基于地质单元的邹庄矿瓦斯异常区划分_雷东记.pdf

第43卷第3期 2015年6月 文章编号1001-1986201503-0015-07 煤田地质与勘探 COALGEOLOOY 2.中原经济区煤层（页岩）气河南省协同创新中心，河南焦作454000 摘要为了实现瓦斯治理分级分类管理，运用瓦斯地质理论与方法，结合安徽邹庄矿生产实际和 井田内地质构造分布形态，将其划分为3个地质单元．通过研究各地质单元内的地质构造、瓦斯 赋存特征、构造煤发育情况和已采区揭露的瓦斯地质信息，建立了预测瓦斯地质异常区的数学模 型，并利用工作面效检指标验证模型的有效性；以实际采掘过程中发生动力现象点为临界点，对 其相应指标赋临界值，最终形成了以瓦斯含量（7旷It）、相对瓦斯涌出量（6.3旷It）和构造煤厚度（1.5m 为核心的瓦斯预测体系． 关键词安全工程；地质羊元；瓦斯地质区划；预测模型；临界指标 中图分类号TD712.5文献标识码ADOI 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.03.004 Division of gas abnormal area based on geotectonic unit in Zouzhuang mine LEI Dongji12, LIYukui1, ZHANG Yugui1气GUOXi叫ie1，如ffiNGHui1 1. State Key Laboratory Cultivation Base for Gas Geology and Gas Control, Henan Polytechnic Universi纱，力。ozuo 454000, China; 2.Collaborative Innovation Center of Central Plains Economic Region for Coalbed /Shale Gas, Henan Province, Jiaozuo 454000, China Abstract In order to realize hierarchical systematic management of gas control, using the theory and of gas geology, integrating actual production and geological structures, we divided Zouzhuang mine into three geo- logical units. Through the study of the geological structures, characteristics of gas occurrence, development of tec- tonic coal in each geological unit, gas geology ination revealed in mined-out area, a mathematical model to predict abnormal gas geological area was set up, and effect checking inds applied in working face were used to verify the validity of the model. The point where dynamic phenomenon occurred during the actual mining was taken as the critical point, and the critical value was given to the coηesponding indicators, eventually the gas pre- diction system with gas content 7.5 m3/t, relative gas emission 6.5 m3/t, thickness of tectonic coals 1.5 m as core was ed. Key words safety engineering; geological unit; gas geological division; prediction model; critical indicators 煤层瓦斯赋存特征受地质构造控制，瓦斯分布 具有明显的分区分带’性，厘清矿井瓦斯赋存主控构 造，划分瓦斯地质单元，实现瓦斯地质区划，便于 分级管理及合理规划瓦斯治理措施［1-3）。长期以来， 一些学者把地质信息和揭露的瓦斯信息结合起来进 行瓦斯预测治理研究。曹运兴等［4）依据构造煤和瓦 斯分布划分瓦斯地质单元，进行瓦斯突出预测；杨 陆武等［5）将地质构造、瓦斯和构造煤等定量指标组 收稿日期2014-04-21 合，划出具有突出危险性的区、带、点。 本文以安徽邹庄井田32煤层为例，研究瓦斯赋存 的地质条件，同时结合生产过程中工作面的瓦斯预测 指标进行对比和验证，以期提高工作面瓦斯防突预测 效率和准确度，进而更好地为煤矿安全生产服务。 1 邹庄井田矿井瓦斯地质概况 井田内主要含煤地层为二叠系上、下石盒子组 基金项目国家科技重大专项课题（2011ZX05040-005）；河南省高校科技创新团队支持计划构造煤（14IRTSTHN002）；河南 省高校基本科研业务费专项资金项目NSF盯140104）；河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室一一省部共建国 家重点实验室培育基地外部开放基金项目（WS2013Al1）；河南省教育厅科学技术重点研究项目（14A440008 作者简介雷东记1983一），男，河南南阳人，博士，讲师，从事瓦斯防治与瓦斯地质研究.E-mailleidongji 引用格式雷东记，李银魁，张玉贵，等．基于地质单元的邹庄矿瓦斯异常区划分[JJ.煤田地质与勘探，2015,433 15-21. ChaoXing 16 煤田地质与勘探第43卷 和山西组，区内揭露地层总厚约974.20m。自上而 下含10个煤（层）组，含煤30余层，含煤平均总厚 为23.39m，含煤系数为2.39。其中，可采煤层有 7层，为32、51、52、62、72、82和10号煤层，可 采煤层平均总厚13.87m，占煤层总厚的59.30。 可采煤层中，32、62、72、82为主要可采煤层。 32煤层为邹庄井回首采煤层。该煤层与上、下 邻近层相隔较远（ 100 m）；煤厚1.06～7.95m，平均 煤厚2.43m；埋深320～820m；顶底板岩性以泥岩 为主，少数为粉砂岩和细砂岩。32煤层地勘干燥无 灰基瓦斯含量为0～11.5旷It，预抽瓦斯后煤层最大 残存瓦斯量为6.55m3/t。 因曰曰曰 2 32煤层地质单元划分及特征 邹庄井田32煤层构造复杂，西以南坪断层为界， 东以双堆断层为界，北与钱营孜矿毗邻，南受蚌埠 隆起影响。区内断层和福曲构造发育，不同块段瓦 斯赋存的主控因素各不相同。综合考虑32煤层地质 构造特征、顶底板岩性、构造煤发育程度、瓦斯压 力、瓦斯含量和已发生的动力现象，结合生产实际， 将32煤层划分为3个瓦斯地质单元，分别用I、II、 III表示（图1）。由于邹庄井田地势平坦，地面标高 在20-23m，煤层底板标高和煤层埋深相差不大。为 分析方便，本文用底板标高代替煤层埋深分析瓦斯含 量的变化。各瓦斯地质单元特征（表1）分述如下 。0.5 I km 图132煤层瓦斯地质单元划分成果图 Fig. I Result of gas geological units division of seam 32 in Zouzhuang mme 表132煤层瓦斯地质单元划分及特征表 Table 1 Gas division and characteristics of geologic units of coal seam 32 一瓦斯（地勘）含 ’目煤层特征构造特征构造煤 量／（旷c 煤厚变化较大，为1.5-4m; NS、阳也断层发育，受南构造煤较发育， .h2和K，值、最大钻屑量Smax都有高于防治煤与 240 10 0.25 220 9 200 8 0.20 180 7 60t 6 t f二 140 120 100 80 60 40 20 俨L气。15 E I t 5「L 昌卡J ,Jc Iε ‘’「、L 3 2 。 0.10 0.05 0.00 0 200 400 瓦斯突出规定中规定的突出危险临界值（即图中上 部的直线，据此预测方法可以认定，此工作面在据 进过程中有发生煤与瓦斯突出的危险性。 区域危险性预测与局部危险性考察相互验证了 2510钻孔与3204工作面在空间上的一致性，即有瓦 斯动力现象，也说明利用己采区建立的数学模型进 行瓦斯地质异常区的预测的有效性。 3.3 32煤层地质单元未采区瓦斯地质异常区预测 邹庄矿井各单元构造复杂程度、构造煤发育程 度的差异，致使同一煤层各块段的瓦斯赋存特征不 尽相同。总体上表现为煤层瓦斯含量北部大于南部， 东部大于西部的特点，结合瓦斯地质参数特征及数 量化预测模型，建立瓦斯地质区划预测指标体系。 参考动力现象点2510钻孔瓦斯地质信息和附近 区域预测指标与瓦斯地质参数对应表（表3），发现瓦 斯含量多集中于7旷It以上，瓦斯涌出量均分布在 6.3 m3/t以上，构造煤厚度在1.5m以上，以动力现 象点和附近区域瓦斯信息参考，依据瓦斯含量、瓦 斯涌出量和构造煤厚度临界值分布概率进行取值， 形成判识瓦斯地质异常区预测指标体系（表4）。 利用前述模型公式（5）对未采区12个地质勘探 钻孔取值，计算相应Y值，并依据预测指标体系， 区划得到未采区的异常区与非异常区分布。 第I单元内瓦斯地质异常区预测该单元位于 - -S...,. --1,.h2 - -K, 突出临界指标线 Fl2 FIS 600 800 I 000 1200 1400 迸尺Im 图5 Fig.5 3204工作面风巷突出危险性预测结果 Prediction of outburst risk in airway 3204 ChaoXing 20 煤田地质与勘探第43卷 10「 220「 180 160 5 140 E_咽』120 i 2 100 80 。 60 -2 40 -3 20 0.16, 0.14 豆0.10 0.08 0.04 . 。200 400 600 进尺Im 800 一－S“““ 一－K, --0--tJ.h, 121 J23 125 I 000 I 200 图63204工作面机巷突出危险性预测结果 Fig.6 Prediction of outburst risk in mechanized roadway 3204 表4瓦斯地质异常区预测指标临界值体系 Table 4 Prediction index system of abnormal gas geology area 异常区非异常区 瓦斯含量／（m3r 7 瓦斯涌出量／（m3r1 主主6.3 构造煤厚度Im瓦斯含量／（m3r1瓦斯涌出量／（m3r1构造煤厚度Im 主主1.5 7 6.3 1.5 任意两项超过｜临界值 南坪向斜西翼，无动力现象（图1）。瓦斯含量基本分 布在2.46-10.4旷It；构造煤厚度在O～1.07m；数量 化理论模型预测Y值（相对瓦斯涌出量）范围1.84- 4.84旷It，换算成绝对瓦斯涌出量为6.39～16.81m3旭血。 Y值没有超标，结合上述瓦斯参数与地质参数，I单元 内207钻孔瓦斯含量受断层影响较大，在断层及其尖 灭处附近应加强地质勘探及瓦斯预测工作（表5）。 第II单元内瓦斯地质异常区预测该单元位于 井田东南部，NF26断层以南到井田边界（图1）。受逆 断层影响，瓦斯含量较高，瓦斯含量基本分布在 5.248.66 m3/t；构造煤厚度在1.8-1.85m。数量化理论 模型预测Y值（相对瓦斯涌出量）范围4.06-4.24旷It, 换算成绝对瓦斯涌出量为14.10-14.72旷／min。Y 值没有超标，结合上述瓦斯参数与地质参数，该单元 内在构造带及煤厚变化较大区应加强地质勘探及瓦斯 预测工作，--634.8m以深存在瓦斯地质异常区（表6）。 第田单元内瓦斯地质异常区预测该单元位于 井田东南部，南坪向斜轴部及东翼（图1）。构造煤发 任意两项及以上未超过临界值 育，煤层瓦斯含量大，已发生3次动力现象。瓦斯 含量基本分布在2.15～21.07旷It；构造煤厚度在 0-2.5 m。数量化理论模型预测Y值（相对瓦斯涌出量） 范围5.42～7.58旷It，换算成绝对瓦斯涌出量为 18.82-26.32旷／min。Y值有5个超标，结合上述瓦 斯参数与地质参数，该单元内－701m以深区域存在 瓦斯地质异常区（表7）。 4结论 a.在划分瓦斯地质单元的基础上，选取并量 化安全采掘敏感指标，同时考虑实际采掘过程中发 生动力现象点作为临界点，形成了以瓦斯含量（7m3/t）、 相对瓦斯涌出量（6.3旷It）和构造煤厚度（1.5m）为核 心的瓦斯预测体系，实现了分单元进行瓦斯地质动 力区划，并利用已采采区工作面瓦斯预测指标对预 测体系进行了考察与验证，实现区域危险性预测与 局部危险性考察相互验证，减少预测指标测定次数， 提高了预测效率。 ChaoXing 第3期雷东记等基于地质单元的邹庄矿瓦斯异常区划分 21 表5I单元瓦斯地质区划特征 Table S Characteristics of gas geology zoning in unit I 见煤标高 钻孔构造 预测Y值地质图Y值 平均煤基岩厚构造煤瓦斯含量 厚Im度Im厚度Im/m3C1 相对瓦斯涌绝对瓦斯涌出盘相对瓦斯涌绝对瓦斯涌出盘 ／口1 出盘／（m3C1/m3min-1 出盘／（m3C1/m3min 1 201 -514.66受南坪断层影2.4 293.02 0 10.4 2.67 9.27 2.3 8 261 --483.14响，地层抬升2.53 284.8 0 2.87 1.84 6.39 2.01 7 预测结果201附近瓦斯含量超标，其他指标未超标，故该区域元瓦斯地质异常区。 注预测Y值为瓦斯地质数学模型预测的未采区钻孔附近的瓦斯涌出量；地质图法Y值为瓦斯地质图预测的未采区钻孔附近的瓦 斯涌出量。 表6E单元瓦斯地质区划特征 Table 6 Characteristics of gas geology zoning in unit II 见煤标 钻孔构造 平均煤基岩厚构造煤瓦斯含量 预测Y值地质图法Y值 相对瓦斯涌绝对瓦斯涌出相对瓦斯涌绝对瓦斯涌出 高Im厚Im度Im厚度Im/m3C1 出最／（m3t1 量／（m3min-1出量／（m3c1量／（m3min-1 21 -572.22 NE大断层发育，且多为2.7 316.5 1.85 5.24 4.06 14.10 4.90 17 2ls ←634.8逆断层，南部地层抬升。1.78 373.1 1.8 8.66 4.24 14.72 5.52 23 预测结果2ls附近瓦斯含量、构造煤厚度超标，其他指标未超标，故该区域存在瓦斯地质异常区。 表7田单元瓦斯地质区戈lj特征 Table 7 characteristics of gas geology zoning in unit ill 钻孔见煤标高 构造 平均煤基岩厚构造煤厚瓦斯含量预测Y值地质图法Y值 厚Im度Im度Im/m3C1 相对瓦斯涌绝对瓦斯涌出相对瓦斯涌绝对瓦斯涌出 Im 出盘／（m3c量／（m3min-1 出量／（m3C1量／（m3min1 222 一710.453.08 484.01 。12.69 6.83 23.72 6.62 23 234 -701.09 1.98 474.40 。7.33 6.93 24.06 6.34 22 244 - 686.21 多发育NNE中 3.05 472.95 。7.95 5.42 18.82 5.18 18 24-25，‘一712.02小型断层，处于 2.59 511.70 1.2 5.82 5.93 20.59 6.34 22 25,’ -759.74 宽缓向斜轴部。 3.3 551.80 2.0 21.07 7.31 25.38 7.80 27 2510一714.422.95 513.25 2.5 8.09 7.19 24.97 6.62 23 2610 794.64 3.87 581.90 2.15 9.18 7.41 25.73 8.90 31 271 - 766.87 2.68 561.43 。4.17 7.58 26.32 7.49 26 预测结果钻孔222、234、251、2510、2610的Y值和瓦斯含量超标，故该区域存在瓦斯异常区。 b.利用该预测体系对未采区的瓦斯地质异常区 与非异常区进行区划，预测结果I单元一在断层及 其尖灭处附近应加强地质勘探及瓦斯预测工作；II单 元一该单元内在构造带及煤厚变化较大区应加强地 质勘探及瓦斯预测工作，－634.8m以深存在瓦斯地质 异常区；皿单元一－701m以深存在瓦斯地质异常区。 瓦斯地质单元的划分与数量化理论模型相结合，更加 有力的预测出突出异常区，预测效果更好，值得在煤 矿安全生产中应用和推广。 参考文献 川焦作矿业学院瓦斯地质研究室．瓦斯地质概论［M］.北京煤炭 工业出版社，1990. 2）张子敏，张玉贵．瓦斯地质规律与瓦斯预测阳］．北京煤炭工 业出版社，2005. 3）张子敏，张玉贵，汤达祯，等．瓦斯地质学阳］徐州中同矿 业大学出版社，2009. 4）曹运兴．瓦斯地质单元法预测煤与瓦斯突出的认识基础与 实践［月煤炭学报，1995,20（增刊176-78. 5）杨陆武，彭立世，曹运兴瓦斯地质单元法预测煤与瓦斯突出［月． 中国地质灾害与防治学报，1997,83 21-25. 6）程五一，张序明，吴福昌煤与瓦斯突出区域预测理论及技术［叫． 北京煤炭工业出版社，2005. 7）李季，张琴，程五一，等．开拓新区煤与瓦斯突出危险性区划 技术［呵中国安全生产科学技术，2007,32 27-31. （责任编辑张爱香） ChaoXing