CN102767372A - 一种煤与瓦斯突出保护层选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤与瓦斯突出保护层选择方法，针对煤与瓦斯突出保护层选择主要依据经验、缺少理论依据等问题，采用沉积学、层序地层学理论，通过分析煤系地层岩层性质、岩层厚度、岩层间距、煤层厚度以及煤层所处层序体系域位置，采用同一地质构造条件下，越靠近海侵体系域最大海（湖）泛面位置煤层瓦斯赋存量越大（顶底板石灰岩煤层除外）、煤层煤与瓦斯突出倾向性越大特征进行煤层瓦斯赋存、煤与瓦斯突出倾向性分析，进行煤与瓦斯突出保护层理论选择。该发明完善了煤与瓦斯突出保护层选择依据，减小了基建矿井煤与瓦斯突出保护层选择盲目性问题，降低了煤矿采掘部署重新调整问题。

Description

一种煤与瓦斯突出保护层选择方法

技术领域

本发明涉及煤矿瓦斯防治领域，特别涉及一种煤与瓦斯突出保护层选择方法。

背景技术

现有煤与瓦斯突出保护层选择主要依据实际开采过程中保护层煤层煤与瓦斯突出灾害情况，以及与被保护层之间距离、开采顺序等进行煤与瓦斯突出保护层选择，现目前煤与瓦斯突出保护层选择方法主要依据经验，缺少保护层选择的地质理论依据，该方法经过多年的实际应用，为煤与瓦斯突出灾害防治起到了良好作用，但对于一些矿井而言，没有现场条件，煤与瓦斯突出保护层选择存在盲目性，使得煤矿采掘部署在实际生产过程中需重新调整，造成大量人力、财力浪费，现有技术中煤与瓦斯突出保护层选择主要依据经验，缺少理论依据。

因此急需一种煤与瓦斯突出保护层选择的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种煤与瓦斯突出保护层选择的方法。

本发明的目的是提出一种煤与瓦斯突出保护层选择的方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的一种煤与瓦斯突出保护层选择方法，包括以下步骤：

S1：获取煤系地层沉积体系信息和煤系地层剖面发育信息，并进行层序地层划分，从而确定出煤系地层不同段层序地层单元；

S2：获取煤系地层沉积环境信息和层序地层演化信息，确定煤系地层岩层特征；

S3：获取层序地层单元不同位置的煤层赋存信息；

S4：确定整体区域的煤层瓦斯赋存信息和煤层煤与瓦斯突出信息；

S5：根据煤系地层层序地层划分情况确定不同煤层煤与瓦斯突出倾向性信息；

S6：获取地层煤层群分布信息；

S7：依据煤系地层不同煤层煤与瓦斯突出倾向性程度不同选择煤与瓦斯突出煤层保护层。

进一步，还包括以下步骤：

S8：计算保护层与被保护层的保护垂距和最小层间距；

S9：确定煤层群中最佳保护层。

进一步，所述煤系地层剖面发育信息包括岩性组合结构、层序类型及其边界及最大海泛面识别层。

进一步，所述煤系地层岩层特征包括岩层性质、岩层厚度、岩层间距、煤层厚度以及煤层所处层序体系域位置。

进一步，所述最小层间距通过以下公式确定：

当α＜60°时，H＝KM cosα        (1)

或

当α≥60°时，H＝KM sin(α/2)    (2)

式中：H－允许采用的最小层间距，m；

M－保护层的开采厚度，m；

α－煤层倾角，度；

K－顶板管理系数，冒落法管理顶板时，K取10，充填法管理顶板时，K取6。

本发明的优点在于：本发明针对煤与瓦斯突出保护层选择主要依据经验、缺少理论依据等问题，采用沉积学、层序地层学理论，通过分析煤系地层岩层性质、岩层厚度、岩层间距、煤层厚度以及煤层所处层序体系域位置，采用同一地质构造条件下，越靠近海侵体系域最大海（湖）泛面位置煤层瓦斯赋存量越大（顶底板石灰岩煤层除外）、煤层煤与瓦斯突出倾向性越大特征进行煤层瓦斯赋存、煤与瓦斯突出倾向性分析，进行煤与瓦斯突出保护层理论选择。该发明完善了煤与瓦斯突出保护层选择依据，减小了基建矿井煤与瓦斯突出保护层选择盲目性问题，降低了煤矿采掘部署重新调整问题。

本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明实施例提供的煤与瓦斯突出保护层选择方法流程图A；

图2为本发明实施例提供的煤与瓦斯突出保护层选择方法流程图B。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

图1为本发明实施例提供的煤与瓦斯突出保护层选择方法流程图A，如图所示：本发明提供的在现有嵌入式设备上实现可信嵌入式系统的装置，包括以下步骤：

S1：根据沉积学、层序地层学研究成果可知，煤系地层特征受控于浅海—障壁海岸、浅海一无障壁海岸、三角洲、河流、湖泊和冲积扇等沉积体系。针对某一沉积体系，根据煤系地层剖面发育的岩性组合结构、层序类型及其边界及最大海泛面识别层进行层序地层划分，确定出煤系地层不同段层序地层单元。

S2：首先针对矿井区域，分析煤系地层岩层组合特征，依据岩层特征分析沉积环境及沉积微相，依据结果进行层序地层划分，在了解煤系地层沉积环境、层序地层演化基础上，分析煤系地层岩层性质、岩层厚度、岩层间距、煤层厚度以及煤层所处层序体系域位置。煤系地层可划分为不同程度层序地层单元，层序地层单元(旋回)不同位置煤层赋存不同，层序地层不同位置岩层粒度、岩层性质、煤层厚度不同，越靠近海侵体系域最大海泛面位置，岩层粒度越小，且岩层性质多为泥岩、页岩及灰岩等，煤层厚度越厚。

S3：依据理论分析、邻近矿井情况，分析研究区域地质构造特征、煤层煤质及瓦斯情况，整体判定研究区域煤层瓦斯赋存情况、煤层煤与瓦斯突出情况，再利用煤系地层层序地层划分情况进行不同煤层煤与瓦斯突出倾向性分析，一般越靠近海侵体系域最大海（湖）泛面位置煤层瓦斯赋存量越大（顶底板石灰岩煤层除外），煤层煤与瓦斯突出倾向性越大。

S4：依据煤系地层煤层群分布情况，一般具有下行式、上行式和混合式等开采方法，矿井开采工作根据岩层控制理论中的采动影响关系等具体选用，目的是保证安全均衡生产且有利于提高矿井技术经济指标。）

S5：依据煤系地层不同煤层煤与瓦斯突出倾向性程度不同选择煤与瓦斯突出煤层保护层。）

S6：根据煤层开采顺序优先选择上保护层，在选择下保护层时，不得破坏被保护层的开采条件，根据岩层控制理论中的岩层破断范围进行保护层与被保护层保护垂距、最小层间距计算，一般保护层与被保护层之间的最大保护垂距、开采下保护层的最小层间距参照《防治煤与瓦斯规定》相关规定。当煤层群中有几个煤层都可作为保护层时，综合比较分析，选择开采保护效果最好的煤层。选择保护层尽量考虑煤层开采价值。

图2为本发明实施例提供的煤与瓦斯突出保护层选择方法流程图B，如图所示：本发明提供的在现有嵌入式设备上实现可信嵌入式系统的装置，包括以下步骤：

S1：获取煤系地层沉积体系信息和煤系地层剖面发育信息，并进行层序地层划分，从而确定出煤系地层不同段层序地层单元；

S2：获取煤系地层沉积环境信息和层序地层演化信息，确定煤系地层岩层特征；

S3：获取层序地层单元不同位置的煤层赋存信息；

S4：确定整体区域的煤层瓦斯赋存信息和煤层煤与瓦斯突出信息；

S5：根据煤系地层层序地层划分情况确定不同煤层煤与瓦斯突出倾向性信息；

S6：获取地层煤层群分布信息；

S7：依据煤系地层不同煤层煤与瓦斯突出倾向性程度不同选择煤与瓦斯突出煤层保护层。

S8：计算保护层与被保护层的保护垂距和最小层间距；

S9：确定煤层群中最佳保护层。

所述煤系地层剖面发育信息包括岩性组合结构、层序类型及其边界及最大海泛面识别层。

所述煤系地层岩层特征包括岩层性质、岩层厚度、岩层间距、煤层厚度以及煤层所处层序体系域位置。

所述最小层间距通过以下公式确定：

当α＜60°时，H＝KM cosα        (1)

或

当α≥60°时，H＝KM sin(α/2)    (2)

式中：H－允许采用的最小层间距，m；

M－保护层的开采厚度，m；

α－煤层倾角，度；

K－顶板管理系数，冒落法管理顶板时，K取10，充填法管理顶板时，K取6。

现以水城矿区汪家寨煤矿为例，说明煤与瓦斯突出保护层选择具体实施方式：

S1：井田内开采上二叠统宣威组煤系，根据沉积学、层序地层学分析可知，煤系地层属于三角洲沉积体系，该煤系地层分上、中、下三个煤组，含煤30余层，可采及局部可采11层：1^#、4^#、7^#、8^#、11^#、12^#、13^#、14-1^#、14-2^#、17^#、28^#，矿井目前主要开采1^#、7^#、8^#、11^#煤层。

根据水城矿区汪家寨煤矿煤系地层层序地层划分，汪家寨煤矿含煤地层（宣威组）按层序地层学划分可分为两个层序。

层序I：从玄武岩顶部至11^#煤层顶部泥质砂岩和泥岩。层序I只有海侵体系域和高水位体系域。海侵体系域，即在相对海平面上升速率较大的环境下形成的退积层序。在海平面总体上升过程中，海平面多次反复快速升降，造成煤层多次沉积并保存；煤层为沼泽相沉积，海平面的快速升降使得煤层得以完整保存。汪家寨煤矿层序I海侵体系域全区发育，主要由三角洲间湾、三角洲平原沼泽、滨岸砂体滨浅海相砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩和泥岩等组成。峨眉山玄武岩喷发以后，海侵初期，海水迅速上升，可容空间增加，沉积了一套绿灰色凝灰质角砾岩，随后沉积了C101a、C101b、C101c煤层，拉斑玄武岩二次喷发，之上沉积了灰黑色玄武岩角砾岩，相对海平面继续以较快速率上升，随着海平面激烈的升降波动沉积了26^#→11^#煤层，随着海侵不断扩大煤层具有逐层增厚的趋势，11^#煤层为该层序内最厚，为最大海泛面时期。高水位体系域为相对海平面上升后期且海平面上升速率降低时形成，由早期加积和晚期进积形成的。高水位体系域时期，滨岸线不断向盆地中央推进，沉积物向上粒度不断变粗，其顶界为层序边界，主要以泻湖相泥岩和泥质砂岩为主。

层序II：从层序I顶部至1^#煤层顶板。层序II只有海侵体系域。在沉积了层序I后，海平面下降，沉积短暂间断后立刻进入了层序II海侵体系域，是在相对海平面上升速率较大的环境下形成的退积层序，岩石颗粒呈正粒序由粗到细，海平面上升；在海平面总体上升过程中，海平面多次反复快速升降，造成煤层多次沉积并保存。汪家寨煤矿层序II海侵过程中又可划分出两个次级旋回：即从10^#煤层→7^#煤层为一个旋回，6^#煤层→1^#煤层为另一个旋回。汪家寨煤矿层序II海侵体系域全区发育，主要由三角洲间湾、三角洲平原沼泽、滨岸砂体滨浅海相砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩和泥岩等组成。海侵前半期，10^#→7^#煤层由薄至厚发育，后半期6^#→1^#煤层由薄至厚发育，1^#煤层为该层序内最厚，为最大海泛面，1^#煤层顶部为层序II顶界面，是不整合界面。

S2：首先针对矿井区域，分析煤系地层岩层组合特征，依据岩层特征分析沉积环境及沉积微相，依据结果进行层序地层划分，在了解煤系地层沉积环境、层序地层演化基础上，分析煤系地层岩层性质、岩层厚度、岩层间距、煤层厚度以及煤层所处层序体系域位置。煤系地层可划分为不同程度层序地层单元，层序地层单元(旋回)不同位置煤层赋存不同，层序地层不同位置岩层粒度、岩层性质、煤层厚度不同，越靠近海侵体系域最大海泛面位置，岩层粒度越小，且岩层性质多为泥岩、页岩及灰岩等，煤层厚度越厚。根据水城矿区汪家寨煤矿层序地层划分可知，1^#、11^#煤层各自位于其层序地层的最大海泛面位置，煤层最厚。1^#顶板为生物碎屑泥质灰岩，底板以粘土岩为主，其次为泥岩、粉砂岩或细砂岩。11^#顶板为细砂岩、薄层状粉砂岩、泥岩，底板以粘土岩为主，其次为粉砂岩或细砂岩。

S3：依据理论分析、邻近矿井情况，分析研究区域地质构造特征、煤层煤质及瓦斯情况，整体判定研究区域煤层瓦斯赋存情况、煤层煤与瓦斯突出情况，再利用煤系地层层序地层划分情况进行不同煤层煤与瓦斯突出倾向性分析，一般越靠近海侵体系域最大海（湖）泛面位置煤层瓦斯赋存量越大（顶底板石灰岩煤层除外），煤层煤与瓦斯突出倾向性越大。根据层序地层学分析，预测11^#煤层整体煤与瓦斯突出倾向性最大，1^#煤层整体次之，7^#、8^#煤层整体相对最小。在符合《防治煤与瓦斯突出规定》情况下，煤与瓦斯突出倾向性相对较小煤层都可作为较大煤层保护层。

S4：依据煤系地层煤层群分布情况，一般具有下行式、上行式和混合式等开采方法，矿井开采工作根据岩层控制理论中的采动影响关系等具体选用，目的是保证安全均衡生产且有利于提高矿井技术经济指标。汪家寨矿井可采及局部可采煤层为：1^#、4^#、7^#、8^#、11^#、12^#、13^#、14-1^#、14-2^#、17^#、28^#，主采1^#、7^#、8^#、11^#煤层。

S5：依据煤系地层不同煤层煤与瓦斯突出倾向性程度不同选择煤与瓦斯突出煤层保护层。根据层序地层分析可知，1^#、7^#、8^#都可作为11^#煤层保护层。

S6：根据煤层开采顺序优先选择上保护层，在选择下保护层时，不得破坏被保护层的开采条件，根据岩层控制理论中的岩层破断范围进行保护层与被保护层保护垂距、最小层间距计算，一般保护层与被保护层之间的最大保护垂距见表1，开采下保护层时，不破坏上部被保护层的最小层间距离可参用式(1)或式(2)确定：

当α＜60°时，H＝KM cosα        (1)

当α≥60°时，H＝KM sin(α/2)    (2)

式中：H－允许采用的最小层间距，m；

M－保护层的开采厚度，m；

α－煤层倾角，度；

K－顶板管理系数。冒落法管理顶板时，K取10，充填法管理顶板时，K取6。

当煤层群中有几个煤层都可作为保护层时，综合比较分析，选择开采保护效果最好的煤层。选择保护层尽量考虑煤层开采价值。从建井至今，矿井共发生煤与瓦斯突出20多次，分别发生在11^#、12^#、13^#、14-1^#、14-2^#煤层，其中11^#煤层发生突出次数最多。由现场实际开采情况可知，非突出或相对突出倾向性较小煤层都可作为保护层，结合开拓开采情况，此研究选择7^＃煤层作为11^＃煤层保护层。结合保护层地质理论分析结果、保护层选择影响因素等，取汪家寨煤矿的开采深度为600m左右，工作面长度为150m，7^＃煤层开采厚度1.44m。经计算上保护层的最大有效层间垂距为55m，测算值大于7^#煤层到11^#煤层的实际层间垂距36.07m；相对层间距（平均层间距与保护层采高之比）为24.31，小于国内外公认的75。由此可见，在上保护层7^＃煤层开采后，保护11^＃煤层应是有效的。并进行了现场考察验证，证明选择7^＃煤层作为11^＃煤层保护层是合理的。

表1保护层与被保护层之间的最大保护垂距

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种煤与瓦斯突出保护层选择方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：获取煤系地层沉积体系信息和煤系地层剖面发育信息，并进行层序地层划分，从而确定出煤系地层不同段层序地层单元；

S2：获取煤系地层沉积环境信息和层序地层演化信息，确定煤系地层岩层特征；

S3：获取层序地层单元不同位置的煤层赋存信息；

S4：确定整体区域的煤层瓦斯赋存信息和煤层煤与瓦斯突出信息；

S5：根据煤系地层层序地层划分情况确定不同煤层煤与瓦斯突出倾向性信息；

S6：获取地层煤层群分布信息；

S7：依据煤系地层不同煤层煤与瓦斯突出倾向性程度不同选择煤与瓦斯突出煤层保护层。

2.根据权利要求1所述的煤与瓦斯突出保护层选择方法，其特征在于：还包括以下步骤：

S8：计算保护层与被保护层的保护垂距和最小层间距；

S9：确定煤层群中最佳保护层。

3.根据权利要求2所述的煤与瓦斯突出保护层选择方法，其特征在于：所述煤系地层剖面发育信息包括岩性组合结构、层序类型及其边界及最大海泛面识别层。

4.根据权利要求3所述的煤与瓦斯突出保护层选择方法，其特征在于：所述煤系地层岩层特征包括岩层性质、岩层厚度、岩层间距、煤层厚度以及煤层所处层序体系域位置。

5.根据权利要求4所述的煤与瓦斯突出保护层选择方法，其特征在于：所述最小层间距通过以下公式确定：

当α＜60°时，H＝KM cosα        (1)

或

当α≥60°时，H＝KKM sin(α/2)   (2)

式中：H－允许采用的最小层间距，m；

M－保护层的开采厚度，m；

α－煤层倾角，度；

K－顶板管理系数，冒落法管理顶板时，K取10，充填法管理顶板时，K取6。

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