深部高地温区域瓦斯赋存特征研究

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1、16深部高地温区域瓦斯赋存特征研究绪论1研究背景及意义随着全球范围内的经济复苏，世界各国对于传统化石能源的需求量日益增加，加之开采强度的不断加大，致使浅部资源日益减少，国内外矿山都相继进入深部资源开采状态。据不完全统计，国外开采超千米深的金属矿山有80多座，而国外一些主要产煤国家从20世纪60年代就开始进入深井开采。1960年前，西德平均开采深度已经达650m，1987年已将近达900m；原苏联在20世纪80年代末就有一半以上产量来自600m以下深部。国外深部工程开采现状如图1-1。图1-1国外深部工程开采现状煤炭是我国主

2、体能源，是能源安全的基石。煤炭在我国一次能源的生产和消费结构所占比例中一直达70%以上，预计2050年仍将占50%以上。以煤炭为主要能源的局面，在今后相当长的时间内不会发生根本性的变化。中国东部主要矿区经过多年的开采，浅部资源已接近枯竭，迫切需要开采深部地区的煤炭资源。据第三次全国煤炭预测，仅东部的山东、河北、河南、安徽、江苏、江西、山西等七省在埋深在600～1000m区间的煤炭资源预测储量约1822.68亿吨，埋深在1000～1500m区间的煤炭资源预测储量约2494.11亿吨，二者累计为4316.79亿吨．2010年我

3、国煤炭产量达到33亿吨，在有力地保障经济快速增长的同时，也导致我国煤矿每年以20～50m的速度向深部延伸。近年来，全国已有50多对矿井开采深度超过1000m：如沈阳采屯矿开采深度为1197m；开滦赵各庄矿开采深度为1159m；徐州张小楼矿开采深度为1100m；北票冠山矿开采深度为1059m；新汶孙村矿开采深度为1055m；北京门头沟开采深度为1008m；长广矿开采深度为1000m。我国国有重点煤矿平均采深变化趋势如图1-2所示。1616图1-2我国国有重点煤矿平均采深变化趋势在菏泽矿区，平均开采深度达900～1200m。目

4、前，菏泽矿区万福矿、赵楼矿等都在计划向深部开采。国内外资料及有关数据表明，随着开采深度的增加，矿井可能出现的情况主要有：地温增高、瓦斯涌出量增加、矿压增大、底板水压增大等．其中瓦斯、水的富存条件经常伴随有异常的地质构造。深部开采与浅部开采所处岩石力学环境的不同也对深部煤体的瓦斯的赋存特征产生了较大的影响[]。1国内外研究现状梁冰利用高压容量法研究了韩城象山新井l#测压孔的煤样在不同温度（25、30、35、40、45℃）、不同瓦斯压力（0～6MPa）情况下，煤的瓦斯吸附性能的变化规律，得出了当温度、瓦斯压力变化时，煤的瓦斯吸

5、附曲线以及吸附常数随温度变化的数学关系式，认为温度对煤吸附瓦斯量有很大的影响，随着温度的升高，煤的瓦斯吸附量呈现逐渐减小的趋势[]。分析其原因认为是因为煤对瓦斯的吸附主要以物理吸附为主。物理吸附的速率快，在规定时间内易达到平衡，且为放热过程，所以出现平衡吸附量随温度的上升而降低的现象。2存在问题我国煤矿进入深部开采的时间较短，积累的资料较少。且多数深部矿井现正处于论证或建井掘进阶段，尚未开始回采。现在的关注重点大多集中于如何在深部高地应力的复杂条件下安全开展矿井的建设，以及如何处理深部矿井严重的热害问题对于人员的影响问题。

6、对于深部埋藏煤体的瓦斯赋存特征研究有限，且多数只是能通过地勘孔取样获得资料。即便有研究温度、压力对于瓦斯赋存特征影响，也仅仅停留在实验室研究阶段，未能结合矿井的实际条件开展相关研究。国外矿井虽然进入深部开采的时间较长，相关经验资料积累较多。但由于国外矿井的煤埋藏条件较好，瓦斯较小，且遇到具有突出危险的矿井一律做关停处理。因此国外对于深部矿井的主要研究深部岩石力学对于矿井的破坏作用、地质构造对于煤层瓦斯的控制作用以及如何防止矿井热害的产生等。对于煤体瓦斯赋存特征的研究也较少。3研究内容及研究思路1616本文以规划中的祁南煤矿

7、深部井为研究对象，以深部井地勘阶段取得的资料为依托，通过对祁南煤矿地质构造的分析，利用祁南浅部井已有的瓦斯压力、含量数据预测祁南深部井的瓦斯压力数据，并结合从浅部井在靠近深部的区域取得的煤样开展实验室研究。最终得到深部井地温、瓦斯压力、瓦斯含量之间的关系。1616一瓦斯赋存的基础理论研究1、概述瓦斯（methane）是井下煤岩涌出的各种气体的总称，其主要成份是以甲烷为主的烃类气体。在我国矿井的实际条件下，瓦斯主要是指甲烷，是腐植型有机物(植物)在成煤过程中生成的。瓦斯的物理与化学性质一般也都是针对甲烷而言。煤层中的甲烷的产

8、生大致可分为两个阶段。第一阶段为生物化学成气时期，在植物沉积成煤初期的泥炭化过程中，有机物在隔绝外部氧气进入和温度不超过65℃的条件下，被厌氧微生物分解为CH4、CO2和H2O。由于这一过程发生于地表附近，上覆盖层不厚且透气性较好，因而生成的气体大部分散失于古大气中。随泥炭层的逐渐下沉和地层沉积厚度的增