干塘煤礦瓦斯含量變化規(guī)律及影響因素

向 虎，葉秀娟

（四川省煤田地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院，成都 610072）

瓦斯是一種易燃易爆氣體，又由于它無色無味，很難被人直接察覺，因此，瓦斯是威脅煤礦安全生產(chǎn)的最大危險(xiǎn)源，根據(jù)干塘煤礦勘查資料，干塘煤礦為低～高瓦斯礦井，礦井存在瓦斯危害。本文根據(jù)干塘煤礦勘查資料，分析了瓦斯含量變化情況，初步掌握了瓦斯變化規(guī)律，并對(duì)其影響因素進(jìn)行探討，對(duì)指導(dǎo)煤礦安全生產(chǎn)有著重要意義。

1 礦區(qū)概況

干塘煤礦位于四川省鹽源縣城250°方向直距約38km處，礦區(qū)邊界外廓呈“凸”字形，面積約16.6km2。礦區(qū)位于青藏高原的東緣，總體地勢(shì)南西高，北東低。一般標(biāo)高2 800m，地形高差350～500m，為中等切割的高中山區(qū)，年平均氣溫12.1℃，年平均降水量853.2mm。

2 地質(zhì)背景

圖1 干塘溝向斜示意圖

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露的地層有三疊系上統(tǒng)東瓜嶺組（T3d）和博大組（T3b）。東瓜嶺組為含煤巖系，按巖性特征分為八段，巖性主要為砂巖、粉砂巖、泥巖，夾炭質(zhì)泥巖及煤層，厚478～700m。博大組為礦區(qū)底界，主要巖性為深灰色厚層狀石灰?guī)r，夾灰色泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)粒砂巖，厚度大于300m。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)位于干塘溝向斜南西端，干塘溝向斜為礦區(qū)主體構(gòu)造，貫穿整個(gè)礦區(qū)，該向斜軸線走向N50°～60°E，向斜兩端揚(yáng)起，軸線南段呈南西向弧形突出，北段向北東方向弧形突出展布，總體略似一反“S”型。向斜北西翼陡，巖層傾角45°～75°，南東翼較緩，層傾角10°～30°，地層由新到老從核部向兩翼逐漸撇開。干塘溝向斜示意圖見圖1。

3 煤層概況

礦區(qū)主要含煤地層為三疊系上統(tǒng)東瓜嶺組，平均厚620m。含煤5～19層，主要可采煤層為C14、C12、C5煤層，各煤層主要特征簡(jiǎn)介如下：

3.1 C14煤層

位于東瓜嶺組第四段上部，煤厚0.17～1.17m，平均0.49m，勘查區(qū)內(nèi)大部可采，在可采范圍內(nèi)煤層厚度變化不大，屬較穩(wěn)定煤層。煤層頂板為深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖及細(xì)砂巖，偶見中粒砂巖；底板為深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖及細(xì)～中粒砂巖。

3.2 C12煤層

位于東瓜嶺組第二段上部，煤厚0.09～1.48m，平均0.68m。礦區(qū)內(nèi)除向斜南翼西端和東端邊緣不可采外，其余地段均可采，屬較穩(wěn)定煤層。頂板為深灰色泥巖、粉砂巖及細(xì)砂巖；底板為砂質(zhì)泥巖、泥巖、泥質(zhì)粉砂巖。

3.3 C5煤層

位于東瓜嶺組第二段中下部，為勘查區(qū)主要可采煤層，煤厚0.30～1.17m，平均0.59m，全區(qū)可采，層位穩(wěn)定，厚度變化不大，屬較穩(wěn)定煤層。該煤層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，多為獨(dú)層，煤層頂板為深灰色泥巖，粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖；底板為深灰色泥巖、粉砂巖及細(xì)砂巖。

表1 煤層瓦斯含量統(tǒng)計(jì)表

4 瓦斯含量（表1）

4.1 解吸瓦斯含量

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)解析和室內(nèi)解析結(jié)果，得出了煤層解吸瓦斯含量：C14煤層瓦斯含量6.14～8.27m3/t，平均為7.33m3/t；C12煤層6.10～9.94m3/t，平均8.16m3/t；C5煤層7.21～12.65m3/t，平均為10.03m3/t。

4.2 理論最大吸附量

根據(jù)煤質(zhì)參數(shù)化驗(yàn)結(jié)果，可近似計(jì)算瓦斯最大吸附量，一般按Langmuir 公式計(jì)算：

式中：W總—煤層瓦斯最大吸附量(m3)；W吸—煤層吸附瓦斯含量(m3)；W游—煤層游離瓦斯含量(m3)；WG—噸煤瓦斯含量(m3/t)；a、b—吸附常數(shù)；P—煤層瓦斯壓力(atm)；Ad—干燥基灰分(%)；Mad—分析基水分(%)；u—煤層孔隙率(%)；d—視密度(g/cm3)

按上述公式計(jì)算，求得部分煤層理論最大吸附量為14.20～22.75m3/t，比解吸瓦斯含量高，詳見表2。

表2 理論瓦斯含量表

根據(jù)兩種計(jì)算方法所得結(jié)果，計(jì)算所得的理論最大瓦斯吸附量較實(shí)際情況偏高，但兩種計(jì)算結(jié)果的部分煤層最大瓦斯含量都大于10 m3/t，因此，綜合評(píng)定本礦區(qū)為低～高瓦斯礦井。

圖2 瓦斯含量隨深度變化散點(diǎn)圖

5 瓦斯含量變化規(guī)律及其影響因素

5.1 埋藏深度

煤層中瓦斯壓力隨著埋藏深度的增加而增大，隨著瓦斯壓力的增加，煤中游離瓦斯量所占的比例增大，同時(shí)，煤中吸附瓦斯逐漸趨于飽和。由此可以推斷，在一定范圍內(nèi)，煤層瓦斯含量隨埋藏深度的增大而增加。圖2是以各煤層瓦斯含量為Y 坐標(biāo)，以取樣井深為X 坐標(biāo)繪制的散點(diǎn)圖，可以看出各煤層瓦斯含量隨著埋藏深度的增加而逐漸增高，說明深度是影響本區(qū)煤層的最基本因素。

5.2 煤層厚度

瓦斯的逸散以擴(kuò)散方式為主，空間兩點(diǎn)之間的濃度差是其擴(kuò)散的主要?jiǎng)恿ΑＴ谄渌麠l件相似的情況下，煤儲(chǔ)層厚度越大，達(dá)到中值濃度或者擴(kuò)散終止所需要的時(shí)間就越長(zhǎng)，煤儲(chǔ)層本身是一種高度致密的低滲透性巖層，煤儲(chǔ)層厚度越大，煤層氣向頂?shù)装鍞U(kuò)散的路徑就越長(zhǎng)，擴(kuò)散阻力就越大，對(duì)瓦斯保存越有利。從表1可以看出，隨著煤層厚度的增大，瓦斯含量逐漸增大，因此，煤層厚度是影響瓦斯含量的因素之一。

5.3 變質(zhì)程度

煤化作用過程中會(huì)不斷產(chǎn)生瓦斯，煤化程度越高，生成的瓦斯量就越多，即在其他因素恒定的條件下，煤的變質(zhì)程度越高，煤層瓦斯含量越大。同時(shí)，在成煤初期，褐煤的結(jié)構(gòu)疏松，孔隙率大，瓦斯分子能滲入煤體內(nèi)部，因而褐煤具有很強(qiáng)的吸附能力，但該階段瓦斯生成量較少。在煤的變質(zhì)過程中，地壓作用使煤的孔隙率減小，煤質(zhì)漸趨致密，因而吸附能力較弱，隨著煤的進(jìn)一步變質(zhì)，在高溫、高壓作用下，煤體內(nèi)部因干餾作用而生成許多微孔隙，在無煙煤時(shí)內(nèi)表面積達(dá)到最大，煤的吸附能力最強(qiáng)，煤中瓦斯含量最大。根據(jù)表1成果，煤質(zhì)從焦煤向瘦煤變質(zhì)過程中，瓦斯含量逐漸增大。因此，變質(zhì)程度是本區(qū)影響瓦斯含量的因素之一。

5.4 地層傾角

礦區(qū)主體構(gòu)造為一不對(duì)稱向斜—干塘溝向斜，向斜北西翼煤層陡，傾角一般45°～75°，而南東翼地層平緩，一般10°～30°。單純從向斜構(gòu)造來看，兩翼地層傾角越大，煤層瓦斯越容易逸散，反之，兩翼傾角越小，則有利于瓦斯的保存。從表1可以看出，地層傾角越大，瓦斯含量越低，因此，地層傾角是影響本區(qū)瓦斯含量的因素之一。

5.5 圍巖條件

煤層圍巖對(duì)瓦斯賦存的影響，取決于它的隔氣和透氣性能。與圍巖的隔氣和透氣性能有關(guān)的指標(biāo)是孔隙性和滲透性。泥質(zhì)巖石由于孔隙小、滲透性差，因而有利于瓦斯的保存，而砂巖孔隙直徑大，滲透性高，隔氣能力弱，有利于瓦斯的逸散。從表1可以看出，當(dāng)煤層頂?shù)装鍨橹旅芡暾膸r石時(shí)，如泥巖，煤層中瓦斯越容易被保存下來，隨著頂?shù)装鍘r石中砂質(zhì)含量增多，瓦斯越容易逸散，瓦斯含量越低。因此，圍巖條件也是影響本區(qū)瓦斯含量因素。

6 結(jié)論

影響瓦斯含量變化的因素很多，瓦斯含量變化也較為復(fù)雜。本次根據(jù)礦區(qū)勘探過程中瓦斯資料，分析了瓦斯含量的變化和影響因素，總結(jié)了瓦斯含量變化規(guī)律，對(duì)于指導(dǎo)煤礦安全生產(chǎn)有積極作用。在煤礦今后生產(chǎn)過程中，要不斷加強(qiáng)瓦斯地質(zhì)研究工作，防止瓦斯事故發(fā)生。

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[4]湯達(dá)禎，等.煤層氣地質(zhì)研究進(jìn)展與趨勢(shì)[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2003，25(6)；644～647