CN112377259A - 一种瓦斯圈闭形成的判定方法及圈闭瓦斯资源量的计算方法 - Google Patents
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Abstract
一种瓦斯圈闭形成的判定方法及圈闭瓦斯资源量的计算方法，包括以下步骤：S1：获取封闭采空区的工艺信息；S2：获取开采煤层赋存和地质情况；S3：获取导水裂隙带高度及底板破坏带深度、岩层导水裂隙角；S4：进行瓦斯圈闭形成判断；S5：获取不可采煤层、含气岩层信息；S6：获取圈闭裂隙储集体内遗留煤炭体积；S7：获取待评价封闭采空区所形成的瓦斯圈闭类型，确定圈闭内煤柱数量信息；S8：获取圈闭裂隙储集体内不可采煤层可解吸瓦斯量、含气岩层甲烷排放率；S9：进行圈闭瓦斯资源量计算。本发明用于判定封闭采空区是否能够形成集聚和储存瓦斯的优势裂隙空间，在生产矿井的封闭采空区瓦斯抽采和废弃矿井瓦斯地面开发中具有重大理论和实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿封闭采空区和废弃矿井瓦斯地面抽采技术领域，涉及到瓦斯圈闭形成的判定方法及圈闭瓦斯资源量的计算方法。
背景技术
按照我国煤矿安全规程规定，每个工作面回采结束后都要及时封闭。由于采煤工艺和设备的制约，煤层开采时回采率较低，封闭采空区内残留有大量煤炭。这些煤炭及采空区四周煤柱解吸的甲烷，将在采空区集聚；另外，采空区卸压范围内的不可采煤层及含气岩层中的瓦斯也将向采空区运移。这些瓦斯运移和集聚的结果使采空区成为瓦斯富集场所。
我国每年生产矿井新形成的封闭采空区以及报废矿井封闭采空区的数量巨大，据估算，采空区瓦斯储量有数千亿立方米。如果得到抽采利用，这些瓦斯就成为清洁能源，产生可观的社会和经济效益；如果任由其滞留于采空区，一方面会造成资源浪费，也可能因其运移至邻近矿井而影响安全生产；另一方面，瓦斯可能通过采动裂隙或大的地质构造而逸出地表，造成人身伤害，同时因温室效应而严重污染生态环境。因此，废弃矿井瓦斯开发引起了社会的广泛关注，目前政府正在积极推进废弃矿井瓦斯地面抽采利用工程。
地面抽采封闭采空区(生产矿井或废弃矿井)瓦斯技术是近20年发展起来的一种新的瓦斯抽采方法，是通过在煤矿封闭采空区地面施工垂直钻井，采用负压抽采的方式，将采空区赋存的瓦斯资源抽取出来，加以利用。
众所周知，并不是所有的封闭采空区都是合适的瓦斯富集场所(瓦斯圈闭)，也不是所有适合富集瓦斯的封闭采空区都富集有大量的瓦斯资源，因此，如何判定一个封闭采空区是否构成瓦斯储集的优势裂隙裂隙空间(瓦斯圈闭)以及该空间瓦斯资源量计算，仍是目前封闭采空区，特别是废弃矿井地面瓦斯抽采，所面临的一大难题。
发明内容
有鉴于此，本发明主要解决的技术问题是提供一种能判定封闭采空区是否构成瓦斯集聚和储存的场所 (瓦斯圈闭)，以及该场所(瓦斯圈闭)赋存瓦斯资源量的计算方法，通过该方法实现对生产矿井和废弃矿井封闭采空区瓦斯富集区域的准确定位及资源量的掌握，可指导生产矿井封闭采空区瓦斯抽采地面钻井井位选择；也可为瓦斯地面开发的目标废弃矿井优选奠定基础。
本发明为判定矿井封闭采空区形成集聚和储存瓦斯的优势裂隙空间提供了一种便利手段，在生产矿井的封闭采空区瓦斯抽采和废弃矿井瓦斯地面开发中具有重大理论和实用价值。
一种瓦斯圈闭形成的判定方法及圈闭瓦斯资源量的计算方法，包括以下步骤：
S1：获取待评价封闭采空区封闭时间、工作面布置、四周保护或隔离煤柱、工作面回采工艺信息；
S2：获取待评价封闭采空区开采煤层赋存和地质情况、地质构造、煤层顶底板岩层物理力学性质、含气岩层的孔隙率和瓦斯体积分数。
S3：获取待评价封闭采空区导水裂隙带高度及底板破坏带深度、岩层导水裂隙角；
S4：进行采场岩层移动稳定后是否构成圈闭判断，依次从盖层、侧向遮挡屏蔽层、裂隙储集体和底板遮挡屏蔽层四方面进行判别，如果都满足设定的条件，则表明该采场岩层移动稳定后构成了圈闭，可进入下一步骤S5；
S5：获取待评价封闭采空区导水裂隙带高度、底板破坏带深度范围内的邻近不可采煤层、含气岩层信息；
S6：获取圈闭裂隙储集体内遗留煤炭体积；获取圈闭裂隙储集体内积水情况及被采空区积水淹没的煤炭体积；
S7：获取待评价封闭采空区所形成的圈闭类型，确定圈闭内煤柱数量及其相关信息；
S8：获取圈闭裂隙储集体内不可采煤层可解吸瓦斯量、含气岩层甲烷排放率；获取圈闭裂隙储集体内煤柱、遗留煤炭量及其可解吸瓦斯量；
S9:进行圈闭瓦斯资源量计算；圈闭的瓦斯资源主要来源于圈闭内煤柱、遗留煤炭和邻近不可采煤层和含气岩层内的瓦斯和裂隙空间的游离气体5个部分组成：Q＝Qcp+Qrc+Quc+Qrg+Qfg
式中：Q为圈闭瓦斯资源量，Qcp、Qrc、Quc、Qrg和Qfg分别为瓦斯圈闭煤柱、遗留煤炭、邻近不可采煤层、岩层和裂隙储集体游离瓦斯资源量。
步骤S3中采空区导水裂隙带高度及底板破坏带深度、岩层导水裂隙角获取：
①导水裂隙带高度：采用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中的经验公式计算导水裂隙带高度，当煤层倾角为0～54且煤层上覆岩层为坚硬、中硬、软弱和极软弱岩层时，厚煤层分层开采的导水裂隙带最大高度可选用下表中的公式进行计算：
注：1.SM—累计采厚，m；2.公式应用范围：单层采厚1～3，累计采厚不超过15m；3.计算公式中±号项为中误差；
当煤层倾角为55°～90°且煤层顶、底板为坚硬、中硬、软弱和极软弱岩层时，用垮落法开采的导水裂隙带最大高度可选用下表中的公式进行计算：
②底板破坏深度：
式中，
为底板岩层内摩擦角；
xa为煤壁屈服区长度,
其中，k—应力集中系数；H为煤层埋深；Cm为煤层内聚力；M—煤层开采厚度；
为煤层内摩擦角；
③岩层导水裂隙角，可采用现场实测的方法或利用煤矿已有的地表移动观测数据估算获得，实践表明，采场岩层导水裂隙角比其采动移动角大4～10°，利用导水导水裂隙角和导水裂隙带的最大高度可得到导水裂隙带超出开采边界的最大距离。
步骤S4中进行采场岩层移动稳定后是否构成圈闭判断，依次判断采场弯曲下沉带能否作为圈闭盖层、采场四周煤柱及其上覆和下伏岩层能否作为圈闭侧向遮挡屏蔽层、煤层群开采时，煤层间距能否作为底板遮挡屏蔽层、圈闭裂隙体是否有储存瓦斯的空间：
①盖层；采场弯曲下沉带同时满足3个条件，即可作为瓦斯圈闭盖层：
第一，采场弯曲下沉带岩层没有沟通地表的裂隙或地质构造；
第二，应满足水体下煤炭开采的安全保护层厚度(可按照《煤矿防治水细则(2018)》计算)；为确保弯曲下沉带岩层能隔断采场导水裂隙与地表水的联系，起到封盖作用，不同岩性的弯曲下沉带岩层最小厚度应大于该覆岩岩性条件下最大防水安全煤岩柱要求的厚度值，不同覆岩岩性的最大保护岩层厚度见下表：
注：
∑M—累计采厚，m；c—分层开采层数；
第三，整个弯曲下沉带的等效泥岩厚度不能小于6m，其中，整个弯曲下沉带的等效泥岩厚度He就可以通过下式进行计算：
式中：He为盖层的等效泥岩厚度，n为弯曲下沉带范围内不同岩性层段数；Mri为i层岩层段的厚度，m； ki为i层岩层段的岩性权重，各层岩层段的岩性权重见下表中所列的数值；hi为i层岩层顶板至导水裂隙带顶端的距离，m，岩性的权重见下表：
②侧向遮挡屏蔽层，采场四周煤柱和其上覆和下伏岩层分别满足以下条件时即可作为圈闭的侧向遮挡屏蔽层：
第一，四周煤柱能保持稳定：煤柱作为采场岩移瓦斯圈闭的侧向遮挡屏蔽体的一部分，不应发生因其破坏而导致相邻采空区连通现象，不仅受采动应力影响时，煤柱应能保持稳定，而且受到采空区积水影响时，煤柱也能保持稳定；
采空区无积水时：区段煤柱两边煤层开采后，应力重新分布的结果会使煤柱形成三个区，即两侧的屈服区和中间的弹性核区，此时煤柱保持稳定的基本条件是弹性核区的宽度B1应不小于煤柱高度的2倍，即煤柱宽度B应满足：
B＝x1+2M+x2
式中，
其中，
H为煤层埋深，m；f、c、
分别为煤层与顶底板接触面的摩擦系数、粘聚力和摩擦角；其它参数同上；
采空区有积水时：采空区积水实际作用面应是塑性区与弹性区分界面，按照《煤矿防治水细则》，抵抗静水压的煤柱弹性核宽度B'可由下式计算：
此时，煤柱弹性核区宽度不仅要满足2倍煤层开采厚度的要求，还要满足静水压力对弹性核区宽度的要求，即B1＝max{2M,B1'}，
式中，K为安全系数；Kp为煤的抗拉强度,MPa；P为水头压力MPa；其它参数同上；
第二，导水裂隙带高度范围内的煤柱上覆岩层、底板破坏深度范围内的下伏岩层应同时满足以下两个条件：
首先：相邻采空区导水裂隙带不连通；因采空区导水裂隙带侧向轮廓线会超出开采边界一定距离，相邻采空区之间煤柱宽度决定了相邻采空区导水裂隙带之间的连通性，若煤柱宽度大于相邻采空区导水裂隙带超出开采边界距离之和，则相邻采空区独立，否则，将其视为同一采空区；
其次：导水裂隙带高度范围和底板破坏深度范围之内，相邻采空区间不存在渗透性岩层，导水裂隙带高度范围和底板破坏深度范围之内，不能存在渗透率大于0.1μm2的渗透性岩层，若存在，刚该组岩层不能起到侧向遮挡屏蔽体的作为，相邻圈闭则应视为同一个圈闭；
③底板遮挡屏蔽层；对于单一开采煤层，采场底板破坏带下为原始岩层，为良好的屏蔽层，煤层群开采条件下，上组煤底板最大破坏深度、下组煤层导气裂隙带发育最大高度及两者之间的隔离保护层厚度三者决定了上、下煤层采空区的连通性，若上下两煤层间距大于这三者之和，即满足下列式子的要求，则上下两煤层的圈闭不连通，互为独立，否则，则连通为一体：
H≥h1+hb+Hli
式中：h1为上组煤层底板破坏最大深度；hb为上组煤层底板最大破坏深度与下组煤层导水裂隙带最大高度之间的隔离保护距离；Hli为下组煤层导水裂隙带最大高度，h1和Hli可以由前面的式子计算得到，hb可以参照前面盖层密闭性从两方面进行判别；
④裂隙储集体；裂隙储集体为采场走向和倾向方向上导水裂隙带和底板破坏带所构成的空间体，是封闭采这区瓦斯集聚和储存的空间，裂隙储集体的裂隙空间体积，即瓦斯圈闭储集体裂隙最大容积：
Vmax＝RvMF
式中：Vmax为瓦斯圈闭储集体裂隙最大容积，m3；F为采面面积，m2；Rv—回采空间保留率；其它参数同上；
如果回采空间保留率太低(8％)或裂隙储集体的孔隙空间被采空区积水充满，则不能形成瓦斯圈闭。
步骤S5中，导水裂隙带高度、底板破坏带深度范围内的邻近不可采煤层和含气岩层数量及其各自面积，按下列方式确定：
①邻近不可采煤层和含气岩层指位于导水裂隙带范围和底板破坏带深度范围内的煤层或岩层，不包括冒落带和弯曲下沉带范围内的不可采煤层和含气岩层；
②邻近不可采煤层和含气岩层距开采层距离均以开采层底板为起点；
③当邻近不可采煤层和含气岩层位于导水裂隙带范围内时，其位于圈闭内的面积可按下式计算：
Si＝(B+2hictgδ)(L+2hictgδ)
式中，Si为第i邻近不可采煤层或含气岩层在圈闭裂隙储集体范围内的面积；B为采空区宽度；L为采空区的长度；δ为采场岩层称导水裂隙角；hi为第i邻近不可采煤层或含气岩层与开采层垂直距离；
④当邻近不可采煤层和含气岩层位于底板破坏带范围内时，其位于圈闭内的面积可按下式计算：
式中，Si为第i邻近不可采煤层或含气岩层在圈闭裂隙储集体范围内的面积；B为采空区宽度；L为采空区的长度；
为底板岩层内摩擦角；xa为煤壁屈服区长度；hi为第i邻近不可采煤层或含气岩层与开采层垂直距离。
步骤S6中圈闭裂隙储集体内遗留煤炭体积可按下式进行：
Vrc＝(1-η)MBL+BLMi
式中，Vrc为圈闭裂隙储集体内遗留煤炭的体积；B为采空区宽度；L为采空区的长度；η为工作面煤炭回收率，Mi为冒落带范围内第i个不可采煤层的厚度；其它参数同上。
步骤S6中，被采空区积水淹没的煤炭体积可按不同情况分别计算：
①当圈闭内最大积水深度hs不大于遗留煤炭厚度hrc时：
Vrcw＝Vw
式中，Vrcw为被采空区积水淹没的煤炭体积；Vw为采空区积水体积；
②当圈闭内最大积水深度hs大于遗留煤炭厚度hrc时：
式中，Vrcw为被采空区积水淹没的煤炭体积；Vs为采空区积水体积；hrc为采空区遗留煤炭厚度；α为煤层倾角；Rv为回采空间保留率。
步骤S7中，瓦斯圈闭的类型：由一个采场构成的瓦斯圈闭为单一采场型；由单一煤层相邻的两个或多个采场构成的瓦斯圈闭为多采场水平型；由相邻煤层2个或多个垂向相邻采空区共同的构成瓦斯圈闭为多采场垂直型；由相邻煤层的2个或多个水平或垂向相邻采空区共同构成的瓦斯圈闭为多采场混合型瓦斯圈闭。
步骤S8中，不可采煤层可解吸瓦斯量，当没有现场实测数据时，可按照《矿井瓦斯涌出量预测》提供的方法计算：
qi＝(1-Ki)qi0-qic
式中，qi为第i不可采煤层可解吸瓦斯气含量；qi0为第i不可采煤层原始瓦斯含量；qic为第i不可采煤层残存瓦斯含量；Ki为第i不可采煤层受采动影响瓦斯排放率；当开采煤层采高小于4.5m时，Ki按下式计算：
式中，hi为第i不可采煤层与开采层垂直距离；hp表示受采动影响顶底板岩层形成贯穿裂隙，邻近层向工作面释放卸压煤层瓦斯的岩层破坏范围；
当开采煤层采高大于4.5m时，Ki按下式计算：
式中，hi为第i不可采煤层与开采层垂直距离；L表示开采层工作面长度；其它参数同上；
含气岩层的甲烷排放率计算可参照不可采煤层排放率的计算方法进行估算。
步骤S8中，，采用现场实测数据或者类比经验取值的方法获得煤柱和遗留煤炭的可解吸瓦斯含量。
步骤S9中，各类瓦斯资源量计算方法如下：
①煤柱瓦斯资源量按下列方法计算：
1)单一采场型和多采场垂直型瓦斯圈闭：对于采场四周的煤柱，经掘进和回采阶段，靠近工作面侧均已形成了一定宽度的预排瓦斯等值带，已不再向巷道空间排放瓦斯，工作面回采结束并封闭采场后，采场四周煤柱中的残留瓦斯将不会扩散或渗流至圈闭之内，因此，对于单一采场和多采场垂直型瓦斯圈闭，尽管拥有采场四周多个煤柱，但这些煤柱中残留瓦斯不能构成瓦斯圈闭的有效资源；
2)多采场水平型和多采场混合型瓦斯圈闭：与单一采场和多采场垂直型瓦斯圈闭一样，多采场水平型和多采场混合型瓦斯圈闭四周煤柱的残留瓦斯量不能参与圈闭瓦斯资源量计算；但是，对于由多个采场形成的瓦斯圈闭，采场间的保护煤柱遭到破坏后，其所遗留瓦斯将逐渐得到释放，并在瓦斯圈闭中储存下来，因此，该部分瓦斯量应计入圈闭资源量，并可采用体积法利用下式进行计算：
Qcp＝(Vcp-Vcpw)γcpqcp
式中：Qcp为圈闭煤柱的瓦斯资源量，m3；Vcp为圈闭内煤柱体积，m3；Vcpw为圈闭内被采空区积水淹没的煤柱体积，m3；γcp为圈闭内煤柱煤炭的平均容重，t/m3；qcp为圈闭内煤柱煤炭的平均可解吸气量，t/m3；
②圈闭遗留煤炭瓦斯资源量按下列方法计算：
对于单一采场所形成的瓦斯圈闭，其遗留煤炭瓦斯资源量仍可按体积法进行计算：
Qrc＝(Vrc-Vrcw)γrcqrc
式中：Qrc为圈闭遗留煤炭瓦斯资源量，m3；Vrc为圈闭内遗留煤炭体积，m3；Vrcw为圈闭内被采空区积水淹没的遗留煤炭体积，m3；γrc为圈闭内遗留煤炭的平均容重，t/m3；qrc为圈闭内遗留煤炭的平均可解吸气量，t/m3；
对于由多个采场所形成的瓦斯圈闭，其遗留煤炭瓦斯资源量为其各采场遗留煤炭瓦斯资源量之和；
③圈闭邻近不可采煤层瓦斯资源量可用下式计算：
其中：Quc为圈闭邻近不可采煤层瓦斯资源量，m3；Suci为第i个不可采煤层在圈闭内面积，m2；Muci为第i个不可采煤层的厚度，m；γuci为第i个不可采煤层的容重，t/m3；quci为第i个不可采煤层平均可解吸瓦斯量，t/m3；n为圈闭裂隙储集体内不可采煤层的层数；
④圈闭邻近含气岩层瓦斯资源量可用下式计算：
式中：Qrg为圈闭邻近含气岩层瓦斯资源量，m3；Srgj为第j个含气岩层在圈闭内面积，m2；nrgj
为第j个含气岩层孔隙率，％；
为圈闭内第j个含气岩层瓦斯体积分数，％；δrgj为圈闭内第j个含气岩层甲烷排放率，％；m为圈闭裂隙储集体内含气岩层的层数；
⑤圈闭裂隙储集体内游离瓦斯资源量按下式计算
式中：Qfg为圈闭游离瓦斯资源量，m3；Vη为圈闭裂隙储集体有效容积，m3；
为圈闭游离气体甲烷体积分数，％。
本发明为判定矿井封闭采空区形成集聚和储存瓦斯的优势裂隙空间提供了一种便利手段，在生产矿井的封闭采空区瓦斯抽采和废弃矿井瓦斯地面开发中具有重大理论和实用价值。
附图说明
图1为采场岩层移动稳定后的岩层结构及瓦斯圈闭构成示意图；
图2为采空区积水与煤柱稳定性示意图；
图3为煤柱宽度与两侧导水裂隙带关系示意图；
图4为上下两煤层裂隙储集体位置关系示意图
图5为瓦斯圈闭类型示意图
图6为封闭采空区形成优势瓦斯集聚和储存场所—瓦斯圈闭的判定及其瓦斯资源量计算方法流程示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实例进行详细的描述；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。
实施例1
图1示出了采场岩层移动稳定后的岩层结构及瓦斯圈闭构成示意图；图中，煤炭开采且采场围岩移动稳定后，工作面顶板岩层从下到上，依次形成了冒落带、导水裂隙带和弯曲下沉带；底板则形成了底板破坏带。其中弯曲下沉带岩层只发生整体位移，没有纵向裂隙，使其作为圈闭盖层成为可能；冒落带、导水裂隙带和底板破坏带富含裂隙和孔隙，为瓦斯富集提供了条件，使其作为圈闭储集层成为可能；采场四周煤柱及其上覆和下伏岩层绝大部分为非渗透性岩层，具有很好的密闭性，使其作为圈闭侧向遮挡屏蔽层成为可能；采场破坏带下伏原始岩层也大多为非渗透性岩层，具有很好的密闭性，使其作为圈闭底板遮挡屏蔽层成为可能。
图2示出了采空区积水与煤柱稳定性示意图；图中，煤柱两侧形成的屈服区渗透性增大，不可作为遮挡屏蔽层，只有煤柱中间的弹性核区才能作为遮挡屏蔽层。当采空区有积水时，水头作用面为弹性核区与屈服区的分界面，而不是煤柱外侧。
图3示出了煤柱宽度与两侧导水裂隙带关系示意图；图中，采空区间煤柱宽度应大于相邻采空区导水裂隙超出开采边界距离之和，保证相邻导水裂隙带不连通。
图4示出了封闭采空区形成优势瓦斯集聚和储存场所—瓦斯圈闭的判定及其瓦斯资源量计算方法流程示意图；
如图1-6所示，一种瓦斯圈闭形成的判定方法及圈闭瓦斯资源量的计算方法，包括以下步骤：
S1：获取待评价封闭采空区封闭时间、工作面布置、四周保护或隔离煤柱、工作面回采工艺信息；
S2：获取待评价封闭采空区开采煤层赋存和地质情况、地质构造、煤层顶底板岩层物理力学性质、含气岩层的孔隙率和瓦斯体积分数。
S3：获取待评价封闭采空区导水裂隙带高度及底板破坏带深度、岩层导水裂隙角；
S4：进行采场岩层移动稳定后是否构成圈闭判断，依次从盖层、侧向遮挡屏蔽层、裂隙储集体和底板遮挡屏蔽层四方面进行判别，如果都满足设定的条件，则表明该采场岩层移动稳定后构成了圈闭，可进入下一步骤S5；
S5：获取待评价封闭采空区导水裂隙带高度、底板破坏带深度范围内的邻近不可采煤层、含气岩层信息；
S6：获取圈闭裂隙储集体内遗留煤炭体积；获取圈闭裂隙储集体内积水情况及被采空区积水淹没的煤炭体积；
S7：获取待评价封闭采空区所形成的圈闭类型，确定圈闭内煤柱数量及其相关信息；
S8：获取圈闭裂隙储集体内不可采煤层可解吸瓦斯量、含气岩层甲烷排放率；获取圈闭裂隙储集体内煤柱、遗留煤炭量及其可解吸瓦斯量；
S9:进行圈闭瓦斯资源量计算；圈闭的瓦斯资源主要来源于圈闭内煤柱、遗留煤炭和邻近不可采煤层和含气岩层内的瓦斯和裂隙空间的游离气体5个部分组成：Q＝Qcp+Qrc+Quc+Qrg+Qfg
式中：Q为圈闭瓦斯资源量，Qcp、Qrc、Quc、Qrg和Qfg分别为瓦斯圈闭煤柱、遗留煤炭、邻近不可采煤层、岩层和裂隙储集体游离瓦斯资源量。
步骤S3中采空区导水裂隙带高度及底板破坏带深度、岩层导水裂隙角获取：
①导水裂隙带高度：采用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中的经验公式计算导水裂隙带高度，当煤层倾角为0～54且煤层上覆岩层为坚硬、中硬、软弱和极软弱岩层时，厚煤层分层开采的导水裂隙带最大高度可选用下表中的公式进行计算：
注：1.∑M—累计采厚，m；2.公式应用范围：单层采厚1～3m，累计采厚不超过15m；3.计算公式中±号项为中误差；
当煤层倾角为55°～90°且煤层顶、底板为坚硬、中硬、软弱和极软弱岩层时，用垮落法开采的导水裂隙带最大高度可选用下表中的公式进行计算：
②底板破坏深度：
式中，
为底板岩层内摩擦角；
xa为煤壁屈服区长度,
其中，k—应力集中系数；H为煤层埋深；Cm为煤层内聚力；M—煤层开采厚度；
为煤层内摩擦角；
③岩层导水裂隙角，可采用现场实测的方法或利用煤矿已有的地表移动观测数据估算获得，实践表明，采场岩层导水裂隙角比其采动移动角大4～10°，利用导水导水裂隙角和导水裂隙带的最大高度可得到导水裂隙带超出开采边界的最大距离。
步骤S4中进行采场岩层移动稳定后是否构成圈闭判断，依次判断采场弯曲下沉带能否作为圈闭盖层、采场四周煤柱及其上覆和下伏岩层能否作为圈闭侧向遮挡屏蔽层、煤层群开采时，煤层间距能否作为底板遮挡屏蔽层、圈闭裂隙体是否有储存瓦斯的空间：
①盖层；采场弯曲下沉带同时满足3个条件，即可作为瓦斯圈闭盖层：
第一，采场弯曲下沉带岩层没有沟通地表的裂隙或地质构造；
第二，应满足水体下煤炭开采的安全保护层厚度(可按照《煤矿防治水细则(2018)》计算)；为确保弯曲下沉带岩层能隔断采场导水裂隙与地表水的联系，起到封盖作用，不同岩性的弯曲下沉带岩层最小厚度应大于该覆岩岩性条件下最大防水安全煤岩柱要求的厚度值，不同覆岩岩性的最大保护岩层厚度见下表：
注：
∑M—累计采厚，m；c—分层开采层数；
第三，整个弯曲下沉带的等效泥岩厚度不能小于6m，其中，整个弯曲下沉带的等效泥岩厚度He就可以通过下式进行计算：
式中：He为盖层的等效泥岩厚度，n为弯曲下沉带范围内不同岩性层段数；Mri为i层岩层段的厚度，m； ki为i层岩层段的岩性权重，各层岩层段的岩性权重见下表中所列的数值；hi为i层岩层顶板至导水裂隙带顶端的距离，m，岩性的权重见下表：
②侧向遮挡屏蔽层，采场四周煤柱和其上覆和下伏岩层分别满足以下条件时即可作为圈闭的侧向遮挡屏蔽层：
第一，四周煤柱能保持稳定：煤柱作为采场岩移瓦斯圈闭的侧向遮挡屏蔽体的一部分，不应发生因其破坏而导致相邻采空区连通现象，不仅受采动应力影响时，煤柱应能保持稳定，而且受到采空区积水影响时，煤柱也能保持稳定；
采空区无积水时：区段煤柱两边煤层开采后，应力重新分布的结果会使煤柱形成三个区，即两侧的屈服区和中间的弹性核区，此时煤柱保持稳定的基本条件是弹性核区的宽度B1应不小于煤柱高度的2倍，即煤柱宽度B应满足：
B＝x1+2M+x2
式中，
其中，
H为煤层埋深，m；f、c、
分别为煤层与顶底板接触面的摩擦系数、粘聚力和摩擦角；其它参数同上；
采空区有积水时：采空区积水实际作用面应是塑性区与弹性区分界面，按照《煤矿防治水细则》，抵抗静水压的煤柱弹性核宽度B'可由下式计算：
此时，煤柱弹性核区宽度不仅要满足2倍煤层开采厚度的要求，还要满足静水压力对弹性核区宽度的要求，即B1＝max{2M,B1'}，
式中，K为安全系数；Kp为煤的抗拉强度,MPa；P为水头压力MPa；其它参数同上；
第二，导水裂隙带高度范围内的煤柱上覆岩层、底板破坏深度范围内的下伏岩层应同时满足以下两个条件：
首先：相邻采空区导水裂隙带不连通；因采空区导水裂隙带侧向轮廓线会超出开采边界一定距离，相邻采空区之间煤柱宽度决定了相邻采空区导水裂隙带之间的连通性，若煤柱宽度大于相邻采空区导水裂隙带超出开采边界距离之和，则相邻采空区独立，否则，将其视为同一采空区；
其次：导水裂隙带高度范围和底板破坏深度范围之内，相邻采空区间不存在渗透性岩层，导水裂隙带高度范围和底板破坏深度范围之内，不能存在渗透率大于0.1μm2的渗透性岩层，若存在，刚该组岩层不能起到侧向遮挡屏蔽体的作为，相邻圈闭则应视为同一个圈闭；
③底板遮挡屏蔽层；对于单一开采煤层，采场底板破坏带下为原始岩层，为良好的屏蔽层，煤层群开采条件下，上组煤底板最大破坏深度、下组煤层导气裂隙带发育最大高度及两者之间的隔离保护层厚度三者决定了上、下煤层采空区的连通性，若上下两煤层间距大于这三者之和，即满足下列式子的要求，则上下两煤层的圈闭不连通，互为独立，否则，则连通为一体：
H≥h1+hb+Hli
式中：h1为上组煤层底板破坏最大深度；hb为上组煤层底板最大破坏深度与下组煤层导水裂隙带最大高度之间的隔离保护距离；Hli为下组煤层导水裂隙带最大高度，h1和Hli可以由前面的式子计算得到，hb可以参照前面盖层密闭性从两方面进行判别；
④裂隙储集体；裂隙储集体为采场走向和倾向方向上导水裂隙带和底板破坏带所构成的空间体，是封闭采这区瓦斯集聚和储存的空间，裂隙储集体的裂隙空间体积，即瓦斯圈闭储集体裂隙最大容积：
Vmax＝RvMF
式中：Vmax为瓦斯圈闭储集体裂隙最大容积，m3；F为采面面积，m2；Rv—回采空间保留率；其它参数同上；
如果回采空间保留率太低(小于0.08％)或裂隙储集体的孔隙空间被采空区积水充满，则不能形成瓦斯圈闭；
步骤S5中，导水裂隙带高度、底板破坏带深度范围内的邻近不可采煤层和含气岩层数量及其各自面积，按下列方式确定：
①邻近不可采煤层和含气岩层指位于导水裂隙带范围和底板破坏带深度范围内的煤层或岩层，不包括冒落带和弯曲下沉带范围内的不可采煤层和含气岩层；
②邻近不可采煤层和含气岩层距开采层距离均以开采层底板为起点；
③当邻近不可采煤层和含气岩层位于导水裂隙带范围内时，其位于圈闭内的面积可按下式计算：
Si＝(B+2hictgδ)(L+2hictgδ)
式中，Si为第i邻近不可采煤层或含气岩层在圈闭裂隙储集体范围内的面积；B为采空区宽度；L为采空区的长度；δ为采场岩层称导水裂隙角；hi为第i邻近不可采煤层或含气岩层与开采层垂直距离；
④当邻近不可采煤层和含气岩层位于底板破坏带范围内时，其位于圈闭内的面积可按下式计算：
式中，Si为第i邻近不可采煤层或含气岩层在圈闭裂隙储集体范围内的面积；B为采空区宽度；L为采空区的长度；
为底板岩层内摩擦角；xa为煤壁屈服区长度；hi为第i邻近不可采煤层或含气岩层与开采层垂直距离。
步骤S6中圈闭裂隙储集体内遗留煤炭体积可按下式进行：
Vrc＝(1-η)MBL+BLMi
式中，Vrc为圈闭裂隙储集体内遗留煤炭的体积；B为采空区宽度；L为采空区的长度；η为工作面煤炭回收率，Mi为冒落带范围内第i个不可采煤层的厚度；其它参数同上。
步骤S6中，被采空区积水淹没的煤炭体积可按不同情况分别计算：
①当圈闭内最大积水深度hs不大于遗留煤炭厚度hrc时：
Vrcw＝Vw
式中，Vrcw为被采空区积水淹没的煤炭体积；Vw为采空区积水体积；
②当圈闭内最大积水深度hs大于遗留煤炭厚度hrc时：
式中，Vrcw为被采空区积水淹没的煤炭体积；Vs为采空区积水体积；hrc为采空区遗留煤炭厚度；α为煤层倾角；Rv为回采空间保留率。
步骤S7中，瓦斯圈闭的类型：由一个采场构成的瓦斯圈闭为单一采场型；由单一煤层相邻的两个或多个采场构成的瓦斯圈闭为多采场水平型；由相邻煤层2个或多个垂向相邻采空区共同的构成瓦斯圈闭为多采场垂直型；由相邻煤层的2个或多个水平或垂向相邻采空区共同构成的瓦斯圈闭为多采场混合型瓦斯圈闭。
步骤S8中，不可采煤层可解吸瓦斯量，当没有现场实测数据时，可按照《矿井瓦斯涌出量预测》提供的方法计算：
qi＝(1-Ki)qi0-qic
式中，qi为第i不可采煤层可解吸瓦斯气含量；qi0为第i不可采煤层原始瓦斯含量；qic为第i不可采煤层残存瓦斯含量；Ki为第i不可采煤层受采动影响瓦斯排放率；当开采煤层采高小于4.5m时，Ki按下式计算：
式中，hi为第i不可采煤层与开采层垂直距离；hp表示受采动影响顶底板岩层形成贯穿裂隙，邻近层向工作面释放卸压煤层瓦斯的岩层破坏范围；
当开采煤层采高大于4.5m时，Ki按下式计算：
式中，hi为第i不可采煤层与开采层垂直距离；L表示开采层工作面长度；其它参数同上；
含气岩层的甲烷排放率计算可参照不可采煤层排放率的计算方法进行估算。
步骤S8中，，采用现场实测数据或者类比经验取值的方法获得煤柱和遗留煤炭的可解吸瓦斯含量。
步骤S9中，各类瓦斯资源量计算方法如下：
①煤柱瓦斯资源量按下列方法计算：
1)单一采场型和多采场垂直型瓦斯圈闭：对于采场四周的煤柱，经掘进和回采阶段，靠近工作面侧均已形成了一定宽度的预排瓦斯等值带，已不再向巷道空间排放瓦斯，工作面回采结束并封闭采场后，采场四周煤柱中的残留瓦斯将不会扩散或渗流至圈闭之内，因此，对于单一采场和多采场垂直型瓦斯圈闭，尽管拥有采场四周多个煤柱，但这些煤柱中残留瓦斯不能构成瓦斯圈闭的有效资源；
2)多采场水平型和多采场混合型瓦斯圈闭：与单一采场和多采场垂直型瓦斯圈闭一样，多采场水平型和多采场混合型瓦斯圈闭四周煤柱的残留瓦斯量不能参与圈闭瓦斯资源量计算；但是，对于由多个采场形成的瓦斯圈闭，采场间的保护煤柱遭到破坏后，其所遗留瓦斯将逐渐得到释放，并在瓦斯圈闭中储存下来，因此，该部分瓦斯量应计入圈闭资源量，并可采用体积法利用下式进行计算：
Qcp＝(Vcp-Vcpw)γcpqcp
式中：Qcp为圈闭煤柱的瓦斯资源量，m3；Vcp为圈闭内煤柱体积，m3；Vcpw为圈闭内被采空区积水淹没的煤柱体积，m3；γcp为圈闭内煤柱煤炭的平均容重，t/m3；qcp为圈闭内煤柱煤炭的平均可解吸气量，t/m3；
②圈闭遗留煤炭瓦斯资源量按下列方法计算：
对于单一采场所形成的瓦斯圈闭，其遗留煤炭瓦斯资源量仍可按体积法进行计算：
Qrc＝(Vrc-Vrcw)γrcqrc
式中：Qrc为圈闭遗留煤炭瓦斯资源量，m3；Vrc为圈闭内遗留煤炭体积，m3；Vrcw为圈闭内被采空区积水淹没的遗留煤炭体积，m3；γrc为圈闭内遗留煤炭的平均容重，t/m3；qrc为圈闭内遗留煤炭的平均可解吸气量，t/m3；
对于由多个采场所形成的瓦斯圈闭，其遗留煤炭瓦斯资源量为其各采场遗留煤炭瓦斯资源量之和；
③圈闭邻近不可采煤层瓦斯资源量可用下式计算：
其中：Quc为圈闭邻近不可采煤层瓦斯资源量，m3；Suci为第i个不可采煤层在圈闭内面积，m2；Muci为第i个不可采煤层的厚度，m；γuci为第i个不可采煤层的容重，t/m3；quci为第i个不可采煤层平均可解吸瓦斯量，t/m3；n为圈闭裂隙储集体内不可采煤层的层数；
④圈闭邻近含气岩层瓦斯资源量可用下式计算：
式中：Qrg为圈闭含气岩层瓦斯资源量，m3；Srgj为第j个含气岩层在圈闭内面积，m2；nrgj
为第j个含气岩层孔隙率，％；
为圈闭内第j个含气岩层瓦斯体积分数，％；δrgj为圈闭内第j个含气岩层甲烷排放率，％；m为圈闭裂隙储集体内含气岩层的层数；
⑤圈闭裂隙储集体内游离瓦斯资源量按下式计算
式中：Qfg为圈闭游离瓦斯资源量，m3；Vη为圈闭裂隙储集体有效容积，m3；
为圈闭游离气体甲烷体积分数，％。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种瓦斯圈闭形成的判定方法及圈闭瓦斯资源量的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：获取待评价封闭采空区封闭时间、工作面布置、四周保护或隔离煤柱、工作面回采工艺信息；
S2：获取待评价封闭采空区开采煤层赋存和地质情况、地质构造、煤层顶底板岩层物理力学性质；
S3：获取待评价封闭采空区导水裂隙带高度及底板破坏带深度、岩层导水裂隙角；
S4：进行采场岩层移动稳定后是否构成圈闭判断，依次从盖层、侧向遮挡屏蔽层、裂隙储集体和底板遮挡屏蔽层四方面进行判别，如果都满足设定的条件，则表明该采场岩层移动稳定后构成了圈闭，可进入下一步骤S5；
S5：获取待评价封闭采空区导水裂隙带高度、底板破坏带深度范围内的邻近不可采煤层、含气岩层信息；
S6：获取圈闭裂隙储集体内遗留煤炭体积；获取圈闭裂隙储集体内积水情况及被采空区积水淹没的煤炭体积；
S7：获取待评价封闭采空区所形成的圈闭类型，确定圈闭内煤柱数量及其相关信息；
S8：获取圈闭裂隙储集体内不可采煤层可解吸瓦斯量、含气岩层甲烷排放率；获取圈闭裂隙储集体内煤柱、遗留煤炭量及其可解吸瓦斯量；
S9:进行圈闭瓦斯资源量计算；圈闭的瓦斯资源主要来源于圈闭内煤柱、遗留煤炭和邻近不可采煤层和含气岩层内的瓦斯和裂隙空间的游离气体5个部分组成：Q＝Qcp+Qrc+Quc+Qrg+Qfg
式中：Q为圈闭瓦斯资源量，Qcp、Qrc、Quc、Qrg和Qfg分别为瓦斯圈闭煤柱、遗留煤炭、邻近不可采煤层、岩层和裂隙储集体游离瓦斯资源量。
2.根据权利要求1所述的瓦斯圈闭形成的判定方法及圈闭瓦斯资源量的计算方法，其特征在于：步骤S3中采空区导水裂隙带高度及底板破坏带深度、岩层导水裂隙角获取，可分别进行：
①导水裂隙带高度：采用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中的经验公式计算导水裂隙带高度，当煤层倾角为0～54且煤层上覆岩层为坚硬、中硬、软弱和极软弱岩层时，厚煤层分层开采的导水裂隙带最大高度可选用下表中的公式进行计算：
注：1.∑M—累计采厚，m；2.公式应用范围：单层采厚1～3m，累计采厚不超过15m；3.计算公式中±号项为中误差；
当煤层倾角为55°～90°且煤层顶、底板为坚硬、中硬、软弱和极软弱岩层时，用垮落法开采的导水裂隙带最大高度可选用下表中的公式进行计算：
②底板破坏深度：
式中，
为底板岩层内摩擦角；
xa为煤壁屈服区长度,
其中，k—应力集中系数；H为煤层埋深；Cm为煤层内聚力；M—煤层开采厚度；
为煤层内摩擦角；
③岩层导水裂隙角，可采用现场实测的方法或利用煤矿已有的地表移动观测数据估算获得，实践表明，采场岩层导水裂隙角比其采动移动角大4～10°，利用导水导水裂隙角和导水裂隙带的最大高度可得到导水裂隙带超出开采边界的最大距离。
3.根据权利要求1所述的瓦斯圈闭形成的判定方法及圈闭瓦斯资源量的计算方法，其特征在于：步骤S4中进行采场岩层移动稳定后是否构成圈闭判断，依次判断采场弯曲下沉带能否作为圈闭盖层、采场四周煤柱及其上覆和下伏岩层能否作为圈闭侧向遮挡屏蔽层、煤层群开采时，煤层间距能否作为底板遮挡屏蔽层、圈闭裂隙体是否有储存瓦斯的空间：
①盖层条件；采场弯曲下沉带若同时满足以下3个条件，即可作为瓦斯圈闭盖层：
第一，采场弯曲下沉带岩层没有沟通地表的地质构造；
第二，应满足水体下煤炭开采的安全保护层厚度(可按照《煤矿防治水细则(2018)》计算)；为确保弯曲下沉带岩层能隔断采场导水裂隙与地表水的联系，起到封盖作用，不同岩性的弯曲下沉带岩层最小厚度应大于该覆岩岩性条件下最大防水安全煤岩柱要求的厚度值，不同覆岩岩性的最大保护岩层厚度见下表：
注：
∑M—累计采厚，m；c—分层开采层数；
第三，整个弯曲下沉带的等效泥岩厚度不能小于6m，其中，整个弯曲下沉带的等效泥岩厚度He就可以通过下式进行计算：
式中：He为盖层的等效泥岩厚度，n为弯曲下沉带范围内不同岩性层段数；Mri为i层岩层段的厚度，m；ki为i层岩层段的岩性权重，各层岩层段的岩性权重见下表中所列的数值；hi为i层岩层顶板至导水裂隙带顶端的距离，m，岩性的权重见下表：
②侧向遮挡屏蔽层条件；采场四周煤柱和其上覆、下伏岩层分别满足以下条件时即可作为圈闭的侧向遮挡屏蔽层：
第一，四周煤柱能保持稳定：煤柱作为采场岩移瓦斯圈闭的侧向遮挡屏蔽体的一部分，不应发生因其破坏而导致相邻采空区连通现象，不仅受采动应力影响时，煤柱应能保持稳定，而且受到采空区积水影响时，煤柱也能保持稳定；
采空区无积水时：区段煤柱两边煤层开采后，应力重新分布的结果会使煤柱形成三个区，即两侧的屈服区和中间的弹性核区，此时煤柱保持稳定的基本条件是弹性核区的宽度B1应不小于煤柱高度的2倍，即煤柱宽度B应满足：
B＝x1+2M+x2
式中，
其中，
H为煤层埋深，m；f、c、
分别为煤层与顶底板接触面的摩擦系数、粘聚力和摩擦角；其它参数同上；
采空区有积水时：采空区积水实际作用面应是塑性区与弹性区分界面，按照《煤矿防治水细则》，抵抗静水压的煤柱弹性核宽度B'可由下式计算：
此时，煤柱弹性核区宽度不仅要满足2倍煤层开采厚度的要求，还要满足静水压力对弹性核区宽度的要求，即B1＝max{2M,B′1}，
式中，K为安全系数；Kp为煤的抗拉强度,MPa；P为水头压力MPa；其它参数同上；
第二，导水裂隙带高度范围内的煤柱上覆、底板破坏深度范围内的下伏岩层应同时满足以下两个条件：
首先：相邻采空区导水裂隙带不连通；因采空区导水裂隙带侧向轮廓线会超出开采边界一定距离，相邻采空区之间煤柱宽度决定了相邻采空区导水裂隙带之间的连通性，若煤柱宽度大于相邻采空区导水裂隙带超出开采边界距离之和，则相邻采空区独立，否则，将其视为同一采空区；
其次：导水裂隙带高度范围和底板破坏深度范围之内，相邻采空区间不存在渗透性岩层，导水裂隙带高度范围和底板破坏深度范围之内，不能存在渗透率大于0.1μm2的渗透性岩层，若存在，刚该组岩层不能起到侧向遮挡屏蔽体的作为，相邻圈闭则应视为同一个圈闭；
③底板遮挡屏蔽层；对于单一开采煤层，采场底板破坏带下为原始岩层，为良好的屏蔽层，煤层群开采条件下，上组煤底板最大破坏深度、下组煤层导气裂隙带发育最大高度及两者之间的隔离保护层厚度三者决定了上、下煤层采空区的连通性，若上下两煤层间距大于这三者之和，即满足下列式子的要求，则上下两煤层的圈闭不连通，互为独立，否则，则连通为一体：
H≥h1+hb+Hli
式中：h1为上组煤层底板破坏最大深度；hb为上组煤层底板最大破坏深度与下组煤层导水裂隙带最大高度之间的隔离保护距离；Hli为下组煤层导水裂隙带最大高度，h1和Hli可以由前面的式子计算得到，hb可以参照前面盖层密闭性从两方面进行判别；
④裂隙储集体；裂隙储集体为采场走向和倾向方向上导水裂隙带和底板破坏带所构成的空间体，是封闭采这区瓦斯集聚和储存的空间，裂隙储集体的裂隙空间体积，即瓦斯圈闭储集体裂隙最大容积：
Vmax＝RvMF
式中：Vmax为瓦斯圈闭储集体裂隙最大容积，m3；F为采面面积，m2；Rv为回采空间保留率；其它参数同上；
如果回采空间保留率太低(小于8％)或裂隙储集体的孔隙空间被采空区积水充满，则不能形成瓦斯圈闭。
4.根据权利要求1所述的瓦斯圈闭形成的判定方法及圈闭瓦斯资源量的计算方法，其特征在于：步骤S5中，导水裂隙带高度、底板破坏带深度范围内的邻近不可采煤层和含气岩层数量及其各自面积，按下列方式确定：
①邻近不可采煤层和含气岩层指位于导水裂隙带范围和底板破坏带深度范围内的煤层或岩层，不包括冒落带和弯曲下沉带范围内的不可采煤层和含气岩层；
②邻近不可采煤层和含气岩层距开采层距离均以开采层底板为起点；
③当邻近不可采煤层和含气岩层位于导水裂隙带范围内时，其位于圈闭内的面积可按下式计算：
Si＝(B+2hictgδ)(L+2hictgδ)
式中，Si为第i邻近不可采煤层或含气岩层在圈闭裂隙储集体范围内的面积；B为采空区宽度；L为采空区的长度；δ为采场岩层称导水裂隙角；hi为第i邻近不可采煤层或含气岩层与开采层垂直距离；
④当邻近不可采煤层和含气岩层位于底板破坏带范围内时，其位于圈闭内的面积可按下式计算：
式中，Si为第i邻近不可采煤层或含气岩层在圈闭裂隙储集体范围内的面积；B为采空区宽度；L为采空区的长度；
为底板岩层内摩擦角；xa为煤壁屈服区长度；hi为第i邻近不可采煤层或含气岩层与开采层垂直距离。
5.根据权利要求1所述的瓦斯圈闭形成的判定方法及圈闭瓦斯资源量的计算方法，其特征在于：步骤S6中，圈闭裂隙储集体内遗留煤炭体积可按下列方式进行：
Vrc＝(1-η)MBL+BLMi
式中，Vrc为圈闭裂隙储集体内遗留煤炭的体积；B为采空区宽度；L为采空区的长度；η为工作面煤炭回收率；Mi为冒落带范围内第i个不可采煤层的厚度；其它参数同上。
6.根据权利要求1所述的瓦斯圈闭形成的判定方法及圈闭瓦斯资源量的计算方法，其特征在于：步骤S6中，被采空区积水淹没的煤炭体积可按不同情况分别计算：
①当圈闭内最大积水深度hs不大于遗留煤炭厚度hrc时：
Vrcw＝Vw
式中，Vrcw为被采空区积水淹没的煤炭体积；Vw为采空区积水体积；
②当圈闭内最大积水深度hs大于遗留煤炭厚度hrc时：
式中，Vrcw为被采空区积水淹没的煤炭体积；Vw为采空区积水体积；hrc为采空区遗留煤炭厚度；α为煤层倾角；Rv为回采空间保留率。
7.根据权利要求1所述的瓦斯圈闭形成的判定方法及圈闭瓦斯资源量的计算方法，其特征在于：步骤S7中，瓦斯圈闭的类型：由一个采场构成的瓦斯圈闭为单一采场型；由单一煤层相邻的两个或多个采场构成的瓦斯圈闭为多采场水平型；由相邻煤层2个或多个垂向相邻采空区共同的构成瓦斯圈闭为多采场垂直型；由相邻煤层的2个或多个水平或垂向相邻采空区共同构成的瓦斯圈闭为多采场混合型瓦斯圈闭。
8.根据权利要求1所述的瓦斯圈闭形成的判定方法及圈闭瓦斯资源量的计算方法，其特征在于：步骤S8中，不可采煤层可解吸瓦斯量，当没有现场实测数据时，可按照《矿井瓦斯涌出量预测》提供的方法计算：
qi＝(1-Ki)qi0-qic
式中，qi为第i不可采煤层可解吸瓦斯气含量；qi0为第i不可采煤层原始瓦斯含量；qic为第i不可采煤层残存瓦斯含量；Ki为第i不可采煤层受采动影响瓦斯排放率；当开采煤层采高小于4.5m时，Ki按下式计算：
式中，hi为第i不可采煤层与开采层垂直距离；hp表示受采动影响顶底板岩层形成贯穿裂隙，邻近层向工作面释放卸压煤层瓦斯的岩层破坏范围；
当开采煤层采高大于4.5m时，Ki按下式计算：
式中，hi为第i不可采煤层与开采层垂直距离；L表示开采层工作面长度；其它参数同上；
含气岩层的甲烷排放率计算可参照不可采煤层排放率的计算方法进行估算。
9.根据权利要求1所述的瓦斯圈闭形成的判定方法及圈闭瓦斯资源量的计算方法，其特征在于：步骤S8中，采用现场实测数据或者类比经验取值的方法获得煤柱和遗留煤炭的可解吸瓦斯含量。
10.根据权利要求1-9任一项所述的瓦斯圈闭形成的判定方法及圈闭瓦斯资源量的计算方法，其特征在于：步骤S9中，各类瓦斯资源量计算方法如下：
①煤柱瓦斯资源量按下列方法计算：
1)单一采场型和多采场垂直型瓦斯圈闭：对于采场四周的煤柱，经掘进和回采阶段，靠近工作面侧均已形成了一定宽度的预排瓦斯等值带，已不再向巷道空间排放瓦斯，工作面回采结束并封闭采场后，采场四周煤柱中的残留瓦斯将不会扩散或渗流至圈闭之内，因此，对于单一采场和多采场垂直型瓦斯圈闭，尽管拥有采场四周多个煤柱，但这些煤柱中残留瓦斯不能构成瓦斯圈闭的有效资源；
2)多采场水平型和多采场混合型瓦斯圈闭：与单一采场和多采场垂直型瓦斯圈闭一样，多采场水平型和多采场混合型瓦斯圈闭四周煤柱的残留瓦斯量不能参与圈闭瓦斯资源量计算；但是，对于由多个采场形成的瓦斯圈闭，采场间的保护煤柱遭到破坏后，其所遗留瓦斯将逐渐得到释放，并在瓦斯圈闭中储存下来，因此，该部分瓦斯量应计入圈闭资源量，并可采用体积法利用下式进行计算：
Qcp＝(Vcp-Vcpw)γcpqcp
式中：Qcp为圈闭煤柱的瓦斯资源量，m3；Vcp为圈闭内煤柱体积，m3；Vcpw为圈闭内被采空区积水淹没的煤柱体积，m3；γcp为圈闭内煤柱煤炭的平均容重，t/m3；qcp为圈闭内煤柱煤炭的平均可解吸气量，t/m3；
②遗留煤炭瓦斯资源量按下列方法计算：
对于单一采场所形成的瓦斯圈闭，其遗留煤炭瓦斯资源量仍可按体积法进行计算：
Qrc＝(Vrc-Vrcw)γrcqrc
式中：Qrc为圈闭遗留煤炭瓦斯资源量，m3；Vrc为圈闭内遗留煤炭体积，m3；Vrcw为圈闭内被采空区积水淹没的遗留煤炭体积，m3；γrc为圈闭内遗留煤炭的平均容重，t/m3；qrc为圈闭内遗留煤炭的平均可解吸气量，t/m3；
对于由多个采场所形成的瓦斯圈闭，其遗留煤炭瓦斯资源量为其各采场遗留煤炭瓦斯资源量之和；
③圈闭邻近不可采煤层瓦斯资源量可用下式计算：
其中：Quc为圈闭邻近不可采煤层瓦斯资源量，m3；Suci为第i个不可采煤层在圈闭内面积，m2；Muci为第i个不可采煤层的厚度，m；γuci为第i个不可采煤层的容重，t/m3；quci为第i个不可采煤层平均可解吸瓦斯量，t/m3；n为圈闭裂隙储集体内不可采煤层的层数；
④圈闭邻近含气岩层瓦斯资源量可用下式计算：
式中：Qrg为圈闭邻近含气岩层瓦斯资源量，m3；Srgj为第j个含气岩层在圈闭内面积，m2；nrgj
为第j个含气岩层孔隙率，％；
为圈闭内第j个含气岩层瓦斯体积分数，％；δrgj为圈闭内第j个含气岩层甲烷排放率，％；m为圈闭裂隙储集体内含气岩层的层数；
⑤圈闭裂隙储集体内游离瓦斯资源量按下式计算
式中：Qfg为圈闭裂隙储集体内游离瓦斯资源量，m3；Vη为圈闭裂隙储集体有效容积，m3；
为圈闭游离气体甲烷体积分数，％。
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- 2020-11-10 CN CN202011245115.9A patent/CN112377259B/zh active Active
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