试验区钻孔控制瓦斯含量
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发布时间：2023-07-25 16:03
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时间：2024-11-18 22:57
根据顾桥井田煤样煤质分析化验结果，可知该地区的煤变质程度属Ⅱ～Ⅲ阶段；镜质组最大反射率在0.64%～1.73%。因此，在以下瓦斯含量测算过程中，我们采用该变质程度的煤层吸附瓦斯规律统计计算，而未考虑井田内不同块段，不同煤层变质程度差别与不均一性。
4.4.4.1 瓦斯含量与温度的关系
瓦斯含量随温度的升高会逐渐降低，在低温阶段，降低的速度快；在高温部分，降低逐渐趋缓。据宋全友（2004）所作同级煤（镜质组最大反射率＝0.86%、0.88%、0.95%）3个煤样的等温吸附试验：从30～40℃，温度每升高1℃，煤样吸附量减少0.15～0.19cm3/g，平均减少0.17cm3/g；从40～50℃，温度每升高1℃，煤样吸附量减少0.07～0.15cm3/g，平均减少0.11cm3/g；从50～60℃，温度每升高1℃，煤样吸附量减少0.07cm3/g；从60～70℃，温度每升高1℃，煤样吸附量减少0.04cm3/g；从70～80℃，温度每升高1℃，煤样吸附量减少0.02cm3/g。
依据上述规律，可以做出该地区各煤层吸附瓦斯量随温度升高而逐渐降低的分段线性关系曲线，如图4.28所示。假设该曲线关系成立满足的条件是：30℃和1 MP，初始条件为10 cm3/g。通过求取的地温三维数据体和这个关系曲线可以得出不同深度下温度对瓦斯吸附量影响的具体数值，参表4.4。
图4.28 温度与瓦斯吸附量的关系曲线
表4.4 钻孔煤样瓦斯测试与统计计算数据表
续表
续表
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4.4.4.2 瓦斯含量与压力的关系
根据Langmuir等温吸附方程，煤层吸附瓦斯量随压力升高逐渐增多，并将逐渐趋于一相对稳态值。顾桥井田搜集到的资料有补4,6,7三口钻孔取心作了煤样的等温吸附试验，测得的瓦斯含量随压力的变化如图4.29所示。
图4.29 补6井1-2煤样瓦斯吸附等温曲线
上述实验是在30℃测得的。根据这些测试数据，经过插值计算可以获得不同煤层的瓦斯吸附等温曲线，并进一步可以获得三维空间内任一点煤样的瓦斯吸附等温曲线。利用该曲线可以计算地下任一深度点的原地瓦斯吸附量。
4.4.4.3 钻孔控制各煤层瓦斯含量的测算
在顾桥矿开采的历史*钻了400多口各种钻孔，通过取心与煤样的分析，统计了该井田的瓦斯含量图。自2001年后，顾桥矿又新钻了一批钻孔，获得了一些新的瓦斯煤样数据。本次共搜集到21口钻孔数据，补充了补4,6,7三口井的测试数据，因此对该区的瓦斯含量图重新进行了计算。计算步骤如下，流程图如图4.30所示。
第一步：搜集已知老井统计的各煤层瓦斯含量值。将老井井名、坐标（X,Y,Z）、各煤层顶底板深度、煤厚、煤质（V,A,W）、瓦斯含量统计形成数据文件；再将后来测的补字号井的数据补充进去。分析整理已知的3种数据：①煤质分析化验；②瓦斯含量测试；③等温吸附试验。假设老井、补字号井的瓦斯含量试验均是在常温（30℃）常压（1个大气压）下测量的。
第二步：将补字号井的瓦斯测量试验数据换算为标准条件（30℃、1MPa）下的单位值（m3/t），如式（4.12）所示。形成统计的老井与新钻孔控制的瓦斯含量表（表4.4）。
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第三步：应用本试验区应力场数值模拟的结果求出试验区各目的煤层的原地压力值。由于地表上覆粘土厚达500m以上，无法准确得出粘土的密度，故使用密度平均值2.5×103kg/m3，并由静水压力的物理公式p＝ρgh（ρ为密度，g为重力加速度，h为深度）计算出各井口各煤层的压强，然后由试验测得的瓦斯含量随瓦斯压力的变化曲线图拾取相应的瓦斯压力下瓦斯含量的值，从而得出压强对瓦斯吸附量的影响的具体数值。
图4.30 钻孔控制瓦斯含量测算流程
根据不同深度各煤层的等温吸附曲线和试验区三维地温数据体求各煤层地层温度下的瓦斯吸附减量（注意，该曲线关系近似成立，因为没考虑煤质的局域性变化）。
最后一步：由实验室测得的瓦斯含量加上温度和压强对瓦斯吸附含量的影响值最后可以获得真实的瓦斯含量。由井的坐标、瓦斯含量值的文件可以分别画出1,6,8,11-2,13-1煤层的瓦斯含量分布等值线图。表4.4给出根据上述方法做出的实际瓦斯含量的数值。根据此表可做出5个目的煤层的瓦斯含量分布图，然后根据坐标范围切出本试验区瓦斯含量分布情况，如下图4.31～图4.35所示。
图4.31 1煤层瓦斯含量
（单位：m3/t）
图4.32 6煤层瓦斯含量
（单位：m3/t）
图4.33 8煤层瓦斯含量
图4.34 11-2煤层瓦斯含量
图4.35 13-1煤层瓦斯含量
4.4.4.4 瓦斯含量分布规律
综合分析以上通过钻孔实测的瓦斯含量及三维地温场、应力场共同影响下计算的瓦斯含量图，可以发现试验区瓦斯有以下的赋存规律：
1）8煤层的瓦斯含量高于其他煤层，含量15.6～16.2m3/t; 1煤（15.0～15.8m3/t）与6煤（14.6～15.0m3/t）煤次之；11-2煤（13.0～15.0m3/t）与13-1煤（13.0～15.2m3/t）相对较少。
2）随深度加深，煤样吸附瓦斯相对多些，除8煤异常高外。
3）同一煤层不同深度，1煤与6煤瓦斯含量变化较平稳，11-2煤与13-1煤变化较大，初步认为是构造影响的结果。
