新疆焦煤集團(tuán)一八九〇煤礦5號(hào)煤層瓦斯與埋深關(guān)系分析

王寶群　王志輝

（1.新疆焦煤（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆烏魯木齊 830025；2.中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶 400037）

新疆焦煤集團(tuán)一八九〇煤礦5號(hào)煤層瓦斯與埋深關(guān)系分析

王寶群1王志輝2

（1.新疆焦煤（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆烏魯木齊 830025；2.中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶 400037）

煤層瓦斯是影響煤礦安全生產(chǎn)的重要因素，掌握煤層瓦斯賦存規(guī)律是瓦斯治理的重要前提保障。一八九〇煤礦根據(jù)地勘瓦斯參數(shù)推測(cè)的瓦斯賦存與實(shí)際相差較大，對(duì)礦井瓦斯治理造成不利影響。通過對(duì)一八九〇煤礦5號(hào)煤層埋深因素的分析研究，結(jié)合井下實(shí)測(cè)瓦斯數(shù)據(jù)，研究并掌握了一八九〇煤礦5號(hào)煤層的瓦斯賦存規(guī)律。

瓦斯抽采 瓦斯含量 瓦斯含量梯度 數(shù)據(jù)擬合

瓦斯是與煤的演化作用相伴生而形成的，它生產(chǎn)與煤層、賦存與煤層及其圍巖之中，其生產(chǎn)條件、保存條件、賦存和分布規(guī)律都受到十分復(fù)雜的地質(zhì)演化作用控制；由于不同煤層成煤條件不同，其瓦斯分布規(guī)律也存在差異。一八九〇煤礦5號(hào)煤層在巷道掘進(jìn)及回采過程中，與利用地勘瓦斯數(shù)據(jù)推測(cè)的瓦斯涌出量相比差別較大，同水平標(biāo)高存在多處瓦斯涌出異常區(qū)域。這對(duì)礦井瓦斯治理造成較大影響，對(duì)瓦斯治理的規(guī)劃造成不便。利用井下實(shí)測(cè)瓦斯數(shù)據(jù)并結(jié)合地質(zhì)分析，研究確定5號(hào)煤層準(zhǔn)確的瓦斯賦存規(guī)律成為礦井瓦斯治理的前提條件。

1　瓦斯含量測(cè)定

采用井下瓦斯含量直接測(cè)定法（DGC）測(cè)定了礦井5號(hào)煤層的瓦斯含量。測(cè)點(diǎn)布置見圖1，測(cè)定結(jié)果見表1。

表1　5號(hào)煤層瓦斯含量測(cè)定結(jié)果

2　埋深對(duì)瓦斯賦存的影響

煤層埋藏深度的增加不僅會(huì)因地應(yīng)力增高而使煤層和圍巖的透氣性降低，而且瓦斯向地表運(yùn)移的距離也增大，這兩者的變化均朝著有利于封存瓦斯而不利于放散瓦斯方向發(fā)展。在煤層瓦斯風(fēng)化帶之下的甲烷帶內(nèi)，煤層的瓦斯壓力、瓦斯含量和礦井瓦斯涌出量與煤層的埋藏深度之間都存在正相關(guān)系，即隨著煤層埋藏深度的增加而增加。所以在研究中一般使用埋深和瓦斯含量的關(guān)系來說明不同埋深條件下瓦斯含量的發(fā)展趨勢(shì)。1890煤礦5號(hào)煤層埋深與瓦斯含量、壓力線性關(guān)系如圖2所示。5號(hào)煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系數(shù)學(xué)模型為:

W:y=0.0254x+2.6273 R2=0.8099

一般認(rèn)為，在定量分析各因素對(duì)瓦斯賦存的影響時(shí)，當(dāng)擬合相關(guān)性系數(shù)R2大于0.6時(shí)，認(rèn)定為影響煤層瓦斯賦存的主控因素；相關(guān)性系數(shù)R2為0.36～0.6時(shí)，認(rèn)為對(duì)瓦斯賦存的影響有一定影響；相關(guān)性系數(shù)R2小于0.36時(shí)，認(rèn)為對(duì)瓦斯賦存的影響很小。5號(hào)煤層的瓦斯含量相關(guān)性系數(shù)均大于0.6，因此埋深是影響瓦斯賦存的主控因素。

根據(jù)煤層的瓦斯含量預(yù)測(cè)模型，可對(duì)礦井不同階段埋深的瓦斯參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，具體預(yù)測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2　煤層埋深200～500m瓦斯含量、壓力預(yù)測(cè)表

表3　5號(hào)煤層臨近層涌出量分源預(yù)測(cè)參數(shù)表

表4　5號(hào)煤層回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)

3　埋深對(duì)瓦斯涌出量的影響

首先對(duì)5號(hào)煤層進(jìn)行分源預(yù)測(cè)法盡心預(yù)測(cè)。分源預(yù)測(cè)法的實(shí)質(zhì)是按照礦井生產(chǎn)過程中的瓦斯涌出源的多少，各個(gè)涌出源瓦斯涌出量的大小來預(yù)測(cè)礦井、采區(qū)、回采面和掘進(jìn)工作面等的瓦斯涌出量，各個(gè)瓦斯涌出源涌出瓦斯量的大小是以煤層瓦斯含量、瓦斯涌出規(guī)律及煤層開采技術(shù)條件為基礎(chǔ)通過計(jì)算確定的。

分源預(yù)測(cè)法的計(jì)算公式如下:

（1）回采工作面開采煤層（包括圍巖）瓦斯涌出量:

式中，q1——開采煤層（包括圍巖）相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t；

k1——圍巖瓦斯涌出系數(shù)，對(duì)于陷落法頂板管理的工作面，取k1=1.3；

k2——工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)，其值為工作面回采率的倒數(shù)，工作面回采率按95%，則k2=1.05；

k3——順槽掘進(jìn)預(yù)排瓦斯對(duì)工作面煤體瓦斯涌出影響系數(shù)，采用長壁后退式回采時(shí)，系數(shù)k3按下式確定:

式中，L——回采工作面長度，m；

h——巷道瓦斯預(yù)排等值寬度，m，取h=18m；

m——煤層厚度，m，依據(jù)各煤層實(shí)際煤層厚度選取；

M——煤層采高，m，由于采用一次采全高，故取1；

W0——煤層瓦斯含量，m3/t，

Wc——煤的殘存瓦斯含量，m3/t。

（2）回采工作面鄰近層瓦斯涌出量:

式中，q2——鄰近層相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t；

mi——第i個(gè)鄰近層煤層厚度，m，根據(jù)實(shí)際情況取值；

m0——工作面采高，m；

ηi——第i個(gè)鄰近層瓦斯排放率，%，根據(jù)《礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法》附錄D取值；

Woi——第i個(gè)鄰近層煤層原始瓦斯含量，m3/t；

Wci——第i個(gè)鄰近層煤層殘存瓦斯含量，m3/t。

本次計(jì)算按照煤層的開采順序?yàn)閺纳现料拢炔缮喜棵簩樱蟛上虏棵簩印Ｓ?jì)算各煤層瓦斯涌出量時(shí)取的取值參數(shù)見表3。

預(yù)測(cè)結(jié)果見表4。

4　結(jié)語

（1）礦井5號(hào)煤層依據(jù)地勘鉆孔的瓦斯數(shù)據(jù)推測(cè)的煤層瓦斯含量偏低，主要原因是地勘鉆孔收集的瓦斯數(shù)據(jù)偏低，導(dǎo)致以此為依據(jù)的預(yù)測(cè)結(jié)果并不準(zhǔn)確。

（2）采掘過程中的瓦斯涌出量局部異常，這些異常點(diǎn)分布在地面成山構(gòu)造下，埋深較深，瓦斯含量較正常區(qū)域高，造成瓦斯涌出異常。

（3）礦井5號(hào)煤層隨埋深的加大瓦斯含量增加較快，經(jīng)計(jì)算埋深每增加百米瓦斯含量增加2.5m3。