第２８卷第６期 ２０１２年３月 甘肃科技 Ｇａｎｓｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏ ．２８Ⅳ０．６ Ｍａｒ． ２０１２ 窑街矿区瓦斯与二氧化碳涌出规律预测 温 秀。，杨 明 （１．甘肃省兰州市窑街矿务区生产技术部，甘肃兰州７３００８０；２．甘肃省平凉市华亭煤业集团马蹄沟煤矿，甘肃平凉７４４１０３） 摘要：通过整理分析可研报告及对已采煤层采掘面各类数据的收集，进一步明晰了井田内原始煤层中瓦斯与二氧 化碳赋存规律，为科学合理地划分出井田内各煤层瓦斯与二氧化碳赋存分布区域，明确区内含量，从而确定出窑街 矿区属低瓦斯煤与高二氧化碳突出矿井，是国家监控的４５对突出矿井之一，为矿区各矿井今后的灾害预防和利用煤 层气资源提供基本依据。 关键词：突出危险性；涌出量；瓦斯与二氧化碳 中图分类号：ＴＤ７１３．２ １ 矿区概况 窑街矿区位于甘肃省兰州市西部，属红古区管 辖，地理坐标为东经１０２。５３ ，北纬３６。２３ 距兰州市 断层、Ｆｍ一 断层、Ｆ ∞一 断层。 ３断层、褶皱构造对瓦斯和二氧化碳 赋存关系影响分析 ３．１断裂构造的关系 区１０８．５ｋｍ，矿区有铁路专用线１３．７ｋｍ，在海石湾 车站与兰青铁路接轨，南有１０９国道东西向穿越矿 区，西有３０１省道（民门公路）南北向贯穿全矿区， 交通十分便利。矿区南北长１３ｋｍ，东西宽１．５～ ４．５ｋｍ，面积３０．７ｋｍ 。窑街矿区内主要分布有天祝 炭山岭、窑街两个独立的自然煤田，现有四个生产矿 井，分别为天祝炭山岭煤田天祝煤矿，窑街煤田金河 煤矿、三矿、海石湾煤矿。 断裂构造破坏了煤层的完整性，使煤层瓦斯与 二氧化碳排放条件发生了变化。有的断层有利于瓦 斯与二氧化碳排放，有的断层对瓦斯与二氧化碳的 排放起阻挡作用，成为逸散的屏障，前者称开放性断 层，后者为封闭性断层。根据实测的瓦斯与二氧化 碳涌出资料及钻孔资料，并通过对井田地质资料的 综合分析，认为井田的断层大多为封闭性断层，瓦斯 （二氧化碳）赋存与大中型断层关系明显，高ＣＯ 带 多分布在大、中型断层附近，ＣＯ 分布有距断层越近 含量明显增高的趋势。 ３．２褶皱构造的关系 ２井田地质构造特征 窑街煤田位于祁、吕、贺“山字型”构造体系西 翼的“多字型”构造部分的第二斜列褶带一哈拉古 大背斜和第三条斜列褶带一马牙雪山大背斜之间的 门源槽地的东南端。窑街煤田的成煤环境自始至终 受祁、吕、贺“山字型”构造体系的控制。从侏罗纪 晚期到白垩纪早期，由于受区域应力的作用，在煤田 西南部沉积边缘附近，形成了一系列ＮＥ向的短轴 褶皱构造。分别为喇嘛沟背斜、马家岭向斜、程家窑 背斜、塌山向斜、羊场背斜、机修厂向斜等。在白垩 纪晚期，由于受燕山晚期构造运动的作用，ＮＮＷ向 根据已获得的井田地质资料，区内褶曲主要有 南部向斜、北部背斜和东部向斜，在北部背斜附近区 域变化不明显，但在南部向斜（８０４钻孔一带）及东 部向斜轴（Ｙ４５、９０３钻孔一带）附近瓦斯与二氧化 碳含量明显高于其他区域。因此我们认井田瓦斯瓦 斯与二氧化碳赋存与褶皱构造关系比较密切，在褶 皱轴附近特别是在背斜轴及相邻两向斜两翼相交处 瓦斯与二氧化碳含量高于其他区域，这不同于一号 井其他采区。 的Ｆ 断裂带再次活动，致使断层东盘下降，西盘上 升，对窑街煤田起到了显著的改造作用。区域内Ｆ ， 断裂组位于两个分支断层之间，地质构造比较复杂， 其中主要的褶曲为南部向斜、北部背斜、东部向斜， 主要断层为Ｆ ，一。断层、Ｆ ，一 断层、Ｆ 。断层、Ｆ 断 层、Ｆ６—３断层、Ｆ６—４断层、Ｆ６—５断层、Ｆ１ｏ４一ｌ断层、Ｆｌｏ４—３ ４煤层上部岩性对瓦斯与二氧化碳赋 存影响关系分析 ４．１ 煤层上覆基岩厚度对瓦斯赋存的影响 井田内煤层顶板岩性为灰白色粉砂岩、细砂岩 第６期 温秀等：窑街矿区瓦斯与二氧化碳涌出规律预测 ７３ 及中砂岩，孔隙率为０．７８％，砂岩层之上为灰黑色 油页岩，空隙率为０．３６～４．６％，致密坚硬，且分布 稳定。上述顶底板岩性为瓦斯与二氧化碳在煤二层 中赋存提供了良好的储气条件。 ４．２煤层上覆基岩厚度对瓦斯与二氧化碳赋存的 影响 根据已采结束的采掘工作面瓦斯（二氧化碳） 涌出量与开采水平的关系分析，瓦斯（二氧化碳）相 对涌出量与煤层埋藏深度之间基本成正比关系，凡 煤层埋藏较深的地段瓦斯（二氧化碳）相对涌出量 较高，反之，瓦斯（二氧化碳）相对涌出量较低。 ５ 瓦斯与二氧化碳含量分析及预测 从１６２０１ 工作面回风上山揭煤到切眼贯通， 收集了瓦斯与二氧化碳浓度变化资料，并绘制出了 瓦斯浓度变化曲线图，更形象直观地描述了瓦斯变 化规律，如图１所示。 １００ ２Ｃ０ ３００ ４００ ５００ ６Ｏ０ 图１ １６２０１ 工作面ＣＨ４、ＣＯ２浓度变化趋势 由图１可以看出：（１）ＣＯ 与ＣＨ 浓度同时递 增或递减；（２）在同一区段ＣＯ 浓度大于ＣＨ４的浓 度，从而推为出井田二氧化碳微量区（＜５ｍ。／吨 煤）、低二氧化碳带（５—１０ｍ ／吨煤）、高二氧化碳带 （＞１０ｍ。／吨煤）；瓦斯微量区（＜５ｍ。／吨煤）、低瓦 斯带（５～１０ｍ。／吨煤）、高瓦斯带（＞１０ｍ ／吨煤）， 而没有高瓦斯带。为此，建议在采掘过程中不断测 定相对涌出量，确定相对涌出量与自然含量的系数， 以便根据已常握的自然含量和确定的系数云推导新 的开拓、掘进区的相对滑出量及含量值。 从１６２０１ 工作面回采期间瓦斯资料：在１６２０１ —１工作面回采期间对该工作面的瓦斯（ＣＨ 、ＣＯ ） 相对涌出量作了测定，如图２所示。 根据测定数据分析，当工作面推进到４０—６０ｍ 处ＣＨ 、ＣＯ 相对涌出量急剧升高，达到工作面回采 期间的最高值，即ＣＨ４：１６．２６ｍ ／ｔ，ＣＯ２：４４．５８ｍ ／ｔ。 从瓦斯涌出量等值线图明显可以看出，在工作面开 距切眼１０ ２０哇０ ６０ ８０ Ｉ１０ １６０ ２００ ３５０ ３８０ ４３０ ４６０Ｍ 图２ １６２０１ 工作面回采期间吨煤ＣＯ：相对涌出量曲线 采过程中，瓦斯（二氧化碳）涌出量无规律、不平稳， 呈现忽大忽小的变化特征。究其主要原因为在正常 煤层中，沿水平方向，１００ｍ之内的变化规律是比较 平稳的，差异不会太大，但在开采过程中会出现涌出 量突然增大或降低的变化，经分析认为，与采用的分 层放顶煤开采方法有关。 从１６２０１ 工作面回风顺槽开口到切眼贯通， 收集了瓦斯浓度变化资料，并绘制出了瓦斯（ＣＨ 、 ＣＯ ）浓度变化曲线图，更形象直观地描述了瓦斯变 化规律，如图３所示。 （０６年）４门 ５月 ６／４－ ７月８月 ９，ｔｌ １０月ｌ１月 １２ ７．１ ０ｉｆｇ－．－１ 图３ １６２０１ 工作面回风顺槽 掘进期间瓦斯（ＣＨ 、ＣＯ ）浓度变化曲线 综上所述，ＣＨ 相对涌出量与ＣＯ 相对涌出量 的关系为在一号井已采过的一、二、三、四、五采区， 凡是煤层中ＣＨ 含量高的区段，ＣＯ 含量也比较 高，并且ＣＯ：相对涌出量大于ＣＨ 相对涌出量，ＣＯ 相对涌出量高于ＣＨ 相对涌出量，ＣＯ 与ＣＨ 相对 涌出量的变化范围在钻孔中测得为１．４５：１— １２．２２：１；在回采工作面１６２０１ 工作面所测得的 ＣＯ 与ＣＨ 的比例在２：１～５：ｌ之间，这是窑街矿 区的一个特征。 ６结论 １）井田内煤与瓦斯（ＣＯ ）与断层及煤层瓦斯含 量关系比较密切，在断层发育、煤层瓦斯（二氧化 碳）含量高的区域易发突出现象。 （下转第６４页） 甘肃科技 第２８卷 （１）从３５ｋＶ开关胶纸套管试验数据可看到，随 试验电压升高，套管介损变化是先下降。电压加到 ３０ｋｖ时，介损开始上升。对此，我们分析认为，该设 备内部存在绝缘劣化间隙，逐步升高的电压将放电 间隙击穿，缩短了导电回路，减少了介质的损耗，表 高数据的精确度和准确度还有待改进。受试验环 境、条件、方法，技术水平和试验机会等多种因素的 约束，高电压介损试验次数不多，特别是对研究价值 较高的存在绝缘缺陷的试品，进行测试研究的机会 太少，积累的数据资料不够丰富，不能对高电压介损 试验的进行深层次的研究、分析。对以上问题，我们 准备作为后续试验研究工作的重点课题，以期将绝 缘监督工作推进到一个更高的水平。 参考文献： ［１］ 现场绝缘试验实施导则．中华人民共和国电力行业标 准．中华人民共和国国家和改革委员会发布．２００６—１０ —现为介损值下降。到达一定电压值后，继续升高的 电压超过劣化间隙绝缘所能承受的范围，则高压开 始破坏电介质外在表现则是被试品设备的介损值变 大 引。 （２）对于９０ｋＶ开关并联电容，在试验电压升高 后，介损变化的总体趋势是持续下降。但我们注意 到，在第一次升压试验后，短时间内再次试验，其介 损值变的很小，小到试验仪器测不出的地步。如果 将其放置较长一段时间后再试验，试品介损大幅度 的变化又表现了出来。对此，我们认为试品内部存 在较为严重的绝缘缺陷，而其比较特殊的变化形式， ０１实施． ［２］陈天翔．王寅仲．电气试验［Ｍ］．中国电力出版社．北 京，２００５． ［３］ 李建明．朱康．高压电气设备试验方法（第二版）［Ｍ］． 中国电力出版社．北京，２００１． 跟试品的制作材料、内部结构有关。现在我们高电 压介损试验，已经的使其内部缺陷开始暴露。 这些测试数据表明，高电压介损试验可以比较 充分的暴露电气设备所存在的绝缘缺陷。同时，它 还可以帮助我们对设备缺陷进一步的分析和判断。 这些试验研究所取得的数据资料，为上级领导的正 确生产决策和状态检修的开展实施 ，提供了参 ［４］ 交流电压高于１０００Ｖ的绝缘套管．中华人民共和国电 力行业标准．中华人民共和国国家质量监督检验检疫 总局中国国家标准化管理委员会发布．２００９—０４—０１ 实施． ［５］陈天翔．王寅仲．海世杰．电气试验（第二版）［Ｍ］．中 国电力出版社．北京，２００８． ［６］ 高压输变电设备的绝缘配合．中华人民共和国电力行 业标准．国家技术监督局发布．１３３９—０５—０１实施． ［７］输变电设备状态检修试验规程．国家电网公司企业标 准．国家电网公司发布．２０ｏ８—０１—２ｌ实施． 考、借鉴的依据。同时，在提高供电可靠率、减少停 电时间、降低企业生产成本方面表现出一定的经济 效益。 ［８］ 电力设备预防性试验规程．中华人民共和国电力行业 标准．中华人民共和国电力工业部发布．１９９７—０１— ０１ 由于受班组技术水平和试验装备限制，对测试 方法和测试手段不能进一步的进行定量分析，在提 （上接第７３页） 压技术措施，在保证被开采煤层中的瓦斯（ＣＯ ）残 ２）由于受水平力的作用，煤体受挤压而发生蠕 动、弯曲，构‘造应力集中，煤层变厚，瓦斯（二氧化 碳）含量和压力增大，因此褶曲构造的轴部附近突 出危险性往往增大。 余含量下降到安全规定指标以下，方可进行采掘活 动。 参考文献： ［１］防治煤与瓦斯突出细则［Ｍ］２００９． ．３）煤二层虽然产油率和油气含量都低于煤一 层，ｃＯ 浓度高，而且含量大，已经具备了“煤与瓦斯 （ＣＯ ）突出”的基本条件，因此，煤二层被确定为“突 出危险煤层”。 ４）窑街矿区瓦斯分布自上而下按瓦斯成分不 同可划分为：（１）氮气一二氧化氮：ＣＨ４＜１０％、 Ｎ２１０％一６Ｏ％、ＣＯ２＞４０％；此带近地表，在３５０ｍ左 ［２］皮带斜井煤二层煤与瓦斯（ｃ０ ）突出危险性区域划分 报告［Ｍ］．２００８． ［３］窑街煤田皮带斜井井田矿井地质报告［Ｍ］．２００８． ［４］窑街煤田皮带斜井矿井瓦斯地质报告［Ｍ］．２００６． ［５］甘肃省窑街煤田ＣＯ 气资源量及开发利用评价研究 报告［Ｍ］．１９９３． ［６］海石湾井田煤炭勘探报告［Ｍ］．１９８８． 右。（２）煤层分氧化带的深度约为２００ｍ左右，因此 建议在采取开采“保护层”措施的前提下，还必须采 取从煤层底板穿层预抽卸压和从工作面顺层预抽卸 ［７］窑街煤田海石湾煤矿矿井瓦斯地质报告［Ｍ］．２００６． ［８］ 窑街煤田金河煤矿矿井六、七采区瓦斯地质报告 ［Ｍ］．２００６．