【摘 要】
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我国矿井瓦斯地质条件复杂多样,因而不同矿区的瓦斯赋存千差万别,陕西韩城矿区北部为煤与瓦斯事故突出重灾区,特别在瓦斯富集的煤层软分层区域容易发生瓦斯事故,而矿区南部象山矿虽未发生煤与瓦斯突出事故,但其生产遭受着矿井瓦斯的严重制约。准确掌握象山矿的瓦斯解吸特性及瓦斯赋存规律,是矿井针对性瓦斯治理的重要指导,是保障矿井安全并高效生产的关键性问题。本文采集了象山矿3#、5#煤层软硬分层煤样,通过实验室实验
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我国矿井瓦斯地质条件复杂多样,因而不同矿区的瓦斯赋存千差万别,陕西韩城矿区北部为煤与瓦斯事故突出重灾区,特别在瓦斯富集的煤层软分层区域容易发生瓦斯事故,而矿区南部象山矿虽未发生煤与瓦斯突出事故,但其生产遭受着矿井瓦斯的严重制约。准确掌握象山矿的瓦斯解吸特性及瓦斯赋存规律,是矿井针对性瓦斯治理的重要指导,是保障矿井安全并高效生产的关键性问题。本文采集了象山矿3#、5#煤层软硬分层煤样,通过实验室实验测试了4组煤样的孔隙结构特征和瓦斯解吸特性,并研究了两者之间的内在联系。通过资料收集、现场实测和理论分析,运用Spss软件研究了象山矿的瓦斯赋存影响因素,并预测了正在采掘和开拓的南一、南二采区的瓦斯含量及其分布,获得的主要结论如下:(1)3#、5#煤层软分层煤样比硬分层煤样有着更高的灰分含量和孔隙率,3#、5#煤层软分层煤样的f值均低于硬分层煤样且小于0.5,△p值均高于硬分层煤样且大于10mm Hg,3#、5#煤层软分层煤较硬分层煤更具有煤与瓦斯突出危险性。(2)压汞法及液氮吸附法曲线及数据表明:3#、5#煤层软硬分层煤样存在大量封闭及半封闭孔,孔隙连通性差,软分层煤样的孔容、比表面积较硬分层煤样更发育。从孔容分布上看,3#、5#煤层软硬分层煤样大孔孔容最发育,小孔和微孔孔容较为发育,中孔孔容不发育,3#、5#煤层软分层煤样在小孔和微孔上的孔容总占比要比硬分层煤样小孔和微孔上的孔容总占比高10.22%、5.07%,地质构造破坏作用使软分层煤样小孔、微孔进一步发育,且软分层煤样的小孔孔容更为发育;从比表面积分布上看,3#、5#煤层软分层煤样的微孔比表面积更为发育。分形维数D1表明软分层煤样表面更粗糙,软分层煤样分形维数D2与硬分层煤样相差不大,表明软硬分层煤的内部孔隙结构都较复杂。(3)3#、5#煤层软分层煤样的解吸量、解吸速率在不同平衡压力和不同解吸阶段都高于硬分层煤样,软分层煤样瓦斯解吸能力要强于硬分层煤样。瓦斯吸附平衡压力的不断增大对软分层煤样尤其在瓦斯解吸初期的解吸能力影响更显著。煤体瓦斯解吸能力与煤样孔容、比表面积都有密切的正相关关系。煤体孔隙表面越不均一、越粗糙,孔隙结构越简单的煤体,瓦斯解吸初始阶段能力越强。(4)韩城矿区南北构造环境差异对3#、5#煤层瓦斯运移和富集具有一定的控制作用。地质构造和埋藏深度是象山矿3#、5#煤层的瓦斯赋存主控因素。埋藏深度对象山矿3#煤层瓦斯含量产生显著的正向影响关系,对5#煤层影响较小。顶板10m内砂岩厚度会对3#、5#煤层瓦斯含量产生显著的负向影响关系。煤层厚度会对5#煤层瓦斯含量产生显著的正向影响关系,对3#煤层影响较小。预测象山矿3#煤层南一采区西北部、南二采区西南部瓦斯含量较高,预测瓦斯含量最高为7.21m~3/t,5#煤层南二采区西南部瓦斯含量较高,预测瓦斯含量最高为10.41m~3/t。本论文共有图39幅,表20个,参考文献75篇。
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