云頂煤業二1煤層瓦斯地質規律研究

齊 瑞

(義煤集團 新安縣云頂煤業有限公司，河南 洛陽 471800)

1 礦井概況

云頂煤礦位于洛陽市新安縣城北15km的石寺鎮境內，屬新安煤田西翼淺部礦井之一。礦井采用斜立井混合開拓方式。主井凈直徑5m，深度555.5m;副井凈直徑5m，深549m。全井田共劃分為六個采區，其中，-6m水平上山采區兩個，-100m水平上山采區兩個，下山采區兩個。首采區為-6m水平東翼南三采區[1]。2008年1月河南理工大學煤礦安全工程技術研究中心，對南三采區二1煤層瓦斯突出危險性進行了鑒定。鑒定結果為：南三采區二1煤層無突出危險性，為非突出煤層[3]。

井田內煤系地層為石炭二迭系。其中，二迭系山西組底部發育的二1煤為本區唯一的普遍可采煤層。該煤層厚度較大，且在短距離內變化也大，煤層傾角較平緩，基本屬于緩傾斜煤層。直接頂板為炭質泥巖、泥巖、砂質泥巖，間接頂板為灰色厚層狀中粒砂巖。底板以粉砂巖為主，有時相變為泥巖或細粒砂巖。

2 井田地質構造特征研究

云頂煤礦位于新安向斜的北翼，總體構造形態為一單斜構造，走向NE，傾向SE，傾角5°～10°。該井田構造小斷層以正斷層為主，傾角較大。局部發育小褶曲，使煤層局部變薄或增厚。所在的新安煤田位于華北板塊南緣，華熊臺緣坳陷的澠池—確山拗陷褶斷束北西部。區域內發育較大的褶曲構造為新安向斜，斷裂構造主要為一組北西—南東向或近東西向的張性斷裂。新安向斜北翼地層傾角平緩，一般6～14°，地層出露完整。井田構造形態總體為一走向北東、傾向南東的單斜構造，地層傾角一般5～10°;斷裂構造以正斷層為主，均位于井田北部和西部邊界。本區無巖漿活動，構造復雜類型為簡單型。

3 礦井瓦斯地質規律研究

3.1 斷層、褶皺構造對瓦斯賦存的影響

云頂煤礦位于新安向斜的西北翼，總體構造形態為一單斜構造，走向NE，傾向SE，傾角5～10°。井田構造比較簡單，小斷層以正斷層為主，傾角大于50°，逆斷層較少，，局部發育小褶曲，使煤層局部變薄或增厚，一般對瓦斯賦存影響不大。

3.2 頂、底板巖性對瓦斯賦存的影響

云頂煤礦二1煤層層位穩定，頂板為細～中粒砂巖，局部偽頂為炭質頁巖，老頂為厚層狀細～中粒長石石英砂巖(大占砂巖);底板為砂巖或泥巖、頁巖。煤層結構簡單，一般含夾矸0～2層，厚0.1～0.3m。總體來說，二1煤層頂底板有利于瓦斯的逸散。

3.3 煤層埋深及上覆基巖厚度對瓦斯賦存的影響

(1)煤層埋深對瓦斯賦存的影響

云頂煤礦目前測定的瓦斯含量數據缺乏。2007年礦方曾委托河南理工大學對南三采區二1煤層瓦斯突出危險性進行鑒定，其中有三組瓦斯壓力數據可靠，因而可采用《煤礦瓦斯抽采基本指標AQ 1026-2006》規定的b)法計算瓦斯含量值，其計算公式為

式中 W——煤層瓦斯含量，m3/t;

a，b——吸附常數;

P——煤層絕對瓦斯壓力，MPa;

Ad——煤的灰分，%;

Mad——煤的水分，%;

π——煤的孔隙率，m3/m3：

γ——煤的容重(假比重)，t/m3。

利用瓦斯壓力計算瓦斯含量結果見表1。

表1 瓦斯含量間接測定結果表

跟據現有的瓦斯含量資料，繪制二1煤層瓦斯含量與埋深關系散點圖(圖1所示)。

(2)煤層上覆基巖厚度對瓦斯賦存的影響

煤層上覆基巖厚度為煤層埋藏深度減去第四系地層沉積厚度。第四系地層主要為黃土層，一般分布于地表，膠結性不好，孔隙度大，連通性好，容易釋放瓦斯。由于第四系松散沉積物易于搬運，厚度變化較大，這就造成煤層上覆地層垂向上變化較大。在第四紀松散沉積厚度較小、垂向差異不大的礦井，上覆基巖厚度對瓦斯的影響比較小。井田內第四系厚度分布變化不大，因此，基巖厚度與煤層埋深對煤層的瓦斯賦存影響具有對應性。

圖1 二1號煤層瓦斯含量與埋藏深度散點圖

3.4 水文地質條件對瓦斯賦存的影響

本礦床為充水裂隙充水礦床，充水方式為頂板直接充水或底板直接充水，該礦水文地質條件屬簡單～中等類型，即東翼淺部水文地質條件簡單，西翼深部水文地質條件中等。井田含水量不大，徑流，排泄條件均較好，有利于瓦斯的逸散，本井田水文地質條件對瓦斯賦存影響較小。

3.5 瓦斯含量分布及預測研究

通過分析可知，煤層埋深對二1煤層瓦斯含量影響較大。根據二1煤層的測定結果及煤層瓦斯含量與埋深關系散點圖，可知二1煤層的瓦斯分布規律為：

二1煤層含氣量與煤層埋藏深度之間離散性良好，總體上瓦斯含量具有隨埋深增加而加大的趨勢，兩者之間遵循式(3-2)所示的統計關系：

式中：

X——煤層瓦斯含量，m3/t;

H——煤層埋藏深度，m。

由以上分析，利用二1煤層埋深與瓦斯含量的回歸關系預測煤層瓦斯含量，二1煤層瓦斯含量梯度達2.20m3/t/100m。依據礦井初步設計，二1煤層埋深約在320-600m之間[4]，由式(3-2)可得不同的埋深所對應的瓦斯含量為：煤層埋深392m處的瓦斯含量趨勢值是3m3/t;煤層埋深436m處的瓦斯含量趨勢值是4m3/t;煤層埋深479m處的瓦斯含量趨勢值是5m3/t;煤層埋深523m處的瓦斯含量趨勢值是6m3/t;煤層埋深566m處的瓦斯含量趨勢值是7m3/t。

4 煤與瓦斯區域突出危險性預測

4.1 單項指標、綜合指標測定結果

根據云頂煤礦二1煤層南三采區回風上山、膠帶上山、東軌道石門及副立井底測定的有關突出危險性指標，結合煤層瓦斯基礎參數，計算得出云頂煤礦二1煤層各測定地點的突出危險性單項指標、綜合指標如表2，表3所示。

表2 各測定地點突出危險性單項指標法指標測值

表3 各測定地點突出危險性預測綜合指標法指標計算結果

4.2 煤與瓦斯突出危險性分析

在4個測定地點，埋深小于570m，二1煤層的破壞類型取Ⅴ類，堅固性系數f=0.10～0.40，瓦斯放散初速度指標△P=17～18，瓦斯壓力0.32 ～0.63MPa，單項預測指標未全部超過臨界值;綜合指標 D=-15.435 ～ -1.939，K=42.5 ～180，指標未全部超過臨界值。因此，根據單項指標和綜合指標鑒定結果，在南三采區回風上山統尺400m、480m和925m處及副立井底4個測定地點，不具有瓦斯突出危險性。進而預測井田南三采區二1煤層無煤與瓦斯突出危險性。

5 結論

(1)研究了礦井瓦斯地質規律

新安煤田位于華北板塊南緣，華熊臺緣拗陷的澠池—確山陷褶斷束北西部。從地質構造、頂底板巖性、煤層埋深、水文地質等因素進行分析，研究各因素對瓦斯賦存的影響。礦井煤層瓦斯含量整體上隨煤層埋深增加而增大。二1煤層瓦斯含量與埋深的數學模型為：X=0.021H-5.1232。

(2)煤與瓦斯區域突出危險性預測

根據預測地點各項已知參數，計算出了各點單項指標和綜合指標。由結果可知，各項預測指標均未全部超過臨界值，井田南三采區二1煤層無煤與瓦斯突出危險性。

[1]洛陽新安電力集團渠里煤礦改擴建工程建井地質報告，中煤三建三十工程處，2008.3.

[2]新安渠里煤礦礦井水文地質報告，河南省煤田地質局物探測量隊.

[3]洛陽新安電力集團渠里煤礦改擴建工程煤與瓦斯突出礦井鑒定報告，河南理工大學，2008.1.

[4]洛陽新安電力集團渠里煤礦改擴建初步設計安全專篇說明書，煤炭工業部鄭州設計研究院，2005.7.

[5]王佑安，《煤礦安全手冊》第二篇《礦井瓦斯防治》，煤炭工業出版社，1997.

[6]國家煤礦安全監察局，《煤礦安全規程》，煤炭工業出版社，2010.

[7]焦作礦業學院瓦斯地質研究室.瓦斯地質概率[M].北京：煤炭工業出版社，1990

[8]周世寧，林柏泉.煤層瓦斯賦存與流動理論[M].北京：煤炭工業出版社，1999.

[9]張子敏，張玉貴.瓦斯地質規律與瓦斯預測[M].煤炭工業出版社，2005.12.