深部高地溫區(qū)域瓦斯賦存特征研究.doc

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1、深部高地溫區(qū)域瓦斯賦存特征研究緒論1研究背景及意義隨著全球范圍內(nèi)的經(jīng)濟復蘇，世界各國對于傳統(tǒng)化石能源的需求量日益增加，加之開采強度的不斷加大，致使淺部資源日益減少，國內(nèi)外礦山都相繼進入深部資源開采狀態(tài)。據(jù)不完全統(tǒng)計，國外開采超千米深的金屬礦山有80多座，而國外一些主要產(chǎn)煤國家從20世紀60年代就開始進入深井開采。1960年前，西德平均開采深度已經(jīng)達650m，1987年已將近達900m；原蘇聯(lián)在20世紀80年代末就有一半以上產(chǎn)量來自600m以下深部。國外深部工程開采現(xiàn)狀如圖1-1。圖1-1國外深部工程開采現(xiàn)狀煤炭是我國主體能源，是能源安全的基石。煤炭在我國一次能源的生

2、產(chǎn)和消費結(jié)構所占比例中一直達70%以上，預計2050年仍將占50%以上。以煤炭為主要能源的局面，在今后相當長的時間內(nèi)不會發(fā)生根本性的變化。中國東部主要礦區(qū)經(jīng)過多年的開采，淺部資源已接近枯竭，迫切需要開采深部地區(qū)的煤炭資源。據(jù)第三次全國煤炭預測，僅東部的山東、河北、河南、安徽、江蘇、江西、山西等七省在埋深在600～1000m區(qū)間的煤炭資源預測儲量約1822.68億噸，埋深在1000～1500m區(qū)間的煤炭資源預測儲量約2494.11億噸，二者累計為4316.79億噸．2010年我國煤炭產(chǎn)量達到33億噸，在有力地保障經(jīng)濟快速增長的同時，也導致我國煤礦每年以20～50m的速

3、度向深部延伸。近年來，全國已有50多對礦井開采深度超過1000m：如沈陽采屯礦開采深度為1197m；開灤趙各莊礦開采深度為1159m；徐州張小樓礦開采深度為1100m；北票冠山礦開采深度為1059m；新汶孫村礦開采深度為1055m；北京門頭溝開采深度為1008m；長廣礦開采深度為1000m。我國國有重點煤礦平均采深變化趨勢如圖1-2所示。圖1-2我國國有重點煤礦平均采深變化趨勢在菏澤礦區(qū)，平均開采深度達900～1200m。目前，菏澤礦區(qū)萬福礦、趙樓礦等都在計劃向深部開采。國內(nèi)外資料及有關數(shù)據(jù)表明，隨著開采深度的增加，礦井可能出現(xiàn)的情況主要有：地溫增高、瓦斯涌出量增加

4、、礦壓增大、底板水壓增大等．其中瓦斯、水的富存條件經(jīng)常伴隨有異常的地質(zhì)構造。深部開采與淺部開采所處巖石力學環(huán)境的不同也對深部煤體的瓦斯的賦存特征產(chǎn)生了較大的影響[]。1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀梁冰利用高壓容量法研究了韓城象山新井l#測壓孔的煤樣在不同溫度（25、30、35、40、45℃）、不同瓦斯壓力（0～6MPa）情況下，煤的瓦斯吸附性能的變化規(guī)律，得出了當溫度、瓦斯壓力變化時，煤的瓦斯吸附曲線以及吸附常數(shù)隨溫度變化的數(shù)學關系式，認為溫度對煤吸附瓦斯量有很大的影響，隨著溫度的升高，煤的瓦斯吸附量呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢[]。分析其原因認為是因為煤對瓦斯的吸附主要以物理吸附為主。物

5、理吸附的速率快，在規(guī)定時間內(nèi)易達到平衡，且為放熱過程，所以出現(xiàn)平衡吸附量隨溫度的上升而降低的現(xiàn)象。2存在問題我國煤礦進入深部開采的時間較短，積累的資料較少。且多數(shù)深部礦井現(xiàn)正處于論證或建井掘進階段，尚未開始回采?，F(xiàn)在的關注重點大多集中于如何在深部高地應力的復雜條件下安全開展礦井的建設，以及如何處理深部礦井嚴重的熱害問題對于人員的影響問題。對于深部埋藏煤體的瓦斯賦存特征研究有限，且多數(shù)只是能通過地勘孔取樣獲得資料。即便有研究溫度、壓力對于瓦斯賦存特征影響，也僅僅停留在實驗室研究階段，未能結(jié)合礦井的實際條件開展相關研究。國外礦井雖然進入深部開采的時間較長，相關經(jīng)驗資料積

6、累較多。但由于國外礦井的煤埋藏條件較好，瓦斯較小，且遇到具有突出危險的礦井一律做關停處理。因此國外對于深部礦井的主要研究深部巖石力學對于礦井的破壞作用、地質(zhì)構造對于煤層瓦斯的控制作用以及如何防止礦井熱害的產(chǎn)生等。對于煤體瓦斯賦存特征的研究也較少。3研究內(nèi)容及研究思路本文以規(guī)劃中的祁南煤礦深部井為研究對象，以深部井地勘階段取得的資料為依托，通過對祁南煤礦地質(zhì)構造的分析，利用祁南淺部井已有的瓦斯壓力、含量數(shù)據(jù)預測祁南深部井的瓦斯壓力數(shù)據(jù)，并結(jié)合從淺部井在靠近深部的區(qū)域取得的煤樣開展實驗室研究。最終得到深部井地溫、瓦斯壓力、瓦斯含量之間的關系。一瓦斯賦存的基礎理論研究1、

7、概述瓦斯（methane）是井下煤巖涌出的各種氣體的總稱，其主要成份是以甲烷為主的烴類氣體。在我國礦井的實際條件下，瓦斯主要是指甲烷，是腐植型有機物(植物)在成煤過程中生成的。瓦斯的物理與化學性質(zhì)一般也都是針對甲烷而言。煤層中的甲烷的產(chǎn)生大致可分為兩個階段。第一階段為生物化學成氣時期，在植物沉積成煤初期的泥炭化過程中，有機物在隔絕外部氧氣進入和溫度不超過65℃的條件下，被厭氧微生物分解為CH4、CO2和H2O。由于這一過程發(fā)生于地表附近，上覆蓋層不厚且透氣性較好，因而生成的氣體大部分散失于古大氣中。隨泥炭層的逐漸下沉和地層沉積厚度的增加，壓力和溫度也隨之增加，生