gas outburst gas content gas pres

10、sure目 录芦岭矿10煤层瓦斯地质图编绘11前 言52 井田地质概况72.1 矿井概况72.2 井田地质概况82.2.1 含煤地层82.2.2 构造102.2.3 煤层123 瓦斯地质规律研究133.1 地质构造与瓦斯赋存的关系133.1.1 区域地质构造133.1.2 井田地质构造133.2 煤层煤质特征163.3 煤体结构特征173.4 顶底板岩性及煤厚变化183.5 瓦斯地质单元的划分204瓦斯涌出规律及预测214.1主要瓦斯参数测试极其意义214.2 瓦斯含量与压力预测234.2 瓦斯涌出规律304.3 瓦斯涌出量预测313.3.1 预测方法确定313.3.2 瓦斯涌出量预测375煤

11、与瓦斯突出预测435.1煤与瓦斯突出的一般规律435.2 10煤层突出危险性预测435.2.1突出预测的方法和指标435.2.2 突出危险性预测446矿井瓦斯地质图编绘476.1 矿井瓦斯地质图的主要内容475.2 矿井瓦斯地质图的编制方法485.2.1 瓦斯地质历史资料的系统整理486.2.2 瓦斯地质的综合分析496.2.3 编图方法与步骤496.3 矿井瓦斯地质图的应用49致 谢53参 考 文 献541前 言我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一，瓦斯突出矿井数量多、分布范围大、突出强度大、突出频繁。煤与瓦斯突出可以造成：突出物埋人、破坏设施，突出的瓦斯窒息施工人员，引起瓦斯爆炸；破坏

12、正常的采掘生产循环，严重制约突出矿井劳动生产率的提高等危害。在我国目前的突出矿井有800多个，其中国有重点煤矿130个，地方煤矿300多个，乡镇煤矿400多个，各个采煤省份几乎都有突出矿井。1988年以前，年突出近千次，最多的一年是1980年,发生了1151次突出。1988年后，随着防治煤与瓦斯突出细则的颁步，我国突出矿井全面开以突出危险性预测、防治突出措施、措施效果检验和安全防护措施为标志的四位一体综合防突措施，年突出次数明显下降，目前年突出次数维持在200300次。据初步统计，2006年1月1日2007年4月1日，全国煤矿共发生各类重大、特大伤亡事故50起，死亡人数882人；其中瓦斯事故3

13、4起，死亡619人；煤与瓦斯突出伤亡事故11起，死亡131人，其中一次死亡10人以上的事故10起，死亡127人。 芦岭矿是淮北矿业集团公司的四对突出矿井之一，该矿自建矿以来已发生大小有记录的煤与瓦斯突出或动力现象20余次，2000年以来突出发生的频率不断增大，其中2002年4月7日发生在1采区8183面3煤眼斜石门的煤与瓦斯突出强度极大，共突出煤量8924t，喷出瓦斯量多达123万m3；其他不同程度的突出更是不断，突出问题严重制约着该矿的生产和发展。突出隐患的存在不仅极大增大了企业的生产成本，而且随着生产规模的日趋展开和开采水平的不断延伸将严重危协着该矿的安全生产，成为制约煤矿生产发展的瓶颈，

14、瓦斯突出问题的解决成了该矿刻不容缓的问题。8煤层的突出区域已划分，10煤层的回采正在进行，对10煤层的瓦斯危险性预测势在必行。我们系统地收集了芦岭矿大量的实际瓦斯地质资料，包括芦岭地质总报告，瓦斯抽放报表，各个采区的通风日报表，月报表，芦岭矿各个煤层的钻孔资料，各采区的地质报告，10煤层的地板等高线图，地质地形图等资料，并下井测试了10煤层的一些必要的参数，在通过分析整理资料、参考相关文献的基础上，运用瓦斯地质理，并根据瓦斯风化带的判断标准确定了10煤层各个采区的风化带，根据瓦斯预测参数采用间接法确定了煤层瓦斯含量，对10煤层进行了分区预测，然后在EXCEL中进行线性回归，得出瓦斯含量与底板标

15、高的关系，同理，在掌握压力与埋深，瓦斯涌出与底板标高的有关数据的基础上在EXCEL中进行线性回归的出他们的关系，求得瓦斯含量等值线，瓦斯压力等值线。在充分掌握了芦岭矿的瓦斯地质特征、瓦斯赋存、分布及涌出、突出规律后，根据瓦斯压力突出的临界值和瓦斯突出的始突深度算出各个采区突出的临界值对应深度和瓦斯始突时的对应深度然后将各个采区划分为突出威胁区，突出危险区，无突出区。并编成瓦斯地质信息图来真的指导该矿生产过程中的突出预防工作，使芦岭矿的安全生产更上一层楼。在本次实行的过程中我们得到了芦岭矿各级领导的大力支持和倾力帮助，特别是地质科的领导和技术人员在该矿搜集资料的过程中给于的极大的帮助。在论文的完

16、成过程中，得到了张瑞林老师，刘晓老师的鼎力帮助和指导，在此表示衷心感谢！2 井田地质概况2.1 矿井概况芦岭煤矿位于宿东矿区东南部，在皖北宿州市东南20Km处，北距集团公司所在地淮北市102km。井田东以F32断层为界，西以补13线和67线为界与朱仙庄煤矿相邻，浅部以10煤层露头为界，深部以-1000m等高线为界。走向长约10.2km，倾斜宽3.6km，勘探面积29.5km2，矿井主、副井筒位于井田中央，井口标高均为25.3m，工广平均标高为25.0m，其中主井坐标为：东经1170630，北纬333559。采矿登记面积(包括生活区)为33.877 km2。芦岭矿是设计年生产能力为150万t的大

17、型矿井l960年l2月开始建井，1969年12月简易投产，以后边生产边基建，于1976年达到并超过设计生产能力。后来又经过多次局部技术改造，矿井年生产能力基本稳定在180万吨以上，最高年产量突破200万吨。根据原煤炭部【87】煤生开字第65号文件批准，从1988年起进行矿井改扩建工程，改扩建后的年生产能力为240万吨，并于1993年12月完成，但由于矿井向深部及两翼伸展后煤层赋存条件复杂，至今尚未能达到改扩建的生产能力。2002年经安徽省经贸委核定，生产能力为230万吨/年，现实际年产量在180万吨左右。矿井采用竖井石门分水平开拓方式，共划分为三个开采水平：水平标高为210m400m，水平标高

18、为400m590m，水平下限标高暂定为1000m。井田采用采区开拓前进、工作面回采后退、跨上山无煤柱开采方式；、煤层采用联合布置，在煤底板布置三条上山，阶段布置双岩巷、反眼穿煤；采煤方法为倾斜分层，走向长壁、放炮落煤、全部垮落法跨上山回采。井田范围内除采矿形成的塌陷湖外均为农田，地形平坦，呈西高东低的趋势变化，地面标高在22m25m之间。井田内的水系主要是塌陷湖及沱河，地表水系简单。芦岭矿西临京浦铁路，距芦岭火车站9km，矿区专用铁路在此与京浦铁路线连接。井田北有宿（州）泗（县）、南有宿（州）蚌（埠）101省级公路穿过，各有9km矿区公路与之相连，四通发达，风雨无阻，交通方便，见图2-1。图2

19、-1 芦岭井田交通位置图2.2 井田地质概况2.2.1 含煤地层本井田属华北型石炭二迭纪煤系地层，上覆地层是第四系新地层，下伏奥陶系灰岩，煤系地层总厚度约1100余米，由一系列基本连续的沉积物组成，含煤系数约0.02。井田内二迭系地层含煤1530层，可采及局部可采煤层共八层，其中上部3、4、5、6、7 煤层为薄煤层，灰分高，煤层稳定性较差，只有局部可采。二迭系下二迭统山西组及石盒子组为主要含煤段，所含的8 、9、10煤层为矿井主采煤层，平均可采总厚度31.75m。其中上部的3、4、5、6、7 为薄煤层。煤层为中厚煤层，平均厚度为3.01 m，局部与煤层合并，煤层绝大多数为鳞片状，顶板破碎。10

20、、9煤层坚固性系数低，松软易碎。煤质以气煤为主，中低灰分，低硫低磷、高焦油率。10煤层为中厚煤层，全区普遍发育，是煤矿主要可采煤层，稳定。图2-2 10煤层可采区分布图10煤层-400m水平以上厚度较稳定，变化不大，-400m水平以下，F7断层以西厚度较稳定，一般为2.53.lmF7断层以东在走向上变化不大，沿倾向上向深部变薄，最薄点仅0.79m，呈东薄西厚变化（见图22）. 矿井主采煤层特征见表21. 煤层编号厚度（m）结构稳定性顶 底 板 岩 性煤型号层间距(m)顶 板底 板7简单不稳定中粒砂岩为主，局部为细砂岩或泥岩泥岩为主局部为细砂岩F、Q208复杂稳定以泥岩为主，局部为细砂岩薄层状细

21、砂岩或砂质泥岩Q3.59简单较稳定薄层状细砂岩或砂质泥岩块状泥岩Q6610较简单较稳定中粒砂岩为主细砂岩泥岩次之泥岩为主砂岩次之F、Q表2-1 矿井主采煤层特征一览表2.2.2 构造 （1）区域构造在区域构造格局中，宿东向斜为徐宿弧形构造的组成部分。徐宿弧形构造位于丰沛和太（和）蚌（埠）隆起之间，以肖县复式背斜（闸河矿区）和宿东向斜（宿东矿出区）为其外缘，向西弧形突，顶段位于徐楼。宿东向斜北受宿北断裂控制，南有光武固镇断裂，西南有西寺坡逆冲断裂，东有固镇长丰断裂，见图1-2所示。宿北断裂为区内规模最大的一条东西向断裂带，断面南倾，倾角，断距大于1000m，横贯于徐宿弧形构造中段与南段之间，南北

22、两侧构造与地貌截然不同，是地貌单元的分界线。光武固镇断裂横贯于淮北煤田的南缘边界，也是徐宿弧形构造的南界断层，控制长度大于200km。西寺坡逆冲断裂倾向北东，倾角浅部陡，深部缓。这三条断裂是控制宿东向斜内各级、各序次构造的边界。为徐宿弧形构造的的组成部分，宿东向斜内各种构造形迹的形成和发展、展布与组合，必然受到区域构造运动的影响。宿东向斜及其次级的构造形态主要是受到两期构造运动的影响而形成的。宿东矿区的主体构造格局形成于印支期，区域在NE方向强烈非均匀挤压应力的持续作用下，产生X型剪节理和地层弯曲褶皱，形成宿东向斜；而燕山运动期稍弱的构造应力作用又使宿东向斜在平面上发生弯曲，次级褶皱及断层发生

23、走向偏转，加剧了煤系地层变形程度，破坏了煤层的原生结构，使构造进一步复杂化。 图23 宿东矿区构造纲要图（2）井田构造宿东向斜总体呈不对称的向斜构造，向斜轴向NW方向，轴长110km，宽1.55.10km，轴部为二迭系地层。向斜的东北翼因受北东方向主压应力的影响（即F4逆断层的推压牵引作用），两端地层倾角大，一般左右；中段地区煤系地层被剥蚀而呈单斜构造；西南翼倾角较缓，一般在之间。向斜在朱仙庄矿一、二采区处变窄，在芦岭矿八、十采区位置变宽，呈弧形西南凸出，成为宿东向斜的最宽缓处。向斜的两端及最宽缓部位发育有短轴褶曲，见图1-4。图2-4 井田构造特征及分布图芦岭井田处于宿东向斜西南翼的东南段。

24、按照构造的复杂程度，可将井田划分为三段：井田西南部（67线F7）：主要包括六、八采区，该块段内中小型断层发育，浅部沿走向和倾向上有舒缓的褶曲和波状起伏。在水平上部，发育一条走向方向的正断层与倾向断层斜切。本块段内以六采区构造最为复杂，把六采区切割成五个孤立块段。井田中部（F71112线）：包括一、三、二、四采区，相对构造比较简单，发育几条斜切断层，其中四采区-600m水平以上倾角宽缓，煤层沿走向有平缓的波状起伏，薄及中、厚煤层中落差10m以下断层较为发育。井田东南部拐头区（1112线以东）：包括五、七采区，为宿东向斜的仰起端，呈弧形向南突出，该区内地层倾角变化较大，一般在，局部出现地层倒转，褶

25、皱发育，断层密集，切割关系复杂。据统计井田内已查明落差大于10m的大断层有45条，其中正断层19条，逆断层26条；落差100m以上的断层有条10条；落差在30100m之间的有12条，落差小于30m的23条。落差大于20m的断层多作为采区的自然边界使用。大中型断层主要是以近SN向和NE向的斜切正断层为主，高角度正断层占60以上，其力学性质多具扭动性质。中小断层及滑动构造较为发育，构造面多具细腻致密的构造膜泥，封闭性较好，推压扭搓特征明显。2.2.3 煤层10煤组位于山西组中部，多为单一煤层，仅在井田两端(11线以东及补15线以西)少数钻孔出现2层，个别孔(83-11、83-10)出现3层，以第二

26、层发育，定为10煤层，其余不稳定，且工程点少。10煤层-400m水平以上厚度较稳定，变化不大，-400m水平以下，F7断层以西厚度较稳定，一般为2.53.lm，F7断层以东在走向上变化不大，沿倾向上向深部变薄，最薄点仅0.79m，呈东薄西厚变化。10煤层为中厚煤层，全区普遍发育，煤厚0-4.99，平均1.86。可采点平均煤厚0.7-4.99m，平均2.07。煤层结构较简单，全区仅13个钻孔见夹矸，单层夹矸0.14-0.63m，平均0.26。，考虑到煤层在不同区域表现出不同的稳定性，我们将全区分为三个区段，分别选点计算，三个区段是：11-12线以东、11-12线至F7-1断层、F7-1断层至西部

27、采区边界。计算结果为11-12线以东为极不稳定煤层，其它两个为较稳定煤层，按规程规定将全区十煤层稳定性评定为类。3 瓦斯地质规律研究瓦斯地质规律是一项综合性的研究，主要利用瓦斯地质学的理论和方法，探讨煤层瓦斯的赋存、运动、空间分布规律；查明瓦斯分布非均质性的地质、开采控制因素，为制定安全可靠的瓦斯灾害治理措施提供依据。本次瓦斯地质规律的研究主要采用了以下方法：瓦斯赋存及控制因素探讨，包括：地质构造、煤质特征、煤体结构、封存情况（顶、底板岩性）、煤层厚度变化、软煤分布等。瓦斯地质单元的划分。瓦斯参数测试，包括现场参数测定：瓦斯压力、瓦斯含量、煤体结构等；实验室参数分析：煤体坚固性系数、吸附常数、

28、瓦斯残存量、瓦斯放散初速度、瓦斯成分等。本章将就以上方面进行较系统的阐述。3.1 地质构造与瓦斯赋存的关系3.1.1 区域地质构造根据区域地质构造的形成机制，弧形构造的凹侧遭受挤压而成为应力集中带，该带内有利于瓦斯的聚集和保存，而且弧顶部位应力集中程度最强，随着向弧心及两侧的展布影响逐渐减弱。芦岭井田基本上位于徐宿弧形构造的侧弧顶位置，强烈的地质应力作用引起了宿北断裂（基本上形成与弧顶对称中心线）的出现，从而使附近区域的煤层瓦斯得以部分释放。以此分析，芦岭井田瓦斯赋存量总的来说应该具有以下的变化趋势：总体随煤层埋深的增加而增大；井田东部虽处徐宿弧形构造的弧顶中心区域，地质构造复杂，但距宿北断裂

29、很近，应力在后期已经部分释放，瓦斯相对较小；井田中部已逐渐远离宿北断裂带，但仍深受徐宿弧形构造的影响，除东南浅部瓦斯较小外，其它区域向深部瓦斯增加很快；井田西部不仅远离宿北断裂，更逐步移出徐宿弧形构造的弧顶中心区域，瓦斯又趋于减小。3.1.2 井田地质构造（1）构造应力宿东向斜转折端的东南部拐头地区及朱仙庄井田的西北部，构造应力比较集中，煤系地层破坏严重，发育一系列放射性断裂。芦岭井田的六、八采区和朱仙庄井田补7线、4线附近为宿东向斜的两个主要受力点。此处应力集中，向斜较窄，构造十分发育，煤层破坏严重。据芦岭矿以往多次的实测及分析资料表明，井田内受到构造应力场的影响，其中最大水平主应力为SE方

30、向，是垂直应力的2.5倍。（2）小断层发育规律如前所述，芦岭井田处于宿东向斜西南翼的东南段。井田内发育有走向北西、北东及南北向的纵断层和横断层三组。逆断层多呈北西及北北西走向，断层面多向东倾，倾角一般为，具有冲断层性质，落差向深部逐渐减小。正断层走向北东居多，断层面东倾，少数倾向西南，倾角一般为，落差向深部逐渐变小尖灭。逆断层多平行于宿东向斜轴，显示其压性及压扭性特征。正断层多为横向张性切割逆断层及褶曲轴。通过对所有生产采区揭露的大量小断层资料分析总结，井田内小断层发育具有以下规律：小断层以正断层为主，约占3/4，倾角多在以上。断层两侧的牵引、反牵引等指向特征明显，见图3-1。断层面（带）的力

31、学性质均带有扭的性质，且存在有多组擦痕和一层510mm的软泥膜，光亮滑腻，封闭性较好。图3-1 断层两侧牵引现象素描 煤层常见有顶板穿刺和原因不明的岩块。 在10煤层中落差510m的断层往往有较宽的破碎带，两盘的裂隙带常有滴淋水现象。（3）小断层分区评价整个井田范围内小断层不仅异常发育，而且自东向西分布有一定的规律性，仍划分块段阐述如下 ：东部块段（1112线F32间）：主要包括水平五、七采区及水平三采区。本块段内断裂构造极为发育，大中型断层计13条，断层走向以NE和近SN向为主，另有层间断层3条。根据已经开拓的五采区生产揭露资料来看，中小断层发育，在0.010km2的范围内共发现2m以上落差

32、断层16条。主要特点是：断层两侧煤岩层走向及煤厚变化较大；拖曳牵引现象明显，幅度较大，影响范围在1025m之间。l 中部块段（F71112线间）：主要包括一和二采区及已经报废的三、一、二、四采区。为井田内构造最为简单的块段，发育大中型断层仅7条，走向以NE为主。结合实际揭露资料及区域内断层走向小玫瑰花图看出，块段内中部、采区构造比较简单，两侧采区构造相对复杂，落差10m以上的断层以四采区最为发育，断层走向多组，但NNE向相对占优势，见图3-3。该块段内影响10煤层开采的主要因素是煤厚变化及落差小于5m的中小型构造。图3-3 中部采区小断层玫瑰花图西部块段（F7井田西界）：主要包括六、八采区。断

33、层走向以NE向斜切断层为主，断层发育密度5.59条/km2，从区域内断层走向小玫瑰花图反映的优势断层走向方向看，西部采区断层走向变化较大，规律性较差，见图3-4。从10m以上断层摆布及组合分析，西部采区仍以NE向斜切断层为主，但增加了NW向及煤层走向方向的断裂，尤其是六采区，在0.7km2范围内发育7条10m以上断层，构造极为复杂，但水平却相对简单些。图3-4 西部采区小断层玫瑰花图3.2 煤层煤质特征本区煤的变质作用类型以区域变质为主，煤层的工业牌号属1/3焦煤，煤质较稳定，仅个别钻孔出现气煤或肥煤。其中10煤层原煤灰分最低，灰分产率在6.0134.37%之间，平均为14.85%。属低中灰煤

34、。各煤层精煤灰分产率大大低于原煤，平均多在6%12%之间。各可采煤层灰分分布特征如下：图2-5 各煤层原煤灰分产率分布频率10煤层井田西部以低灰为主,一般为1114%，次为中灰，少数为特化灰；井田中部主要为中低灰，一般在15%左右，部分为富灰；井田东部以低灰为主,一般在516%,次为中灰,个别为富灰。其变化规律如图36。煤层挥发分产率一般在36%左右,个别为3334%,沿走向和倾向变化不大。图3-6 10煤层灰分分布特征3.3 煤体结构特征煤体结构研究是瓦斯地质学的重要内容，在瓦斯含量和地应力条件具备的前提下，煤体结构控制着瓦斯的突出。要发生煤与瓦斯突出，就必须具有高瓦斯含量、高应力（包括地应

35、力、上覆岩层静压力、采矿生产诱导压力）和一定厚度的软煤分层。根据煤层的结构破坏特征，煤体结构可区分为四类：原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤，其中后三种称“构造煤”，而后两种则为软煤。煤体结构的分类特征见表3-1。据勘探阶段岩心描述，10煤层属于中厚煤层，常含12层夹矸，有软硬分层，软分层以碎粒状和鳞片状为主。另据井下观测及采煤样进行实验室分析，软煤f值一般为 0.160.614 ， P最大达到17.5 ，基本上可认定为表中的、类“构造煤”，即软煤。大量的生产和科研实践表明，由于“构造煤”特别是软煤自身具有高吸附能力、高瓦斯含量、低渗透性、高瓦斯解吸速率及低强度等特点，所以煤与瓦斯突出多发生在

36、有软煤分布的区域。芦岭井田的这种软煤与较硬夹矸互层的煤体结构便是容易造成煤与瓦斯突出的便利条件。表3-1 煤 体 结 构 分 类型号类 型赋存状态和分层特点光泽和层理煤体破碎程度裂隙、揉皱发育程度手试强度原生结构煤层状、似层状与上下分层整合接触煤岩类型界限清晰，原生条带状结构明显呈现较大保持棱角状块体，块体间无相对位移内外生裂隙均可辨认，未见揉皱镜面捏不动或呈厘米级块碎裂煤构造煤层状、似层透镜状，与上下分层呈整合接触煤岩类型界限清晰，原生条带结构断续可见呈现棱角状块体，但块体间已有相对位移煤体被多组互相交切的裂隙切割，未见揉皱镜面可捻搓成厘米、毫米级碎粒或煤粉碎粒煤软煤透镜状、团块状，与上下分

37、层呈构造不整合接触光泽暗淡、原生结构遭到破坏煤被捻搓碎，主要在1毫米级以上粒级构造镜面发育易捻搓成毫米级碎粒或煤粉糜棱煤透镜状、团块状，与上下分层呈构造不整合接触光泽暗淡、原生结构遭到破坏煤被捻搓碎得更小，主要在1毫米级以下粒级构造、揉皱镜面发育极易捻搓成粉末或粉尘3.4 顶底板岩性及煤厚变化（1）煤层顶底板岩性10煤层顶板以灰白色中粒砂岩为主，细砂岩、泥岩次之。由于构造影响，煤层顶板多破碎，裂隙发育，尤其是9煤，顶板极其破碎，且顶底板凹凸不平，不利于生产管理，给顶板管理造成很大困难。按规程有关规定，煤层顶底板综合评定为类。井田中部，10煤层受古河流冲蚀较严重，顶板常为灰白色厚层状中、粗砂岩，

38、局部出现砾岩或含砾砂岩，厚度多在310m，泥质胶结，遇水易松散。正常沉积形成的顶板为灰色泥岩或粉砂岩，厚度25m，伪顶厚00.5m，局部(1010采区)出现厚达2m，为薄层状夹煤线的炭质泥岩，顶板多含植物叶片化石。从101、102和1010采区看，10煤顶板还常发育有一层似底板的叶片状砂岩，厚度多在24m，但较底板叶片状砂岩软，内夹细而直的灰白色砂岩条带，层理界线清晰，无底栖动物通道，也不含菱铁结核；底板的咔炸状砂岩是深灰色泥岩中夹细砂岩条带，顶板的叶片状砂岩是灰白色细砂岩中夹深灰色泥岩条带，是二者最明显的区别标志。中、粗粒砂岩或粉砂岩顶板较平整，稳定性较好，局部凹凸不平,裂隙不太发育，属类顶

39、板；泥岩或叶片状砂岩顶板则凹凸不平，裂隙发育，还经常出现一些有一定分布规律的沟槽、陡坎、槽坎，其间多平行排列，延展长度一般在1040m,采掘工作面顶板管理较困难，易冒顶，属类顶板。10煤老顶多为厚层状砂岩，间夹泥岩、粉砂岩；底板为灰色块状泥岩或粉砂岩,厚13m,富含植物根茎化石。由图中看出，井田的西部泥岩顶板分布明显广于中部和东部，特别是在煤层的中、深部地带。所以西部四、六、八采区具有更好的煤层瓦斯保存条件，特别是分层开采顶分层时，西部采区瓦斯涌出量必定会明显高于开采中、东部采区，这种影响将在、水平反映更加显著。（2）煤层厚度及其变化据统计，突出点常分布在煤层厚度大和煤厚变化大的部位。其中，煤

40、层厚度及其变化对突出危险程度的影响已经为大量的突出资料所证实。主要原因是：煤层厚度的大小与生成的瓦斯量多少有关。厚煤带为瓦斯的储集提供了场所，一些矿井煤层厚，突出点常分布在煤层厚度大和煤厚变化大的部位。突出危险程度的差异与煤厚及其变化的关系有以下几种表现形式：在煤层厚度较稳定的多煤层矿井，各煤层的突出危险性决定于煤层的厚度，随着煤层厚度增大，突出危险性增加。在煤层厚度变化大的矿井，突出多发生在厚煤地段和煤厚变化带。凸透镜状煤包和被薄煤带包围的厚煤地段的突出危险性大。在煤层厚度变化较大的多煤层矿井，不同煤层相比较，突出危险性随煤厚变化的增大而增强。煤厚变化大的块段比变化小的块段度变化时，瓦斯绝对

41、涌出量也呈明显的正比例变化。煤层厚度变化造成了瓦斯分带上的差异。煤厚变化的梯度在一定程度上反映了瓦斯的变化梯度，从而造成了瓦斯突出点的不均衡性。由此总体分析，井田内10煤层厚度及其变化具有如下规律:10煤层为中厚煤层，全区普遍发育，是煤矿主要可采煤层;煤层-400m水平以上厚度较稳定，变化不大，-400m水平以下，F7断层以西厚度较稳定，一般为2.53.lm，F7断层以东在走向上变化不大，沿倾向上向深部变薄，最薄点仅0.79m，呈东薄西厚变化（见图22）。3.5 瓦斯地质单元的划分划分瓦斯地质单元的研究思路是瓦斯地质区划论，即地质条件控制瓦斯赋存和瓦斯突出的分布。具体可表达为以下方面：瓦斯赋存

42、和瓦斯突出的分布是不均衡的，具有分区、分带特点；这种分区、分带性与地质条件密切相关，并受地质因素的制约；瓦斯突出分布具有分级控制的特点，不同级别的突出区域其影响因素不同，因而瓦斯突出预测的地质指标也应该分级提出。瓦斯地质单元的划分是对某一区域瓦斯地质认识的综合和该区域瓦斯地质特点的集中体现。根据地质条件控制瓦斯分布的观点，划分瓦斯地质单元的边界应以控制瓦斯分布或突出分布的主导因素的区划边界为主来圈定。综合以上的分析结果，区域地质构造和井田小构造的发育和分布特征是影响和控制芦岭井田煤层瓦斯赋存和涌出的主要条件和因素。所以本次研究认为以采区为单位划分瓦斯地质单元是比较合理的，以下各项分析中均以不同

43、采区为相对独立的瓦斯地质单元进行统计、分析，并分别得出各自的探讨结论。4瓦斯涌出规律及预测瓦斯涌出量是指矿井在建设和生产过程中从煤与岩石内涌出的瓦斯量。瓦斯涌出量有两种表达行式：绝对涌出量和相对涌出量。瓦斯除了来自开采煤层外还来自邻近层和围岩的瓦斯，所以绝对瓦斯量一般要比相对量大。瓦斯涌出一般受开采深度、开采规模、开采顺序与开采方法、生产工艺、煤岩的瓦斯含量、采空区的密闭质量、采区通风系统和风量变化、地面大气压的变化等因素的影响。4.1主要瓦斯参数测试极其意义（1）煤坚固性系数煤的坚固性系数是一个反映煤体抵抗外力作用能力的综合指标，它取决于煤的组成成分、煤级、煤体结构等。这种方法是建立在脆性材

44、料破碎遵循破碎材料面积力能学说的基础上形成的，即“脆性材料被破碎时所消耗的功与其所增加的表面积的n次方（一般n=1）成正比。根据这一原理，目前通常采用落锤法进行煤坚固性系数的测定，并按下式计算：式中：煤的坚固性系数； 落锤次数（对于、类煤n=5；对于、类煤n=3）； 5份煤样粉末总高度，mm在瓦斯地质规律研究与瓦斯突出预测中，f值是一个有效指标，它定量地反映了煤体结构和煤体强度。f值越大，煤体结构相对越完整，突出危险性越小；反之突出危险性越大。据已经发生的突出记录卡片描述，所有的煤与瓦斯突出均发生在具有软煤的部位，这些地点f值介于0.20.4之间。另外，根据目前掌握的现场实测数据显示，芦岭井田

45、10煤的f值均介于0.130.614之间，而且大都小于0.5，本次实测值均小于0.3，属于有突出危险性范围，见表4-1。（2）吸附常数ab值的确定煤与瓦斯有着极强烈的亲和作用，瓦斯在煤中的赋存状态通常认为有三种形式：游离态,吸附态和吸收态（溶解态）。其中保存在煤中的瓦斯有100%90%。表4-1 芦岭井田10煤层坚固性系数测试结果表采样地点10121012101410231010610106风巷10108机巷*10108采面*1082轨巷钻孔*f值0.210.130.6140.420.3100.460.130.110.22173016以上呈吸附态存在，因此对吸附瓦斯的研究非常重要。目前最常用的

46、描述吸附态瓦斯的理论是单分子层理论，即CH4分子在煤体表面的吸附以单分子层排列，并处于动态吸附平衡状态。其定量表达方程是朗格缪尔方程中：W在一定温度下对应于某个瓦斯压力的煤层瓦斯吸附量，m3/t； P绝对瓦斯压力，Mpa； a、b吸附常数，a值的含义是理论上煤的最大瓦斯吸附能力，m3/t；b值为达到最大吸附能力时瓦斯压力的倒数，Mpa-1。煤对瓦斯的吸附量取决于温度和压力，温度越高压力越低，瓦斯吸附量越小；反之则越大。因此在进行吸附常数测定时，要限定温度，即要使整个吸附过程保持等温状态。一般取实验温度为30。本次在10109轨道巷钻孔采样进行了瓦斯吸附实验，测得瓦斯吸附常数a=38.76，b=0.5211，瓦斯吸附等温线见图4-1示。 图4-1 瓦斯吸附等温线煤对瓦斯的吸附能力主要取决于煤的物质组成、孔隙特征、煤级、水分含量等。吸附常数作为瓦斯突出危险性预测指标并不十分有效，但由于其能将煤在一定温度下的吸附瓦斯量与相应的瓦斯压力有机地联系起来，所以主要可用于瓦斯含量及涌出量的预测，即通过朗格缪尔方程实现瓦斯压力和瓦斯含量的相互换算，根据需要分别获取瓦斯含