煤层瓦斯压力分布规律及预测方法(3)

煤层瓦斯压力测定

　第4期田靖安等:煤层瓦斯压力分布规律及预测方法

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压力随埋深呈线性增加.

由于瓦斯压力随埋深多呈线性变化关系,一般情况下,深部瓦斯压力的推测可用下式描述

P=ωH+C=Pc+ω(H-Hc),式中:P和Pc分别为埋深H与Hc处的煤层瓦斯压力,MPa;ω为瓦斯增长率,即每米瓦斯压力增加数,一般为0.01±0.005;H和Hc为煤层埋藏深度;C为常数.

因此可以计算出瓦斯风化带的极限标高H0

为

H0=(0.2-C)/ω,m.　　文献[9]通过对重庆、北票、湖南等矿区的突出实测数据统计分析,发现瓦斯压力随埋深变化线一般靠近静水压力线分布(图1中直线OC),认为煤层瓦斯压力存在着一个极限值,即静水压力值,并2(如图1所示)

.

P=Pc+D(H-Hc)-

K

βG(H-Hc)]1/2}, {2-[4-2

ΓD=Δ/(H-Hc),G=ΔT/(H-Hc),

)/E,K=3(1-2μ

式中:D为地应力梯度;G为地温梯度;β为含瓦斯

煤的热膨胀系数;K为含瓦斯煤的体积压缩系数;ΔΓ平均地应力变化量;ΔT地温变化量;E为充瓦斯煤体的弹性模量;μ为充瓦斯煤体的泊松比.显然,含瓦斯煤中的原始瓦斯压力P是D,G,β,K及H的函数,并且要求4-2βG(H-Hc)≥0.=P(Hc)=

Pc+D(H-Hc)-

K

1/2

βG(H-Hc)]{2-[4-2

ω=D-简化得　　

K(H-Hc)

},

1/2

βG(H-Hc)]{2-[4-2

}.

　　可以认为考虑地温与地应力的瓦斯压力推导方程其实也是线性方程的一种,只是瓦斯压力梯度

ω由通过地应力梯度D,地温梯度G及含瓦斯煤的热膨胀系数β确定,且ω=D.

如果假设某矿存在以下条件:

图1　煤层瓦斯压力随深度分布的2种类型Fig.1　Twokindsofgaspressuredistributing

rulevsdepth

D为0.012MPa/m,G为0.03℃/m,K为

).0.0006MPa-1,β为0.00015m3/(m3 ℃

1)瓦斯增长率ω<0.01MPa/m(图1中直线

AD),此时,随着深度增加,煤层瓦斯压力与极限瓦

代入公式计算得:ω=0.00825MPa/m,满足ω数值处于0.01±0.005范围内.

则压力公式可描述为

P=Pc+0.00825(H-Hc).

斯压力相差越来越远;

2)瓦斯压力增长率ω>0.01MPa/m(图1中直线AB),这时随着深度增大,煤层瓦斯压力将越来越接近煤层极限瓦斯压力.交点B的深度Hf为瓦斯压力的极限深度.超过这个深度后,瓦斯压力将按煤层极限瓦斯压力分布线(BC线)而变化.

根据上述规律,在实际计算时,可近似地认为甲烷带一定深度内瓦斯压力增长线是一条直线.当煤层瓦斯压力增长率超过0.01MPa/m时,超过极限深度的煤层瓦斯压力将按静水压力分布.应当指出在某些地质条件局部变化区域,如覆盖岩层性质改变、岩浆岩侵蚀、开放式的大断层附近等,煤层瓦斯压力将会较大的偏离直线规律.

文献[10]描述了地温与地应力对含瓦斯煤微元体作用下的煤层瓦斯压力理论推导公式

　　对于Pc与Hc的选择,为消除开采条件及各种人为因素等对煤层瓦斯压力实测结果的影响,可以将一定埋深范围(如垂距50m)作为一个区段,对相应的压力与埋深进行加权平均处理,作为每个区段的瓦斯压力Pc,平均埋深作为Hc,即按下式计算

nPc=

∑P

ni=1n

i

Hi

,

i

∑H

n

Hc=

∑H

i

,

式中　n为相应区段内的瓦斯压力实测值数量.