海孜煤礦煤體結(jié)構(gòu)與瓦斯賦存地質(zhì)規(guī)律

海孜煤礦煤體結(jié)構(gòu)與瓦斯賦存地質(zhì)規(guī)律

海孜煤礦屬于淮北煤礦。這是含碳二疊紀(jì)的含礦巖系，包括四個(gè)主要礦區(qū)，自上而下的編號(hào)為7、8、9和10。海孜煤礦在建井期間曾發(fā)生過煤與瓦斯突出現(xiàn)象;生產(chǎn)期間在掘進(jìn)742工作面時(shí)瓦斯經(jīng)常超限;86采區(qū)石門揭煤打鉆時(shí)瓦斯含量參數(shù)超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。為了安全,對(duì)海孜煤礦主采煤層的瓦斯賦存地質(zhì)規(guī)律及其突出危險(xiǎn)性進(jìn)行研究,探討海孜煤礦主采煤層瓦斯參數(shù)特征及其與瓦斯突出危險(xiǎn)性的關(guān)系。1煤層的水質(zhì)與組分含量海孜礦煙煤一般呈黑色,粉末呈棕-黑色,弱玻璃光澤-強(qiáng)玻璃光澤;條帶狀結(jié)構(gòu),裂隙較發(fā)育,粉狀或碎塊狀,質(zhì)地較軟,性脆易碎。無煙煤呈鋼灰色-灰黑色,似金屬光澤-金剛光澤;外生裂隙較發(fā)育,條帶結(jié)構(gòu),粉狀或碎塊狀,質(zhì)地堅(jiān)硬。天然焦一般呈鋼灰-灰黑色,多為暗淡光澤,少量呈似金屬光澤,且略帶銀白色,裂隙不發(fā)育,條帶結(jié)構(gòu),質(zhì)地堅(jiān)硬。7、8、9、10號(hào)煤層以亮煤為主,次為暗煤,屬半暗-半亮型煤。各煤層中的有機(jī)質(zhì)平均含量大于83%;其中以鏡質(zhì)組分為主,含量一般大于70%;其次為惰質(zhì)組分,一般在15%~30%;穩(wěn)定組分含量低,一般小于1%。無機(jī)組分中以黏土礦物為主,約占5%~7%,其它如石英、黃鐵礦等礦物含量少,一般小于2%。2瓦斯含量及防治措施對(duì)煤層煤體結(jié)構(gòu)特征的研究是瓦斯地質(zhì)的一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工作,是綜合分析瓦斯涌出、突出因素和防治措施的重要內(nèi)容。此次研究中,對(duì)7、8、9、10號(hào)4個(gè)煤層的6個(gè)揭煤點(diǎn)進(jìn)行了現(xiàn)場觀察,并對(duì)煤層按煤結(jié)構(gòu)破壞類型進(jìn)行分層,采集了各分層的代表性樣品。2.1破壞煤的類型煤體結(jié)構(gòu)的破壞程度,采用1988年原煤炭部頒發(fā)的《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》的方案,將煤分成5種破壞類型。Ⅰ、Ⅱ類為正常煤;Ⅰ類原生結(jié)構(gòu)清楚,Ⅱ類原生結(jié)構(gòu)可辨;Ⅰ、Ⅱ類煤堅(jiān)硬,是非突出煤。Ⅲ類通常稱碎裂煤,原生結(jié)構(gòu)已破壞,硬度低,是可能突出煤。Ⅳ、Ⅴ類通常稱碎粒煤、糜棱煤,硬度低,常成鱗片狀、粒狀、粉末狀、土狀等,為易突出煤。2.2頂、底板煤體7煤層的觀察點(diǎn)在744工作面風(fēng)巷,C3點(diǎn)以外12.3m處;大致標(biāo)高為-280m。煤層約厚2.0m(未見底);頂板為炭質(zhì)泥巖,揉皺鱗片狀,煤層破壞十分嚴(yán)重,皆為構(gòu)造煤,大都成粉末狀、鱗片狀結(jié)構(gòu)。8煤層有2個(gè)觀測點(diǎn),第一觀測點(diǎn)在841風(fēng)巷掘進(jìn)工作面,離23號(hào)點(diǎn)40m處,大致標(biāo)高280m;煤層約厚1.1m,觀測點(diǎn)見頂板、底板,頂、底板都為泥巖;煤層結(jié)構(gòu)比較破碎,構(gòu)造煤發(fā)育,以鱗片狀、碎裂狀為主。第二觀測點(diǎn)在816工作面向下20m處,觀察點(diǎn)煤厚約1.70m,周圍有一定變化;沿煤層傾向,煤體結(jié)構(gòu)變化不大;走向20°,傾角16°;頂板、底板中多見摩擦鏡面,煤層中亦見不少鏡面;層間滑動(dòng)痕跡常見;煤層結(jié)構(gòu)破碎,碎粒狀、鱗片狀,碎裂狀煤發(fā)育;頂板一般為泥巖,在砂巖頂板的地段煤層揉皺成褶曲狀;揉皺一般位于一分層(Ⅳ類煤)與二分層(Ⅲ類煤)交界處。9煤層的觀測點(diǎn)在84采區(qū)9煤運(yùn)煤下山巷道。觀測點(diǎn)煤厚約1.3m(未見底),傾角26°;煤層中見不穩(wěn)定分布的沉積形成的夾矸,還有構(gòu)造擠壓楔入的夾矸;煤層上、下部分十分破碎,中部揉皺破碎程度稍緩;滑動(dòng)鏡面發(fā)育,構(gòu)造錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象明顯。10煤層有2個(gè)觀測點(diǎn),第一觀測點(diǎn)在10煤213機(jī)巷掘進(jìn)工作面;觀測點(diǎn)煤厚約3.0m,可見煤厚約2.50m;煤層傾角10°左右;頂板為泥巖,未見底板;煤體結(jié)構(gòu)比較完整,層理可見,上部稍破碎;以半暗煤、暗煤為主。第二觀測點(diǎn)在西部井1057機(jī)巷掘進(jìn)工作面,煤層整體結(jié)構(gòu)完整,沿周圍觀察基本穩(wěn)定;觀測點(diǎn)右下角有小斷層,使局部有點(diǎn)破碎。2.3煤的過濾效率及組分將煤的自然粒級(jí)進(jìn)行篩分來了解各種粒級(jí)的煤所占的比重,是研究煤的破壞程度的方法之一。采取樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的粒級(jí)篩分,計(jì)算了小于0.5mm煤樣所占煤樣總量的百分比,結(jié)果見表1。從表1看出,10號(hào)煤層的篩分指數(shù)小于0.5%;而7、8、9號(hào)煤層的篩分指數(shù)都較大,分別達(dá)到14.83%、11.62%、8.53%。并對(duì)各種結(jié)構(gòu)類型的篩分指數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),結(jié)果見表2。從2中可以明顯看出,Ⅰ、Ⅱ類非突出煤的篩分指數(shù)小于0.5%。Ⅲ類可能突出煤的篩分指數(shù),平均值為2.45%。Ⅳ、Ⅴ類易突出煤的篩分指數(shù)平均值為14.71%。由此可見,篩分指數(shù)是一個(gè)較好的反映煤破壞程度的指標(biāo)。2.4特征：煤炭揉捏系數(shù)的特點(diǎn)2.4.1r—揉皺系數(shù)計(jì)算公式揉皺系數(shù)是反映煤體結(jié)構(gòu)破壞程度的一個(gè)指標(biāo),其計(jì)算公式為:R=(0.5m3+1.0m4?5)/MR=(0.5m3+1.0m4-5)/Μ式中R——揉皺系數(shù)(無因次);m3——Ⅲ類煤的厚度,m;m4-5——Ⅳ、Ⅴ類煤的厚度之和,m;M——煤層總厚度,m。2.4.2篩選突出危險(xiǎn)性指標(biāo)對(duì)各煤層揉皺系數(shù)進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果見表3。研究表明:在具有良好的瓦斯賦存條件下,揉皺系數(shù)在0.3左右可以作為煤層的突出危險(xiǎn)性指標(biāo);揉皺系數(shù)在0.7以上可作為嚴(yán)重突出危險(xiǎn)性指標(biāo)。據(jù)此,海孜煤礦的10煤層不具突出危險(xiǎn)性,8、9煤層揉皺系數(shù)大于0.7,7煤層揉皺系數(shù)遠(yuǎn)大于0.7,這3個(gè)煤層都是具嚴(yán)重突出危險(xiǎn)的煤層。3煤層頂板的參數(shù)特征3.1f值的測定煤的堅(jiān)固性可用煤的普氏系數(shù)的大小來表達(dá)。采用落錘法來測定,所測結(jié)果稱為f值。從表4可以看出,煤的普氏系數(shù)(f值)隨著煤體破壞程度的增高而降低。3.2煤的p值及其分配煤的瓦斯放散指數(shù)ΔP表示充有瓦斯的煤樣放散瓦斯快慢的程度;ΔP值的大小,與煤的微孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙表面性質(zhì)和大小等有關(guān);煤的△P值在一定程度上反映了瓦斯含量的大小,而瓦斯含量是瓦斯突出的基本條件。煤的瓦斯放散指數(shù)(ΔP)與煤體破壞程度成正比變化,即隨著煤體破壞程度的增高,瓦斯放散指數(shù)增大(表4)。3.3瓦斯的突出危險(xiǎn)性煤炭科學(xué)研究院撫順研究所根據(jù)對(duì)北票、重慶、梅田、焦作等十幾個(gè)礦區(qū)煤層的測試結(jié)果和統(tǒng)計(jì)計(jì)算,于1982年提出了煤層和區(qū)域突出危險(xiǎn)的預(yù)測方法。其中煤的突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)K=ΔP/f,綜合了ΔP和f兩個(gè)指標(biāo)的特點(diǎn),更全面地反映了煤的突出危險(xiǎn)性;當(dāng)K<15時(shí),沒有突出危險(xiǎn)性,當(dāng)K≥15時(shí)具有突出危險(xiǎn)性。從測試結(jié)果來看(表4),10煤的瓦斯突出危險(xiǎn)性最小,綜合指標(biāo)K值小于10,10煤為無突出危險(xiǎn)性煤。7、8、9煤都具有突出危險(xiǎn)性,K值大,測值全都大于15;平均來說,8煤為30左右,9煤為35左右,7煤達(dá)107左右。煤層破碎程度(揉皺系數(shù))與突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)K關(guān)系密切,7煤層揉皺系數(shù)為1,煤層十分破碎,K值相應(yīng)很大;8、9煤層揉皺系數(shù)為0.768,0.796,煤層較破碎,相應(yīng)K值也較大;而10煤煤層結(jié)構(gòu)保存完好,相應(yīng)K值很小。這與煤礦瓦斯突出情況基本一致。3.4千噸吸附特征3.4.1煤的吸附行為在30℃的測試溫度下,進(jìn)行煤的吸附實(shí)驗(yàn),獲得吸附等溫線;然后根據(jù)Langmuir方程,采用回歸分析的方法,計(jì)算獲得吸附常數(shù)a、b。a值稱為Langmuir體積,物理意義是飽和吸附量;b值稱為Langmuir壓力,物理意義是煤的內(nèi)表面對(duì)氣體的吸附能力。以往的研究表明:煤的結(jié)構(gòu)越破碎,一般a、b值就越大,其乘積(a×b)也越大。3.4.2煤體抗菌材料的吸附特征選擇代表性樣品,在淮南礦業(yè)集團(tuán)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了測試,其結(jié)果見表5。從測試結(jié)果來看,10煤的瓦斯突出危險(xiǎn)性最小,其吸附常數(shù)之積(a×b)亦很小,在16左右。7、8、9煤都具有較大的突出危險(xiǎn)性,a×b值較大,一般為30~40左右。煤層的平均a×b值與煤體結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)關(guān)系較好,7、8、9煤層煤體結(jié)構(gòu)破碎,揉皺系數(shù)大,相應(yīng)a×b值較大;而10煤煤層結(jié)構(gòu)保存完好,相應(yīng)a×b值很小(表6)。4煤層瓦斯突出危險(xiǎn)性分析通過以上分析研究,可以得出如下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí):(1)篩分指數(shù)和揉皺系數(shù)是評(píng)價(jià)煤體結(jié)構(gòu)類型的較好的定量指標(biāo),隨煤體結(jié)構(gòu)破壞程度的增加,篩分指數(shù)和揉皺系數(shù)均增大;(2)突出煤層原生