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2021年第05期
2021-06-03
326

煤层群开采工作面瓦斯精准定量溯源原理与技术

  • 作者:

    周福宝
    刘宏
    刘应科
    康建宏
    贺志宏
  • 关键词:

    煤层群
    碳氢同位素
    瓦斯涌出
    定量溯源
  • 作者单位:

    中国矿业大学 煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室
    中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室
    西山煤电(集团)有限责任公司

摘要

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摘要:

煤层群开采工作面瓦斯涌出来源及比例的定量分析,是矿井瓦斯抽采设计与治理的重要前提。稳定碳氢同位素法基于瓦斯气体混合前后碳、氢同位素总量各自保持不变的原理,可以对工作面瓦斯各来源比例进行定量计算,成为工作面瓦斯精准定量溯源的有效方法。稳定碳氢同位素分析实现的必要条件是混合气样的瓦斯体积分数不低于10%,对此,首先提出煤层群开采工作面瓦斯精准定量溯源原理,并构建了高效分离低浓度瓦斯方法,研究了吸附柱中甲烷、氧气和氮气的分离规律,对比确定了优化的吸附剂种类和吸附柱尺寸,对上隅角、回风巷等地点的超低浓度瓦斯进行分离,进而进行稳定碳氢同位素测试。然后通过测得的各煤层端元气体以及工作面不同位置混合气体的甲烷碳、氢同位素值,利用二端元、三端元线性混合模型,定量分析了西山矿区东曲矿和屯兰矿的4个试验工作面各位置瓦斯来源的占比及规律。最终确定了近距离煤层群回采工作面瓦斯的重点抽采目标:工作面上隅角只有5%来自上邻近层,本煤层占比达到78%,因此应着力加大本煤层瓦斯抽采强度;采空区、上隅角、回风巷的瓦斯主要来源于本煤层卸压瓦斯,从采空区到上隅角和回风巷,上邻近层瓦斯占比呈现上升趋势;采空区、上隅角瓦斯各来源比例受工作面推进度影响较小,基本维持稳定。煤层群开采工作面瓦斯精准定量溯源技术实施简便,效果显著,有效解决了上隅角、回风巷等地点精准定量溯源的重大工程难题。

  • 上隅角位置瓦斯各来源比例随工作面推进变化
  • 采空区瓦斯各来源比例随工作面推进变化
  • 低浓度瓦斯溯源原理
  • 不同吸附柱直径D对混合气体的穿透曲线
  • 不同吸附剂对混合气体的穿透曲线
周福宝,刘宏,刘应科,等.煤层群开采工作面瓦斯精准定量溯源原理与技术[J].煤炭科学技术,2021,49(5):11-18. ZHOU Fubao,LIU Hong, LIU Yingke,et al.Principle and technology of precise and quantitative gas traceability in coal seam group mining face[J]Coal Science and Technology,2021,49(5):11-18.

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