乐平矿务局北部矿区煤层瓦斯透气性测定研究

童德华，江 辉

（乐平矿务局 沿沟煤矿，江西 乐平333304）

1 概述

乐平矿务局北部矿区的生产矿井有沿沟煤矿、涌山煤矿、仙槎煤业、东方红煤矿，均为煤与瓦斯突出矿井。矿区开采急倾斜煤层群，煤层倾角为50°～75°，地质构造复杂，煤系地层厚约300～500m，含煤11层，为中近距离煤层群，煤层总厚度为20.86m。煤层较稳定，结构较复杂，含夹矸1～3层。其中一、二、三、四、五、六、七、八煤为可采煤层，主要开采煤层多为突出煤层。区内矿井的开拓方式多为斜井多水平分区式开拓，其中沿沟技改井为立井多水平分区工开拓，分3个水平开采，一水平（－120m）已结束，二水平（－270m）已基本结束，三水平（－475m）正在生产。

在北部矿区内煤层瓦斯含量平均为19.72m3／t，煤层瓦斯压力为0.15～3.25MPa，煤层透气性系数为0.000125～0.0062m2／atm2·d，矿区内开采煤层透气性差，瓦斯压力变化大，属于瓦斯较难抽放煤层。煤层瓦斯含量由东往西（仙槎煤业→沿沟煤矿→涌山煤矿）逐渐增高，煤层瓦斯突出危险性、突出强度逐渐增大。瓦斯灾害是乐平局安全生产的主要威胁。该局在开展瓦斯综合防治工作中，与沈阳瓦斯研究院合作研究煤层瓦斯变化规律，以煤层瓦斯的透气性为重点，预防瓦斯窒息、瓦斯爆炸、瓦斯突出等灾害事故。为保证在三水平开拓、准备、回采巷道的设计、布置、掘进、施工的安全，有针对性地开展了煤层瓦斯参数（煤层透气性系数、煤层瓦斯含量、煤层瓦斯压力等）的测定工作。重点研究了煤层瓦斯的透气性。

2 相关参数测定

2.1 煤层瓦斯含量

乐平局选在沿沟煤矿36－365二煤进行煤层瓦斯含量测定，实测过程采用直接测定法。测定工具使用沈阳研究院研制的解吸速度测定仪进行解吸，测定出约0.5～2h内解吸量q2，并找出解吸速度随时间的衰减变化规律。最后将煤样罐交实验室测定出其残存瓦斯量q3。

沿沟煤矿二煤层测定瓦斯含量2组（1＃孔、2＃孔），煤层瓦斯损失量的计算是将解吸量、损失量及残存量等数据按经验公式进行计算。因为二煤2＃孔孔在施工的过程中与石门中的一个小型垮冒区域贯穿，以致瓦斯逸散，导致测出的瓦斯含量与1＃孔有偏差，因此二煤的瓦斯含量以二煤1＃孔的为准。

2.2 煤层孔隙率

在沿沟煤矿二煤层中，瓦斯90%以上是以吸附状态赋存在煤层中的孔隙内的表面上，煤层孔隙体积的大小决定着煤层吸附瓦斯能力的大小。此次煤层孔隙率的测定是在实验室进行的，它通过对现场采集的煤样测定煤的真假密度来计算煤层孔隙率，煤层孔隙率测定结果，见表1。

表1 煤样孔隙率试验结果

2.3 瓦斯衰减系数

钻孔瓦斯流量衰减系数α的具体测定步骤为：

（1）在工作面选择新鲜暴露煤壁，沿煤层打一个孔径75mm，长30～40m的钻孔，用Φ15mm钢管和聚氨酯或水泥沙浆封孔，封孔长度2m，并记录成孔和封孔时间。

（2）定期测量钻孔自然瓦斯流量q，并记录流量测定时的钻孔自排瓦斯时间t。

（3）根据不同自排时间下的钻孔自然瓦斯流量测定数组（ti，qi），用回归分析求出q0和α，即为钻孔自然排放瓦斯规律。

用以上方法，乐平局在沿沟矿36－365石门二煤附近施工一个钻孔，测定二煤自然瓦斯涌出量，将测定数据按最小二乘法回归求出衰减系数。

2.4 煤层透气性系数

煤层透气性系数是采用径向流量法来确定的，其测定煤层透气性系数时的主要步骤为：

（1）对煤层瓦斯含量系数进行测定。根据现场实测的煤层原始瓦斯含量和间接法反算出的煤层原始瓦斯压力，用公式α＝X·γ／P0.5确定瓦斯含量系数；经计算，二煤层的瓦斯含量系数见表2。

表2 二煤瓦斯含量系数计算

（2）对煤层透气性系数进行测定。首先垂直煤层打测压钻孔，密封钻孔并测出煤层原始瓦斯压力；当测压钻孔的瓦斯压力稳定于最高值后，取下压力表将钻孔内压力降至正常大气压力，使钻孔自然排放瓦斯，并测定钻孔瓦斯流量，而后代入相关公式计算煤层透气性系数。

计算煤层透气性系数时，可采用试算法，如果F0值在所选用公式的时间准数范围内，λ值正确；如F0值不在所选用公式的时间准数范围内，则需选用其他公式重新计算λ值，直到验算的F0值在选用公式的时间准数范围内为止。

通过对沿沟煤矿二煤层瓦斯压力和流量的实测，计算出该矿煤层透气性系数（见表3）。

表3 二煤层透气性系数计算结果

根据钻孔流量衰减系数、煤层透气性系数，对照煤层瓦斯抽放难易程度表表4，可以判断出煤层瓦斯抽放的难易程度。

表4 煤层瓦斯抽放难易程度

利用上述方法可以得出结论，沿沟煤矿二煤钻孔流量衰减系数α为 0.5655d－1，透气性系数为0.049m2／（MPa2.d），属较难抽放煤层；该矿4＃煤层钻孔流量衰减系数α为0.1339d－1，透气性系数为0.036m2／（MPa2.d），属较难抽放煤层；该矿五煤层钻孔流量衰减系数α为0.273d－1，透气性系数为0.012m2／（MPa2.d），属较难抽放煤层。

3 结语

乐平局通过组织通风安全技术人员在现场的实测后，计算得出沿沟煤矿二煤为较难抽采煤层，煤层透气性很低，瓦斯含量较高，瓦斯压力较大。因此，乐平局北部矿区在对二煤进行开采层预抽时，要加大钻孔密度，增加抽采时间，同时还要为预测邻近煤层瓦斯的变化以及瓦斯防治工作提供参考资料。

乐平局针对北部矿区的采掘现状，加上实测矿井在开展瓦斯参数测定所布置的测点受到局限，因而要求北部生产矿井在今后的生产过程中必须加强煤层瓦斯含量、煤层透气性以及瓦斯压力的测定工作，为开展瓦斯灾害综合治理提供可靠的安全依据。