對西山礦區瓦斯地質規律的分析

付君華，張志震

(西山煤電(集團)公司地質處，山西 太原 030053)

1 礦井瓦斯賦存規律

1．1 概 況

相對涌出量隨開采深度增大而增大，以屯蘭井田近期內開采的10個工作面回采地質說明書中的瓦斯相對涌出量數據與埋深數據做成相關圖顯示其瓦斯梯度為32m/(m3/t)，其統計誤差為±5 m3/t，如屯蘭井田的以煤層埋深Hi/32即可得到本層煤的瓦斯相對涌出量數據來。需要說明的是，這僅僅是本層煤層的瓦斯相對涌出量，而且未考慮到構造的影響，故而較粗，但也能反映出一個井田之內的瓦斯賦存的大趨勢，如屯蘭井田2#煤層的瓦斯相對涌出量自北東向南西呈遞增規律，與埋深加大呈正相關。而杜兒坪井田瓦斯梯度平均為50 m/(m3/t)，但局部地段梯度變化較大，如北三采區62314面與北五采區62508面之間的瓦斯梯度為14 m/(m3/t)，其間瓦斯遞變的明顯。

據2007年《官地礦生產地質報告》各主采煤層瓦斯地質圖分析顯示出這樣的規律：官地井田從6#煤到8#、9#煤層的鉆孔瓦斯含量均呈現出自東向西隨埋藏深度加大的趨勢，3層煤鉆孔瓦斯含量之最高值均位于井田最西部，分別為官15孔(6#煤25 m3/t)、官9孔(8#煤12 m3/t)和官4孔(9#煤8 m3/t)，自西向東排列于井田西部。

一般來說同一處地點埋藏越深的煤層其瓦斯壓力、瓦斯含量與相對涌出量越高，如屯蘭井田22110面與 28102面相對涌出量分別為 6．3 m3/t、15．0 m3/t;據2000年《杜兒坪礦生產地質報告》：杜兒坪井田各煤層的鉆孔瓦斯含量分別為：2#煤3．76 mL/g·r，3#～9#煤5．77 ～6．71 mL/g·r(7#煤為最大值17．64 mL/g·r)。馬蘭井田2008年在南八采區(新的接替采區)施工的6個鉆孔，各煤層瓦斯含量取諸孔的平均數據：02#煤 1．38 mL/g·r、2#煤1．36 mL/g·r、6#煤 1．40 mL/g· r、8#煤 1．43 mL/g·r、9#煤1．07mL/g·r;可見總體上是越往下的煤層受埋藏越深與瓦斯壓力增大的影響，瓦斯含量越高。

1．2 構造控制對瓦斯賦存的影響

瓦斯賦存主要受向斜構造的控制，其次受壓扭性斷裂構造的控制。位于杜兒坪井田中部斷層之北的石千峰向斜處，瓦斯含量居全井田為最高值，此處北五采區瓦斯含量為10～12 m3/t，其東面北三采區為7～8 m3/t。而向斜外圍瓦斯含量則相對較低：該向斜之南面跨過中部斷層的南八、南九與南三諸采區瓦斯含量區均在2～3 m3/t之間，南七采區較高也不過4～5 m3/t之間。該向斜北面的北四采區，瓦斯含量也低于向斜區內的值，為2～3 m3/t。從全井田構造方面分析，可大致總結出這樣的規律：井田內瓦斯賦存受構造控制表現為，中部斷層(應屬壓扭性斷裂)以北的石千峰向斜區為最高值區，而中部斷層至杜兒坪斷層區間為瓦斯含量低值區。這主要是西山煤田受燕山期構造運動背景之影響，杜兒坪斷層與隨老母—賽莊斷層間斷塊發生北東偏東走向的左型平移力偶作用，與此同時產生了北東偏北走向的次一級的張扭裂隙，即從賽莊至梅洞溝一線之東南為前山礦區地下水主要逕流帶，是奧灰巖與其它含水層的相對富水區，也是前山礦區陷落柱發育最密集的地段，同時還是前山礦區典型的瓦斯逸散排放區。

褶曲構造的控制作用的表現例子還有：據馬蘭井田南八采區最新鉆探瓦斯成果反映，位于馬蘭向斜西翼次一級向斜構造的鉆孔瓦斯含量值明顯高(為1．64～1．93 mL/g·r)、而其它地段值僅為 0．59 ～0．87 mL/g·r;另處位于屯蘭河背斜軸傾伏部位的MB4孔瓦斯含量值也有異常高的特征，為1．87 mL/g·r。上述數據均為同一鉆孔諸可采煤層按煤厚加權計算所得值。

1．3 開采順序對瓦斯涌出量的影響

同一采區，在構造類型接近的前提條件下，先采區域的瓦斯絕對涌出量較后采區域的要高。如屯蘭井田南二盤區下組煤由上自下進行解放式開采，據各面回采地質說明書上的瓦斯絕對涌出量依次為：18201 面37．4 m3/min、18203 面 32．8 m3/min、18205面27．4 m3/min，可見 18201面埋深最淺，較最深的18205相差達60 m，但因為最先采煤，其瓦斯絕對涌出量反而最大。

2 采面瓦斯涌出量之預測

1)采面瓦斯相對涌出量采后實際值與采前預測值之比較：以屯蘭井田12311面2007年9月—2008年9月的瓦斯涌出量累計數，包括抽放量與風排量1 830．24 萬 m3，除以該面累計產量 54．35 萬 t，這樣就得出采面采后鑒定瓦斯相對涌出量采后實際值33．67 m3/t，而采前預測值僅為 13．4 m3/t，二者比值為2．51(用同樣方法，得出12211采面采后鑒定瓦斯相對涌出量采后實際值19．15 m)。12311采面采后鑒定瓦斯相對涌出量實際值Q采33．67 m3/t與面內442煤田孔2#煤層瓦斯含量值Q鉆7．12 m3/t相比為4．7倍。具體分析本面的煤巖層綜合柱狀圖，開采層2#煤平均厚度為3．1 m，而鄰近的煤層包括開采層之上的02#與03#煤以及之下的3#與4#煤總計厚度2．9 m。這樣開采層與鄰近層厚度總計為6．0 m，是2#煤厚度的1．94倍，即作為采煤瓦斯來源煤層影響系數K1。將開采層采面瓦斯相對涌出量與采區內煤田鉆孔同煤層瓦斯含量值的比值作為K2，據統計計算其值一般為2左右(該項系數不考慮鄰近煤層與構造的影響)。由于本面處于古交斷層西端尖滅處，為馬蘭向斜東翼一次級向斜部位，故構造影響系數K3確定為1．2，據公式：

可以求出，Q采預=33．15 m3/t，與前面交待的采后鑒定瓦斯相對涌出量實際值Q采33．67 m3/t相比較，其預測精度為98．5%。得出結論：據采區內煤田鉆孔同煤層瓦斯含量值結合公式(1)對采面生產中瓦斯相對涌出量Q采進行預測是完全可行和有效的。

瓦斯相對涌出量與絕對涌出量變化曲線圖見圖1，瓦斯涌出量構成及變化曲線圖見圖2。

2)利用瓦斯賦存規律對采面瓦斯相對涌出量進行預測。在沒有內鉆孔瓦斯含量數據供參考時，可利用煤科院重慶分院2007年底提交的《西山礦區瓦斯賦存狀況及規律研究》對采面瓦斯相對涌出量進行預測。該報告將官地礦、杜兒坪礦、馬蘭礦與屯蘭礦4個高瓦斯井田歸為一類，建立了瓦斯賦存數學模型。如2#煤瓦斯含量W與埋藏深度H的關系式：

8#煤瓦斯含量W與埋藏深度H的關系式：

式中：

K—地質構造影響系數。

上述公式是經過對4個井田內14個2#煤瓦斯含量數據與10個8#煤瓦斯含量數據與相應的埋藏深度分別擬合而建立的。瓦斯含量數據是通過間接法在同一測定地點，選用瓦斯壓力測定最大值為測定結果，結合實驗室對煤樣的工業分析及吸附常數確定的。并用實際測定結果對地質勘探孔所測的瓦斯含量進行修正，以實測及修正后的地勘鉆孔瓦斯成果來分析瓦斯含量與相應的埋深的數學關系。

現就屯蘭井田12311面的情況，利用式(2)預測采面瓦斯相對涌出量。將H=552、K=1．2代入該式中，得到瓦斯含量預測值W=7．38;再令Q鉆=7．38，代入式(1)，其它參數取值同前，由此可以求出Q采預=34．36 m3/t，與前面交待的采后鑒定瓦斯相對涌出量實際值 Q采33．67 m3/t相比較，其預測精度為102%。預測效果顯著。

同理，對12211 面預測，令 K=1．1、H=500，代入式(2)得出，W=5．98 m3/t;再令 K1=1．42、K2=2、K3=1．1、Q鉆=5．98 代入 式 (1)，得出 Q采預=16．9 m3/t，與12211采面采后鑒定瓦斯相對涌出量采后實際值19．15 m3/t相比較，其預測精度為97．5%，預測效果同樣顯著。

3)采面采后鑒定瓦斯涌出量之涌出方式。據屯蘭12311與12211兩個綜采工作面采后總結的數據看，瓦斯抽放率在48．3% ～49．5%，瓦斯風排率在51．7% ～50．5%。抽放總量中由尾巷布置的對鄰近層冒落裂隙帶抽出部分占66．2%、由膠帶順槽布置的對開采層結合鄰近層冒落裂隙帶抽出部分占33．8%。

4)利用采面瓦斯相對涌出量結合每月平均日產量，計算采面瓦斯絕對涌出量：

經屯蘭礦12311與12211兩個綜采工作面諸月平均瓦斯絕對涌出量實際值，約64%的值在采面諸月瓦斯絕對涌出量預測值范圍內，大部分的值在采面預測值1．5倍內范圍，但試采與收尾階段由于產量很小，而抽放照常進行，預測值與實際值很不一致，但不會超過正常產量時計算出的瓦斯絕對涌出量預測值。

3 結束語

結合礦區與井田勘探、生產各個階段的瓦斯地質資料與《瓦斯地質學》一般規律，在分析研究的基礎上，總結出井田與采區的瓦斯賦存的具體規律，可以對采煤工作面瓦斯涌出量進行分析與預測。尤其是要注意對科研成果的充分利用，使之與生產中積累的數據有機結合，注意區別影響因素的主次，重視井田與采區地質構造對瓦斯賦存與涌出的控制作用，編制與完善瓦斯地質圖、不斷完善與豐富有關公式與規律，有利于對瓦斯的科學預測與防治。

［1］ 張子敏．瓦斯地質學［M］．徐州：中國礦業大學出版社，2009：241－242，252 －258．