夏店煤礦瓦斯賦存規律分析

楊萬海，畢國生，張軍義

（潞安集團慈林山煤業有限公司 夏店煤礦，山西 長治046000）

瓦斯為嚴重影響礦井安全生產的重要因素之一。瓦斯賦存規律是礦井瓦斯防治工作及通風設計重要的基礎依據，為了科學規范地開展礦井瓦斯災害防治與管理工作，提前預測瓦斯災害，保證礦井的安全生產，必須要正確地對礦井所開采煤層的瓦斯賦存規律及其涌出量進行預測。夏店煤礦為了掌握井田內3＃煤層開采過程中礦井瓦斯賦存的規律性，結合本礦煤層賦存條件、開采技術條件和設計開采方案，采取進行相關實驗室試驗的方法，對瓦斯賦存規律進行研究，對夏店煤礦安全生產具有重要意義。

1 瓦斯基本參數測定

1.1 煤體瓦斯吸附常數及煤工業組分分析

采用實驗室測定煤樣吸附常數a、b值，同時，由于煤的工業組分直接影響著煤層瓦斯含量的計算，所以，同時對夏店礦3＃煤層的工業組分進行測定。煤層瓦斯吸附常數和工業組分測定結果見表1。

表1 煤層瓦斯吸附常數和工業組分測定結果

1.2 煤層瓦斯含量測定

煤層瓦斯含量是掌握瓦斯分布規律和預測煤與瓦斯突出的基礎。目前，國內外測定瓦斯含量的方法有多種，為了分析3＃煤層瓦斯分布規律，夏店煤礦在井下選擇合適位置，采用鉆孔煤屑解吸法對3＃煤層瓦斯含量進行了實測。其原理為：井下采集新鮮原始煤樣，實測煤樣瓦斯解吸量，根據煤樣瓦斯解吸規律推算取樣過程煤樣的損失瓦斯量，然后測定煤樣的殘存瓦斯量，最后根據煤樣的取樣損失瓦斯量、瓦斯解吸量、殘存瓦斯量和煤樣重量計算煤層瓦斯含量。根據鉆孔煤屑解吸法的原理，結合夏店煤礦的現場實際條件，在3＃煤層選取了5個測點對該煤層瓦斯含量進行現場測定，其結果見表2。

表2 3＃煤層瓦斯含量結果匯總

2 礦井瓦斯賦存分布規律分析

2.1 煤層瓦斯組分分析

當煤層具有露頭或煤層處于沖積層之下時，煤層瓦斯會出現垂直分帶現象，一般情況下，煤層瓦斯的垂直分帶現象具有連續性。從3＃煤層鉆孔煤層瓦斯樣測試結果來看，煤層瓦斯中甲烷（CH4）成份為0%～93.74%，平均51.57%；二氧化碳（CO2）成份為0.16%～20.84%，平均4.74%；氮氣（N2）成份為0.81%～92.46%，平均41.67%。根據煤層瓦斯垂直分帶劃分標準，本區3＃煤層埋深大于260m為甲烷帶、小于260m為瓦斯風化帶。因此，判定夏店煤礦3＃煤層風化帶下限為煤層埋深260m。

2.2 煤層瓦斯分帶主要原因分析

影響井田瓦斯含量及分帶的主要因素為煤層埋藏深度和地質構造。隨著煤層埋藏增加，瓦斯含量總體呈增加趨勢，瓦斯分帶也由風氧化帶向甲烷帶轉變。在斷層附近，由于巖性破碎、裂隙發育，有利于瓦斯逸散，瓦斯含量相對降低。3＃煤層在802號鉆孔逆斷層附近，瓦斯分帶為氮氣帶；在井田南部由于斷層發育，加之西川斷層為導水斷層，地下水的流動也會帶走一部分瓦斯，瓦期含量較低，瓦斯分帶亦為氮氣帶。礦區西部煤層埋深增加且少有斷層等有利于瓦斯逸散的地質構造，瓦斯含量與甲烷成分較高，為甲烷帶。

2.3 夏店煤礦煤層瓦斯賦存規律分析

眾所周知，在影響煤層含量的因素當中，其埋深是主要的因素之一。一般情況下，淺埋煤層中的瓦斯含量小，反之，隨著煤層埋藏深度的增加，地應力相應增高，同時，圍巖的透氣性降低，所以，煤層所含瓦斯向地表運移的距離相應也增大，不利于瓦斯的逸散。由此可知：瓦斯含量、涌出量及瓦斯壓力主要隨煤層埋藏深度增加而變大。夏店煤礦3＃煤層瓦斯含量與煤層埋藏深度關系如圖1所示。

圖1 3＃煤層瓦斯含量與煤層埋深變化

從圖1中可以看出，3＃煤層的瓦斯含量隨煤層埋藏深度增加而增加，且有較好的規律性。經線性回歸分析：3＃煤層瓦斯含量（X）與埋藏深度（H），兩者之間具有如下形式的線性統計規律（相關系數R2＝0.8984）。

式中：X為煤層瓦斯含量，m3／t；H為煤層埋藏深度，m。

夏店煤礦瓦斯含量大致呈西高東低的趨勢，并且隨著瓦斯含量的增大，煤層瓦斯中甲烷的含量也增大，井田范圍內埋深大于260m的3＃煤層處于甲烷帶。經回歸分析瓦斯含量與埋深之間遵循X＝0.0251H＋1.086的線性統計規律，瓦斯含量增長梯度2.51m3／t／100m。

3 結語

1）綜合分析3＃煤層瓦斯含量與煤層氣成份，可以看出山西潞安集團夏店煤礦3＃煤層埋深大于260m為甲烷帶、小于260m為瓦斯風化帶。

2）3＃煤層瓦斯含量具有隨埋藏深度增加而加大的整體趨勢。經線性回歸分析，3＃煤層兩者之間遵循X＝0.0251H＋1.086的線性統計規律，瓦斯含量增長梯度2.51m3／t／100m。