霍尔辛赫煤业3煤层瓦斯抽采地质规律研究

全日制硕士专业学位论文申请人姓名：任艳普指导导师：韩颖学位类别：工程硕士专业名称：矿业工程研究方向：矿井瓦斯防治河南理工大学能源科学与工程学院二○一三年六月霍尔辛赫煤业3#煤层瓦斯抽采地质规律研究StudyonGasExtractionandGeologicalLawofNo.3SeaminHuoerxinheCoalMine河南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文:霍尔辛赫煤业3#煤层瓦斯抽采地质规律研究，是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。本人愿意承担因本学位论文引发的一切相关责任。学位论文作者签名:年月日河南理工大学学位论文使用授权声明本学位论文作者及导师完全了解河南理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留和向有关部门、机构或单位送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，允许将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，允许采用任何方式公布论文内容，并可以采用影印、缩印、扫描或其他手段保存、汇编、出版本学位论文。保密的学位论文在解密后适用本授权。学位论文作者签名：导师签名：年月日年月日中图分类号：TD712密级：公开UDC：622单位代码：10460霍尔辛赫煤业3#煤层瓦斯抽采地质规律研究StudyonGasExtractionandGeologicalLawofNo.3SeaminHuoerxinheCoalMine申请人姓名任艳普申请学位工程硕士学科专业矿业工程研究方向矿井瓦斯防治导师韩颖职称副教授申秀颀高工提交日期2013.04答辩日期2013.06河南理工大学致谢首先，感谢导师韩颖副教授两年来对我的精心教诲。在硕士研究生学习期间，导师韩颖副教授博学精深的理论知识、敏捷的思维、严谨的治学态度、实事求是的处世作风深深地影响着我，并将使我受益终生。两年来无论是学业上还是在生活上，导师和师母张飞燕老师始终给予我精心的培养和悉心的关怀，在此，谨向我的导师和师母致以崇高的敬意和衷心的感谢！同时，在论文完成的过程中，还得到了师兄杨志龙、曹文涛以及周玉军在资料收集、绘图和数据统计分析等方面的帮助和指导，在此，表示衷心的感谢！感谢霍尔辛赫煤业领导及相关人员在现场研究过程中给予的帮助和大力支持！感谢亲人对我的辛勤培育，他们默默的物质和精神支持使我积极努力向上，他们的恩情和期望将伴我终身！谨向文中引用到其学术论著及研究成果的学术前辈与同行们致谢！最后，感谢各位专家、教授在百忙中评审本文，并衷心希望得到各位专家和教授的指导和帮助。任艳普2013年04月于河南理工大学I摘要霍尔辛赫煤矿为高瓦斯矿井，瓦斯抽采效率低下。选择适宜的瓦斯抽采工艺、提高3#煤层透气性成为矿方亟待解决的问题，而解决该问题的前提与关键在于对3#煤层的瓦斯赋存规律、瓦斯抽采特征的全面了解与掌握。为此，本文就“霍尔辛赫煤业3#煤层瓦斯抽采地质规律研究”课题展开研究。首先，基于瓦斯地质理论，分析了矿区及井田地质构造分布特征及其对瓦斯赋存的控制作用；统计了地勘期间及现场实测煤层瓦斯含量数据，探讨了煤层埋藏深度、上覆基岩厚度、顶底板泥岩厚度、水文地质条件对瓦斯赋存的影响规律，得出煤层埋藏深度为3#煤层瓦斯含量主控因素。在此基础上，对深部煤层瓦斯含量、瓦斯涌出量进行了预测。其次，基于岩体力学、分形几何学、煤层气地质学理论，统计、分析了钻孔柱状图资料，运用岩体强度因子、分形维数、软煤厚度及软煤比率方法，对煤体结构特征进行了分析及预测。研究表明：3#煤层岩体强度因子为2.3~4.56，平均2.95；分形维数为1.03~1.92，平均1.33。结合井田地质构造特征，整体上井田东翼岩体强度因子及分形维数较高，软煤厚度和软煤比率较小；西翼岩体强度因子及分形维数较低，软煤厚度和软煤比率较大。最后，基于瓦斯抽采参数测试结果，对3#煤层瓦斯抽采难易程度进行了评价；现场试验了新型布袋式封孔技术，并实测了瓦斯抽采半径。研究表明：封孔工艺的改进对于提高瓦斯抽采效率效果甚微，3#煤层的低透气性特征（透气性系数为0.012~0.096m2/（MPa2·d），钻孔瓦斯流量衰减系数0.48~0.63d-1）致使瓦斯抽采半径仅为1~2m，而3#煤层煤厚为6m，大面积的煤层瓦斯无法得到有效抽采；采用强力增透技术以提高煤层透气性成为霍尔辛赫煤矿解决瓦斯抽采效率低下问题的关键所在。关键词：瓦斯抽采；地质规律；瓦斯赋存；煤体结构；强度因子；分形维数IAbstractHuoerxinheisahighlygassymineandthegasextractionefficiencyislow.ChoosingsuitableindustrialartofgasextractionandincreasingNo.3coalseam’sgaspermeabilityhavecometobetheurgentproblem.Thekeyofsolvingthisproblemistounderstandthegasoccurrence’sregularpatternandthegasextractioncharacteristicofcoalseamofNo.3completely.Forthispurpose，thistextwillstartwiththecontentof“studyonGasGeologyandGasExtractionLawofNo.3SeaminHuoerxinheCoalMine”.Firstly，onaccountofthegeologicaltheory,thetaskhasanalysedtheminelotandthethetextureoftheMinegeologicalstructureandthecontrolactionforgasoccurrence，countedthefieldmeasurementdataofcoalseamgas-bearingcapacityduringtheperiodofgeologicalprospecting，discussedtheinfluencingruleofgasoccurrencebytheburieddepthofcoalseam，thethicknessofoverlyingbedrockandthebaseplatemudrockandthehydrogeologicalcondition。FinallywehaveobtainedthatthemaincontrollingfactorofNo.3coalseamgas-bearingcapacityistheburieddepthofthecoalseam。Onthisbasis，weforecastthecoalseamgas-bearingcapacityofdeepcoalseamandtheamountofgasemission。Secondly，weanalysedthebarelogbasedonthetheoryofrockmassmechanics，fractalgeometryandcoalbedgasgeology，analysedthecharacteristicofcoalbodystructureutilizedrockmassstrengthfactor，fractaldimension，mingethicknessandmingeratio.TheresearchshowesthatNo.3coalseam’sintensityfactoris2.3~4.56，thefractaldimensionis1.03~1.92andtheaverageis1.33。Combinedwiththewellfield’sdistributioncharacteristicsofgeologicstructure，theeastwingwellfield’sintensityfactorandfractaldimensionarehigherthantheoppositerockmass，themingethicknessandratioarelessthantheoppositerockmass.Finally,basedontheevaluationofgasdrainageparametersofthetestresults,thedegreeofdifficultyNo.3coalseamgasextraction;Fieldtestnewbagsealingtechnologyandmeasuredthegasdrainageradius.Researchresultsshowthat:Thesealingprocessimprovementstoimprovegasdrainageefficiencyhadlittleeffect,No.3coalseamoflowpermeabilitycharacteristics(permeabilitycoefficientof0.012~0.096IIm2/（MPa2·d）Thethedrillinggasflowattenuationcoefficient0.48~0.63d-1)causegasdrainageradiusofonly1~2m,andNo.3coalseamwithathicknessof6m,alargeareaofcoalseamgascannotbeeffectivelydrained;adoptastronganti-reflectiontechnologytoimproveseampermeabilityHuoerxinhewherecoalminesolvethethegasdrainageinefficiencieskey.Keywords：Gasextraction;Geologicallaw;Gasoccurrence;Coalstructure;Intensityfactor;FractaldimensionIII目录摘要............................................................................................................................I目录.........................................................................................................................III1绪论..........................................................................................................................11.1研究背景................................................................................................................11.2国内外研究现状....................................................................................................31.2.1瓦斯含量预测研究现状.......................................................................................