石 軍

（山西焦煤汾西礦務(wù)局雙柳煤礦，山西 呂梁 033000）

雙柳煤礦位于山西省柳林縣西北部，距縣城17km，隸屬于山西焦煤汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司。礦井于2001年6月投產(chǎn)，原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1.50Mt/a，經(jīng)過(guò)多次技改擴(kuò)建，批準(zhǔn)礦井核定生產(chǎn)能力為3.00Mt/a。2016年瓦斯鑒定，礦井瓦斯絕對(duì)涌出量為91.58m3/min,瓦斯相對(duì)涌出量為16.87m3/t，為高瓦斯礦井。2016年中國(guó)礦大鑒定3+4#煤層標(biāo)高+430m以深有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，2017年4月礦井升級(jí)為突出礦井。對(duì)此，必須進(jìn)一步加強(qiáng)瓦斯防治措施，有效防范瓦斯事故。

1 煤樣的選取與加工

為了進(jìn)一步研究雙柳礦3+4#煤層瓦斯參數(shù)，分別在3+4#煤層的3個(gè)不同的地點(diǎn)進(jìn)行取樣。對(duì)不同地點(diǎn)的煤樣分別進(jìn)行試驗(yàn)研究，然后相互對(duì)比驗(yàn)證，以避免個(gè)別地點(diǎn)個(gè)別煤樣的特殊性對(duì)試驗(yàn)研究過(guò)程產(chǎn)生影響。取樣地點(diǎn)如表1所示。

表1 煤樣選取地點(diǎn)

由于本次研究的各個(gè)試驗(yàn)的粒徑要求不完全相同，并且不只是同一個(gè)煤樣，所以在制樣過(guò)程中要規(guī)范操作，避免制出樣品不純而對(duì)煤樣的分析結(jié)果產(chǎn)生影響。根據(jù)不同試驗(yàn)的相關(guān)要求，現(xiàn)將各試驗(yàn)的粒徑及重量要求統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表2 不同試驗(yàn)煤樣制備要求

2 煤樣的工業(yè)分析及特征參數(shù)測(cè)定

2.1 煤樣的工業(yè)分析

煤的工業(yè)分析是了解煤質(zhì)特性的主要指標(biāo)，也是評(píng)價(jià)煤質(zhì)的基本依據(jù)[3]。為了保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，將不同的煤樣各分為2組分別進(jìn)行了測(cè)定，測(cè)定的結(jié)果如表3所示。

根據(jù)表3試驗(yàn)結(jié)果可以知道，3+4#煤層的水分比較低，基本都在1%以下，屬于低水分煤種，且各區(qū)域的差異不大。煤的灰分總體較小，深部的煤灰分略低于淺部，可以認(rèn)為3+4#煤層在煤層深部的煤質(zhì)優(yōu)于淺部。試驗(yàn)所測(cè)得的揮發(fā)分在28.11～30.67%，根據(jù)我國(guó)依據(jù)揮發(fā)分大小對(duì)煤變質(zhì)程度的劃分，3+4#煤層屬于中～高等揮發(fā)分的焦煤、肥煤，這一結(jié)論與前文根據(jù)鏡質(zhì)組反射率的大小判斷煤的變質(zhì)程度基本一致。

2.2 煤樣特征參數(shù)的測(cè)定及分析

特征參數(shù)主要包括堅(jiān)固性系數(shù) 和瓦斯放散初速度 以及煤層煤的破壞類(lèi)型，堅(jiān)固性系數(shù)[4]和煤的破壞類(lèi)型主要反映煤體自身強(qiáng)度， 則是反映在解吸初期瓦斯放散速率的重要參數(shù)，這三個(gè)參數(shù)也是判斷煤層突出危險(xiǎn)性的三個(gè)重要指標(biāo)。堅(jiān)固性系數(shù)與瓦斯放散初速度的測(cè)定結(jié)果如表4所示。

表4 煤瓦斯特征參數(shù)測(cè)定結(jié)果

雙柳礦井3+4#煤層的 值大小測(cè)定結(jié)果在0.36～0.45，均低于《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》中給定的臨界值大小，可知煤的強(qiáng)度較小，抗破壞能力較差。各煤樣的瓦斯放散初速度在6.4～9.6之間，整體偏小，并且均小于規(guī)定的指標(biāo)臨界值，這主要是因?yàn)楦髅簶涌紫督Y(jié)構(gòu)中，以小于10nm的微孔發(fā)育為主，在解吸的初期，煤體內(nèi)吸附的瓦斯很難快速解吸出來(lái)，致使放散初速度的值較小。三個(gè)樣品中埋深較深的三采回風(fēng)巷的樣品測(cè)得的 最小，放散初速度接近臨界值指標(biāo)。

圖1為在井下所取得3+4#煤層暴露面的煤樣，觀察發(fā)現(xiàn)煤樣呈不規(guī)則塊狀，色澤半亮，節(jié)理較為平整，能用手輕易掰成小塊，其硬度中等。根據(jù)《煤與瓦斯突出礦井鑒定規(guī)范》對(duì)煤的破壞類(lèi)型的判斷依據(jù)，可以判斷雙柳煤礦3+4#煤層的煤的破壞類(lèi)型屬于Ⅱ類(lèi)。

圖1 3+4#煤層煤樣

3 瓦斯含量賦存規(guī)律

現(xiàn)場(chǎng)采用直接法對(duì)三采區(qū)煤層進(jìn)行瓦斯含量測(cè)試，得到如表5所示的測(cè)定結(jié)果。

表5 煤層瓦斯含量測(cè)定結(jié)果

根據(jù)表5做出煤層瓦斯含量和埋深的變化關(guān)系圖，具體如圖2所示。

圖2 煤層瓦斯含量和埋深的關(guān)系圖

如圖2所示，根據(jù)瓦斯含量與其對(duì)應(yīng)的埋深，得出3+4#煤層埋深與瓦斯含量的關(guān)系為y=0.05x-10.729，當(dāng)煤層瓦斯含量為8m3/t時(shí)，計(jì)算得出煤層埋深為374.58m。當(dāng)埋深達(dá)500m時(shí)，煤層瓦斯含量為14.27m3/t。當(dāng)達(dá)井田埋深600m時(shí)，瓦斯含量達(dá)19.27m3/t。

4 瓦斯壓力賦存規(guī)律

根據(jù)工程實(shí)施方案進(jìn)行了瓦斯壓力測(cè)定，具體的瓦斯壓力測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6數(shù)據(jù)。

表6 煤層瓦斯壓力測(cè)試結(jié)果

根據(jù)表6做出三采區(qū)3+4#煤層的埋深與煤層相對(duì)瓦斯壓力的關(guān)系如圖3所示。

如圖3所示，根據(jù)相對(duì)瓦斯壓力與其對(duì)應(yīng)的埋深，得出3+4#煤層埋深與瓦斯壓力的關(guān)系為y=0.0119x-3.2965，當(dāng)煤層相對(duì)瓦斯壓力為0.74MPa時(shí)，計(jì)算得出煤層埋深為339.2m。當(dāng)埋深達(dá)500m時(shí)，煤層瓦斯壓力為2.65MPa。

圖3 埋深與瓦斯壓力關(guān)系圖

5 結(jié)論

（1）工業(yè)分析的結(jié)果顯示3+4#煤層的煤樣屬于低水分煤。三個(gè)地點(diǎn)樣品的灰分測(cè)定結(jié)果差異較大。根據(jù)對(duì)煤揮發(fā)分的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該層煤的揮發(fā)分值較大，在28.11～30.67%范圍，依據(jù)揮發(fā)分對(duì)煤變質(zhì)程度的判斷，則發(fā)現(xiàn)其屬于高等變質(zhì)程度的肥煤或低等變質(zhì)程度的焦煤，這與鏡質(zhì)組反射率的測(cè)得結(jié)果基本相同。

（2）煤層的堅(jiān)固性系數(shù) 值較小，三采回風(fēng)巷的值最小為0.36，超出了《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》所定的臨界值。而其瓦斯放散初速度 最大達(dá)到了9.6mmHg，接近了規(guī)定的突出危險(xiǎn)性臨界值。

（3）從煤的物性參數(shù)及瓦斯含量和壓力參數(shù)的測(cè)定結(jié)果可以看出，3+4#煤層的深部區(qū)域煤的煤質(zhì)較好，具有更好的吸附瓦斯的性能，而且研究表明深部區(qū)域的煤體的煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性更大。

（4）掌握煤的物性參數(shù)及瓦斯含量和壓力，對(duì)礦井瓦斯治理和防治煤與瓦斯突出具有重要價(jià)值，是突出防治工作的重要技術(shù)基礎(chǔ)，可針對(duì)性地指導(dǎo)礦井安全生產(chǎn)。