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吕家坨矿注水压裂增透参数模拟分析安雪梅;牛宝云;孟凡春【摘要】结合吕家坨矿煤层赋存情况,运用数值模拟软件RFPA2D分析不同开采条件下煤体裂隙的发育规律,确定试验煤层的有效注水半径范围.通过模拟分析,吕矿主采7#工作面煤层注水压力在15~21 MPa时在0~22 m范围内围岩明显卸压,破坏了煤体的完整性,形成贯通裂隙,为瓦斯释放提供了通道.现场测试在6375工作面进行,在预定的范围内产生了良好的增透效果.瓦斯抽采效果增加明显,从而确保矿井安全高效生产.实现了排放瓦斯,消除瓦斯超限现象,同时也有效地降低了工作面的粉尘量,改善了工作面的环境.【期刊名称】《河北联合大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(039)001【总页数】7页(P17-23)【关键词】煤层注水;压裂增透;数值模拟;瓦斯抽采【作者】安雪梅;牛宝云;孟凡春【作者单位】华北理工大学,河北唐山 063009;唐山学院,河北唐山 063000;开滦(集团)有限责任公司吕家坨矿业分公司,河北唐山 063000【正文语种】中文【中图分类】TD712+.623我国煤层的地质情况比较复杂，赋存条件较为多变，煤与瓦斯突出、煤尘、工作面回风流中的瓦斯、冲击地压、火灾与高温是威胁我国煤矿安全生产的重大灾害。
尤其是在当下，煤炭经济下行压力极大，矿井经济效益逐步下降的情况下，矿井安全越来越受到生产形势的影响[1]。
煤层埋深越高煤层瓦斯含量和压力越大，经过工作面的风流瓦斯含量增高，工作面瓦斯浓度易超限，工作面的环境恶劣程度大幅度提高，灾害的发生率和严重程度也随之增加。
煤层注水通常指的是在回采工作开始前在工作面煤层中布置钻孔，并将高压水注入钻孔，具有压力的水会沿着裂隙渗入煤体[2]，煤与瓦斯之间的两相平衡体系遭到破坏，煤、水与瓦斯的三相平衡体系随之形成，在这个体系中各因素会产生作用，从而改变煤的内部微观和宏观结构性质。
煤尘、冲击地压、煤的自燃发火、煤与瓦斯突出等灾害的发生率都会降低[3]。
河南理工大学硕士学位论文矿井瓦斯涌出量及突出危险性预测研究姓名：吕闰生申请学位级别：硕士专业：地质工程指导教师：张子戌20050601河南理工大学硕士学位论文２井田概况２．１矿井简介新集二矿是国投新集能源股份有限公司１９９６年１０月建成投产的第二对大型矿井，设计生产能力为１５００ｋｔ／ａ，改扩建后生产能力为３０００ｋｔ／ａ，２００２年产煤３３３３ｋｔ。
新集二矿位于淮南市风台县城西１２ｋｍ处，淮南～阜阳铁路从井田西北部通过，矿区中心的张集火车站东到蚌埠１４１ｋｍ，西至阜阳６９ｋｍ，分别与津浦、徐阜和京九铁路相接，矿区专用铁路在张集车站与淮一阜国家铁路相连接。
公路与潘集～谢桥、风台～颖上、风台～利辛、凤台～蒙城、利辛～颖上等公路相连接，可通往周边各县市。
矿井位于颖（上）风（台）勘探区中段，西和新集一矿相邻，东和八里溏煤矿相邻。
井田东西走向长约６ｋｍ，南北宽约５ｋｍ，面积３０ｋｍ２。
矿区地势平坦，属平原地貌。
地表标高为＋１８～＋２４ｍ。
地表水系主要由西淝河、花家湖及其支流构成。
西淝河流经井田中部，自西向东南注入淮河，常年有水（图１＿１）。
图卜ｌ新集二矿交通位置图第５章煤层瓦斯涌出量预测工难以完成，要求用计算机完成数学建模和计算工作。
瓦斯地质数学模型软件【３５】采用Ｖｃ＋十６．Ｏ作为开发工具。
Ｖｃ＋＋６．０语言是一种面向对象的程序设计语言，它提出了把数据和在数据之上的操作封装在一起的类、对象和方法的机制，并通过派生、继承、重载和多态性等特征，实现了软件重用和程序自动生成，使得软件的构造和维护变得更有效和容易，并使软件开发能更自然地反映事物的本质，从图５．１瓦斯地质数学模型软件而大大提高了软件的开发效率和Ｆｉｇ．５·１ｇ私ｇｅ０１９科ｍａ也ｅｍ稍ｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｓｏ丘ｗｍ质量（图５．１）。
５．４预测方法及步骤５．４．１统计单元的划分瓦斯地质数学模型法预测瓦斯涌出量是以已知统计单元为样本建立起来的。
含水量对瓦斯放散初速度影响规律的实验研究张九零1，2，范酒源1，2（1.华北理工大学矿业工程学院，河北唐山063009； 2.河北省矿山开发与安全技术重点实验室，河北唐山063009）［摘要］通过实验室实验的方法来分析煤中水分含量对瓦斯放散初速度的影响规律。
实验结果表明，注水对瓦斯放散初速度起到了明显的抑制效应，煤中水分含量与瓦斯放散初速度符合对数函数关系，当煤中水分含量在1.4% 7.9%时对瓦斯放散初速度的影响最大，当煤中水分含量在大于7.9%时，对瓦斯放散初速度的影响逐渐变小，实验结果对现场进行煤层注水具有一定的参考价值。
［关键词］瓦斯放散初速度；影响规律；水分含量；关系［中图分类号］TD712.52［文献标识码］A［文章编号］1006-6225（2017）02-0100-02Experimental Study of Influence Law of Water Content to Gas Diffuse VelocityZHANG Jiu-ling 1，2，FAN Jiu-yuan 1，2（1.College of Mining Engineering ，North China University of Science ＆Technology ，Tangshan 063009，China ；2.Hebei Province Key Laboratory of Mine Development and Safety Technology ，Tangshan 063009，China ）Abstract ：The influence law that water content in coal to gas diffuse initial velocity was studied by experimental method.The experi-mental results showed that gas diffuse initial velocity was restrained obviously by water injection ，the function relation between water content and gas diffuse initial velocity was logarithmic function ，when water content was 1.4% 7.9%，the influence was the maxi-mal to gas diffuse initial velocity ，when water content more than about 7.9%，the influence that to gas diffuse initial velocity became smaller and smaller ，the experimental results referencing for practical.Key words ：gas diffuse initial velocity ；influence law ；water content ；relationship［收稿日期］2016－08－17［DOI ］10.13532/11－3677/td.2017.02.025［基金项目］国家自然科学基金项目（51504077，51404086）；河北省自然科学基金资助项目（E2016209056）；河北省科技计划项目（15274112）；华北理工大学杰出青年基金（jp201509）［作者简介］张九零（1979－），男，河北河间人，博士研究生，副教授，主要从事矿山安全方面的研究。
吕家坨矿煤炭资源开发利用中存在的问题及对策作者：李胜林来源：《农家科技下旬刊》2015年第06期摘要：开滦集团吕家坨矿已开采四十余年，是典型的复杂地质构造矿井，本文分析了当前吕家坨矿煤炭资源开发利用中存在的问题，较详细的阐述了吕家坨矿煤炭资源合理开发利用和储量管理水平以及提高资源回采率的对策。
关键词：煤炭；资源；利用；构造复杂；提高回采率吕家坨矿位于河北省唐山市古冶区，是一座原由波兰设计、我国自行施工建设的全国最大的水力机械化采煤矿井。
矿井1959年破土开凿，1968年竣工投产，年设计能力150万吨。
随着矿井深部开发，生产条件变化，吕家坨矿全面实施水旱转型战略，到2004年全部转为综合机械化采煤，实现了历史性跨越，目前矿井核定生产能力330万吨/年。
一、矿井煤炭资源开发利用中存在的主要问题1.生产设计中出现的三角煤比较多。
在矿井实际开采过程中，特别是在矿井采煤方法由水力采煤转向综合机械化采煤的过程中，在设计开采综采工作面时，将水采工作面倾斜下方的三角煤丢失，部分水采残留的煤量也难以规划利用。
经统计，目前矿井由于水转旱造成难以开采的煤炭资源储量达742.4万吨，占矿井总可采储量的3.1%，致使矿井回采率降低。
2.“三下”压煤资源储量多，给开采造成较大的困难，影响矿井回采率。
吕家坨井田范围内村庄密集，经统计，目前吕家坨矿村庄压覆可采储量达11678.2万吨，占矿井总可采储量的49.1%，是制约矿井开拓、采区部署，资源合理开采和回采率提高的主要因素之一。
3.地质构造预测手段不能满足矿井生产需要。
吕家坨矿已开采四十余年，随着开采深度的不断增加，地质构造也越来复杂，目前矿井综合机械化采煤方较之前的水力采煤法对地质构造预测的要求更高，而目前地质构造的预测工作基本停留在原来的传统手段上，靠工程揭露判断预测，靠钻探探测构造及煤厚，相对降低了对设计和生产的指导作用，在实际生产过程中造成了许多不合理的厚度损失和面积损失，使矿井回采率降低。
转出一座新矿井创出一种新模式----关于开滦集团吕家坨矿业公司水旱转型的调查报告开滦集团公司办公室调研组张文学董事长批示：“企业转型是开滦集团转变经济发展方式的大目标，每个单位都要针对自身情况提出结构调整和发展方式转变的具体意见和措施，吕矿的转型思路和措施值得学习借鉴。
”吕家坨矿是1968年6月1日正式建成投产，年生产能力为150万吨的全国最大水力采煤矿井。
在长达36年的水力采煤史中，创造了许多业绩，累计为国家贡献了6000多万吨煤炭。
然而，随着矿井开采水平的延伸、煤层赋存条件的变化，吕矿已不适合水采工艺。
到了上世纪末，煤炭市场竞争日益激烈，而吕矿地质条件更加恶化、生产经营异常困难，安全事故频发，工资收入难以保证，员工士气跌到了谷底，外患和内忧让它在发展的道路上举步维艰。
水旱转型势在必行。
2004年6月28日，吕矿公司结束了长达36年的水力采煤史，实现了全部综合机械化采煤。
水旱转型后，其生产水平跃升到300多万吨，比转型前增加100多万吨，相当于增加了一个大型煤矿的产量。
而且带来发展模式的转变，走出了一条资源节约、环境友好、和谐发展的新路子。
一个落后的水采矿井，何以在短时间内蜕变成一座面貌全新的现代化综采矿井？创造出独具特色的发展模式？它对整个集团公司转型发展有着怎样的启示意义？2010年8月，集团公司办公室调研组去零距离感触这座矿井，深刻解读和解剖这座矿井嬗变的深层次原因。
走进吕矿：一座面貌全新的现代化矿井昂扬屹立——生产能力实现大提升。
十年前，吕矿公司面对的是生产亏产、经营亏损的困难局面。
经过近十年的不懈探索，吕矿公司实现了水旱转型，原煤产量不断攀升，2008年诞生了第一个“百万吨采煤队”，真正实现了高产高效。
2009年，这公司生产效率大幅度提高，全年原煤产量完成301万吨，比转型前增加了130万吨。
今年一季度，生产原煤77.56万吨，平均日产达到9345吨，创出了历史最好水平。
今年上半年生产原煤155.7万吨，全年原煤产量预计达到316万吨。
深部矿井开采冲击地压研究一、前言随着吕家坨煤矿开采深度的增加，以及开采条件越来越复杂，该矿工作面面临的冲击地压带来的威胁越来越大，必须及早引起重视。
冲击地压会造成煤岩体振动和煤岩体破坏，支架与设备损坏，人员伤亡，部分巷道破坏等，冲击地压还会引发或可能引发其他灾害，尤其是瓦斯、煤尘爆炸、火灾以及水灾，干扰通风系统，严重时造成地面震动和建筑物破坏等。
近年来，国内外许多学者和煤矿技术人员从冲击地压的发生机理、危险性预测等方面进行了卓有成效的研究，并提出了许多行之有效的冲击地压预防措施。
本文结合现场的实际情况，提出了吕家坨矿冲击矿压的防治措施，扭转了该矿冲击地压不可防、不可控的被动管理局面，有效地保护了职工的生命安全，最大限度降低了财产损失，有力地保障了矿井的安全生产。
二、概况吕家坨矿井设计生产能力300万t/a，主采7、8、9、12号煤层。
采掘工作面主要布置在大巷东西两翼，其中四采外5476Yd工作面埋深约-800m，为该矿井埋深5水平的回采工作面，工作面全长约1000m，倾向约170m，两侧均为双巷布置。
该工作面回采巷道掘进期间，“煤炮”频繁发生，响声巨大、煤尘飞扬，多次造成巷道迎头及已支护段出现大面积顶板瞬间下沉或切顶，下沉量可达300-700mm，厚度达2000mm的支护体整体冒落，顶板锚索频繁破断，局部显著底臌，严重时期甚至导致皮带架、掘进机发生显著位移。
由于巷道动力显现强烈，导致已掘巷道围岩破坏严重，无法继续正常作业，迫使将精力集中于巷道的扩修、维护，部分区段反复扩修2-3次仍无法抵抗“煤炮”的冲击作用而再次破坏，繁重的扩修工程严重制约了矿井的采掘接替。
鉴于该矿冲击矿压的高危险性，研究其发生规律与治理方法，是一个非常重要的课题。
三、冲击矿压发生的地质影响因素1、开采深度研究表明，从500m开始，随着开采深度的增加，冲击地压的危险性急剧增长。
而吕家坨矿四采外5476Yd工作面开采深度达-800m，掘进巷道期间就多次发生“煤炮”、顶板急剧下沉等典型动力现象。
吕家坨煤矿深部瓦斯涌出量预测研究?
摘要：基于开滦集团吕家坨煤矿瓦斯分析报表、地质报告、三维地震成果、钻孔资料、采掘工程平面图等资料的整理及分析，综合考虑瓦斯涌出量的开采技术因素与自然因素等影响，深入研究了吕家坨煤矿的深部瓦斯地质特征。
采用分源预测法对矿区内主采煤层，主要对其中7#、8#煤层深部瓦斯涌出量进行预测研究，得出了7#、8#煤层深部的瓦斯涌出量，为该矿的煤炭安全、高效开采提供了重要的理论依据。
关键词：吕家坨煤矿；瓦斯涌出量预测；分源预测法
中国是产煤大国，更是以煤炭为主要能源的国家，近年来随着科技的发展以及浅部煤炭资源的慢慢减少，越来越多的矿井趋于使用机械化和进一步加大开采深度，由于开采强度大、生产集中、推进速度快，造成采面瓦斯涌出集中、涌出不均衡等特点，并且导致瓦斯事故的频发，对煤矿的安全生产构成了极大威胁。
瓦斯灾害严重影响了煤矿生产建设和持续稳定发展，为了避免瓦斯灾害的发生，必须对矿井瓦斯进行管理和可靠地预测。
1井田概况
1.1构造特征。
吕家坨井田以褶皱构造为主，主要构造线方向为近EW向，自北而南依次发育有黑鸭子向斜、吕家坨背斜、范各庄向斜、毕各庄向斜、南阳庄-岭上背斜、小张各庄向斜等五个主要褶曲构造，在井田南部，吕家坨背斜、毕各庄向斜、南阳庄-岭上背斜、小张各庄向斜等褶曲构造复合，形成了董各庄盆地构造区和王各庄马鞍形构造区。
1.2煤层特征。
煤系地层由石炭、二叠纪含煤岩系组成，含煤20余层，煤系地层总厚度约500m，煤层平均总厚度约19m，含煤系数为3.85%。
吕家坨井田设计开采煤层有6层，二叠系下统大苗庄组的5#、7#、8#、9#煤层和石炭系上统赵各庄组的11#、12#煤层。
论文主要针对7#、8#煤层，对其瓦斯涌出量预测。
吕家坨煤矿采煤方法为综合机械化采煤，2011年矿井绝对瓦斯涌出量为17.511 m3/min，相对涌出量为
2.741m3/t，瓦斯等级鉴定为瓦斯矿井。
2矿井深部瓦斯涌出量预测
瓦斯涌出量预测技术是建立在瓦斯赋存和瓦斯涌出规律的研究基础之上[6]，目前属分源预测法和矿山统计法应用较广。
分源预测法技术关键在于掌握瓦斯在不同涌出条件下的涌出规律以及相应涌出条件的确定，根据涌出规律和涌出条件计算瓦斯源的涌出量。
通过分析吕家坨煤矿近年来的瓦斯浓度、瓦斯涌出量、风量、产量等统计资料和瓦斯等级鉴定结果，采用了分源预测法预测吕家坨煤矿深部瓦斯涌出量。
2.1分源预测法预测原理
分源预测法实质是按照矿井生产过程中瓦斯涌出源的多少，各个涌出源瓦斯涌出量的大小来预测矿井、采区、回采面和掘进工作面等的瓦斯涌出量。
各个瓦斯源涌出瓦斯量的大小是以煤层瓦斯含量、瓦斯涌出规律及煤层开采技术条件为基础进行计算确定的[7]。
论文根据AQIO18—2006《矿井瓦斯涌出量预测方法》对7#、8#煤层回采工作面及邻近层瓦斯涌出量进行预测，计算公式如下：（1）回采工作面瓦斯涌出量计算公式及所需数据.开采煤层（包括围岩）瓦斯涌出量。
式中----开采煤层（包括围岩）相对瓦斯涌出量，m3/t；
k1----围岩瓦斯涌出系数，对于陷落法顶板管理的工作面，取k1=1.3；k2----工作面丢煤瓦斯涌出系数，其值为工作面回采率的倒数。
7#煤层后退式长壁采煤法回采工作面设计回采率为72%，此处k2取1.4；8#煤层悬移支架后退式长壁采煤法回采工作面设计回采率为90%，此处k2取1.2；k3----准备巷道预排瓦斯对工作面煤体瓦斯涌出影响系数；W0----煤层原始瓦斯含量，m3/t，根据预测工作面位置，在瓦斯含量分布预测图上查取；W1----煤的残存瓦斯含量，m3/t，与煤质和原始瓦斯含量有关，需实测；如无实测数据，可查取。
根据吕家坨矿7#、8#煤层的挥发份20%，此处W1=2.5m3/t。
（2）邻近层瓦斯涌出量计算公式及所需数据
式中q2——邻近层瓦斯涌出量，m3/t；mi——第i个邻近层厚度，m；m1——开采层的开采厚度，m；ki——取决于层间距离的第i邻近层瓦斯排放率，可根据层间距离（表1、2）据AQIO18—2006《矿井瓦斯涌出量预测方法》查取。
Xoi——第i邻近层原始瓦斯含量，m3/t，由于邻近层没有瓦斯含量控制点，上、下邻近层瓦斯含量按同采区7煤层瓦斯含量取值；X1——煤的残存瓦斯含量，m3/t，参考7#、8#煤层，均取值W1=2.5m3/t。
2.1分源预测法预测结果
利用分源预测理论，综合考虑矿井回采面、邻近层瓦斯涌出量预测结果，对不同瓦斯含量且不同日产量下的绝对瓦斯涌出量进行了预测，结果显示瓦斯涌出量与瓦斯含量及日产量均呈正相关关系。
3结论
基于开滦集团吕家坨煤矿瓦斯分析报表、地质报告、三维地震成果、钻孔资料、采掘工程平面图等资料的整理及分析，综合考虑瓦斯涌出量的开采技术因素与自然因素等影响，深入研究了吕家坨煤矿的深部瓦斯地质特征。
并运用分源预测法对吕家坨煤矿进行了瓦斯涌出量的预测，结果显示7#、8#煤层瓦斯涌出量与瓦斯含量及日产量均有密切关系，随着瓦斯含量或日产量的增大而增大，并计算预测出不同瓦斯含量及不同日产量下的瓦斯涌出量，为矿井安全开采提供技术支撑。
参考文献
[1]王景山，朱炎铭，宋金栋等.矿井瓦斯涌出量预测方法综述[J].能源技术与管理，2008（4）：49-51
[2] 罗跃，朱炎铭，王怀勐，等.开平煤田吕家坨矿7煤层断裂构造特征[J].黑龙江科技学院学报，2009，21（2）：93-96.
[3]鲁义，王署勋，蔡云龙.分源预测法在整合矿井瓦斯涌出量预测的应用[J].山西焦煤科技，2011.35（8）：27-31。
