蘇旭東

西銘煤礦目前開采 2#、3#、8#、9#煤層。隨著開采深度的增加，為了確保礦井安全高效生產(chǎn)，該礦進(jìn)行了 2#、3#.、8#、9#煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定工作。

西銘礦測(cè)定的瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)主要包括：煤層瓦斯含量測(cè)定;煤層原始瓦斯壓力測(cè)定;煤層鉆孔瓦斯涌出量及衰減系數(shù)測(cè)定;煤層透氣性系數(shù)測(cè)定;煤的吸附常數(shù)a、b值的測(cè)定;煤的孔隙率測(cè)定;煤樣工業(yè)分析測(cè)定等。這些參數(shù)需分別在現(xiàn)場(chǎng)及實(shí)驗(yàn)室測(cè)定。

1 煤層瓦斯含量的測(cè)定

煤層瓦斯含量是指單位體積或重量的煤體中含有的瓦斯量，它是計(jì)算瓦斯儲(chǔ)量和預(yù)測(cè)瓦斯涌出量的基礎(chǔ)。

本次采用直接法測(cè)定煤層瓦斯含量。直接法測(cè)定煤層瓦斯含量，采集煤體煤芯，用解吸法測(cè)定煤層瓦斯解吸量。推算煤樣從采集開始至裝罐解吸測(cè)定前的損失瓦斯量，再利用解吸測(cè)定后煤樣中殘存瓦斯量計(jì)算煤層瓦斯含量。其測(cè)定步驟如下：

1)在采掘工作面煤壁上，垂直煤壁打一個(gè)d42 mm、孔深15 m以上的鉆孔(若是新開掘進(jìn)巷道，10 m即可)，當(dāng)鉆孔鉆至15 m時(shí)開始取樣，并記錄采樣開始時(shí)間t1。

2)將采集的新鮮煤樣裝罐并記錄，煤樣裝罐后開始解吸測(cè)定的時(shí)間t2，用FHJ－2型瓦斯解吸速度測(cè)定儀測(cè)定不同時(shí)間t下的煤樣累積瓦斯解吸總量Vi，瓦斯解吸速度測(cè)定為2 h，解吸測(cè)定停止后，擰緊煤樣罐以保證不漏氣，送實(shí)驗(yàn)室測(cè)定煤樣殘存瓦斯量。

3)損失量計(jì)算：

式中：

Voi—換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的解吸瓦斯體積，mL;

Vi—不同時(shí)間解吸瓦斯測(cè)定值，mL;

P0—大氣壓力，Pa;

hw—量管內(nèi)水柱高度，mm;

Ps—hw下飽和水蒸汽壓力，Pa;

tw—量管內(nèi)水溫，℃。

煤樣解吸測(cè)定前的暴露時(shí)間為t0，t0=t2－t1，本次測(cè)定t0=2 min;不同時(shí)間t下測(cè)定的Voi值所對(duì)應(yīng)的煤樣實(shí)際解吸時(shí)間為t0+t;用繪圖軟件繪制全部測(cè)點(diǎn)［(t0+t)0.5，Voi］，將測(cè)點(diǎn)的直線關(guān)系段延長(zhǎng)與縱坐標(biāo)軸相交，直線在縱坐標(biāo)軸上的截距，即為瓦斯損失量。

4)根據(jù)煤樣損失瓦斯量、解吸瓦斯量及殘存瓦斯量和煤中可燃質(zhì)重量，即可求出煤樣的瓦斯含量：

式中：

Vo—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煤樣瓦斯解吸量，mL;

V1—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煤樣損失瓦斯量，mL;

V2—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煤樣殘存瓦斯量，mL;

G0—煤樣可燃質(zhì)重量，g;

X—煤樣瓦斯含量，mL/g·r。

2 壓力的測(cè)定

煤層瓦斯壓力是指煤孔隙中所含游離態(tài)瓦斯的壓力，即氣體作用于孔隙壁的壓力。煤層瓦斯壓力是煤層瓦斯流動(dòng)和涌出的基本參數(shù)，亦即煤層瓦斯流動(dòng)的動(dòng)力，它不僅決定著煤層瓦斯含量與涌出量的大小，而且對(duì)于煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)及合理制定防突措施等均起著重要作用。

由于該礦井下沒有石門揭煤巷道，在揭煤前打穿層鉆孔穿透煤層，因此，本次 2#、3#、8#、9#煤層瓦斯壓力均采取本煤層打順層鉆孔測(cè)定。具體方法如下：

1)打孔。利用鉆機(jī)在煤壁順煤層打孔徑為d75 mm，孔深40 m。

2)封孔。封孔距離為30 m，其中端頭1 m用反應(yīng)比較慢的聚氨酯纏布直接插入孔中，剩余29 m用泵注入正常反應(yīng)速度聚氨酯。鋼管用聚氨酯封孔慢速，剩余29 m用水泥砂漿混有定量的膨脹水泥封孔。孔口用木楔堵死。注漿6＇鋼管，設(shè)有閥門。

3)測(cè)壓。銅管末端安裝閥門，每天讀取壓力表數(shù)值。

3 煤層鉆孔瓦斯涌出量及衰減系數(shù)測(cè)定

表征鉆孔自然瓦斯涌出特征的參數(shù)有兩個(gè)，分別是鉆孔初始瓦斯涌出強(qiáng)度q0和鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)α。其中，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)α是評(píng)價(jià)煤層瓦斯預(yù)抽難易程度的一個(gè)重要指標(biāo)。

測(cè)定示意圖，見圖1。

圖1 衰減系數(shù)測(cè)定示意圖

具體測(cè)定步驟為：

1)在掘進(jìn)工作面選擇新鮮暴露煤壁，沿煤層打一個(gè)孔徑75 mm，長(zhǎng)50 m左右的鉆孔，用4＇鋼管和水泥沙漿封孔，封孔長(zhǎng)度2～3 m，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)，回歸分析求出q0和α，即為鉆孔自然排放瓦斯規(guī)律。

西銘礦瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定主要數(shù)據(jù)見表1。

表1 瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定主要數(shù)據(jù)表

4 結(jié)論

1) 西銘煤礦 2#、3#、8#、9#煤層實(shí)測(cè)瓦斯含量分別為5.72 ～ 8.21 m3/t、2.86 ～ 5.12 m3/t、7.32 ～11.59 m3/t、5.45 ～7.32 m3/t;煤層原始瓦斯壓力分別為 0.4 MPa、0.26 MPa、0.42 MPa、0.34 MPa。

2)根據(jù)礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果，西銘礦為高瓦斯礦井，應(yīng)建立瓦斯抽放系統(tǒng)。瓦斯流量衰減系數(shù)為0.042 ～0.342 d－1，屬于可以抽放煤層，具備本煤層瓦斯抽放的條件。

3)建議隨著礦井開拓開采區(qū)域的擴(kuò)大和煤層開采深度的增加，加強(qiáng)煤層瓦斯含量的測(cè)定工作，并根據(jù)測(cè)定結(jié)果檢驗(yàn)和修正礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果。為礦井通風(fēng)及瓦斯治理提供可靠依據(jù)。

4)西銘礦已經(jīng)建立了瓦斯抽采系統(tǒng)，為提高西銘礦瓦斯抽采能力、優(yōu)化抽采系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分源抽采和分抽分送，確保了煤礦安全生產(chǎn)。

5) 由于8#、9#煤層層間距近(2 ～3 m)，8#煤回采過(guò)程中會(huì)受到9#煤瓦斯涌出影響，因此，建議在9#煤中布置底抽鉆場(chǎng)或底抽巷提前進(jìn)行瓦斯預(yù)抽。