海天煤業3號煤層瓦斯地質規律及防治措施

李朋朋

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海天煤業3號煤層瓦斯地質規律及防治措施

李朋朋

(山西晉煤集團澤州天安海天煤業有限公司，山西 晉城市 048000)

為了研究海天煤業3號煤層瓦斯地質規律，以瓦斯地質學理論為基礎，結合地勘和生產時揭露的瓦斯地質資料，采用定性定量相結合的方法建立數學模型，多維度、多層次分析了影響瓦斯賦存的地質因素，結果表明：煤層埋藏深度、瓦斯壓力與瓦斯含量呈正相關關系，地質構造、煤層頂底板巖性、埋藏深度是影響瓦斯賦存的主導因素，對天海煤業瓦斯災害防治和煤礦安全高產高效開采具有現實意義。

瓦斯地質規律；地質構造；瓦斯含量；回歸分析

煤礦瓦斯是一種非常復雜的氣體地質體，其形成、分布和賦存規律主要受瓦斯地質的控制[1]。隨著開采深度的逐漸增加，瓦斯含量、瓦斯壓力勢必出現增大現象，煤與瓦斯突出危險性也會增加，為了從根本上解決瓦斯問題，掌握煤層瓦斯賦存和煤層特征就顯得尤為重要。因此，對海天煤業3號煤層瓦斯突出危險性、涌出量進行準確預測，多角度、多層次深入研究其瓦斯地質規律，最大程度地從根本上解決瓦斯問題，進而有效地預防瓦斯事故，保證海天煤業安全高效 開采[2]。

1 礦井地質構造及控制特征

海天煤業有限公司核定生產能力0.6 Mt/a，礦井采用“一井一面”集約化生產方式，其中3號煤層位于山西組下部，煤層埋藏較深，井田內無露頭及風氧化現象，是主要可采煤層之一，厚度5.60~8.86 m，平均6.40 m，一般含一層夾矸，厚度為0~0.76 m，夾矸巖性多為泥巖或粉砂泥質巖，結構簡單一復雜，屬穩定可采煤層。頂板多為粉砂巖、泥巖，底板為粉砂巖、中砂巖、泥巖。煤層瓦斯含量為8.62~9.3 m3/t，瓦斯壓力為0.94 MPa，絕對瓦斯涌出量24.45 m3/min，相對瓦斯涌出量19.37 m3/t，批復等級為高瓦斯礦井。礦井采用斜井、立井混合開拓方式單水平開采3號煤層，采用全部垮落法管理頂板。

井田區域總體構造形態是一個傾向北西~北西西的單斜構造，而在此基礎上還發育一個構造形跡北北東向的寬緩褶皺，巖(煤)層呈波狀起伏形態，并伴有規模不大、落差較小的正斷層及低角度的逆斷層。

井田內地層大體走向北東、傾向北西，地層傾角變化也不大，基本在1°~4°之間。此外，在靠近井田東南部邊界處有一條比較發育的正斷層，走向北北東，斷層面傾向北西，傾角70°，落差15~30 m。該斷層沿井田邊界延伸，對井田內煤層開采影響不大。

由此可見，井田整體為一單斜構造，地層傾角相對平緩，除在井田東南部邊界處發育1條斷層外，井田內未發現巖漿巖等其它構造，井田構造屬簡單。

2 礦井瓦斯地質規律

2.1 斷層褶曲對煤層瓦斯賦存的影響

煤層頂底板的滲透性高低，會直接影響瓦斯的逸散、保存，如背斜可以保存更多的瓦斯，而且頂板越封閉，瓦斯向上運移的阻力越大，瓦斯排放不了只能保存下來，因此，大部分瓦斯只能通過兩翼的流通通道發育的區域逸散[3]。

海天煤業開采區域內總體為一寬緩的單斜構造，并有起伏不大的次一級褶曲發育，不影響井田的整體構造形態，對瓦斯賦存影響不大。

2.2 頂底板巖性對瓦斯賦存的影響

一般情況下，頂、底板巖石的孔隙率要比煤層的小，若孔隙-裂隙間沒有很好的連通性，滲透性差且隔氣，則可以提供瓦斯賦存的空間條件，瓦斯不容易逸散[4]。通常情況下，當煤層頂底板是比較致密、完整的頁巖、油母頁巖和泥巖等巖層時，煤層中的瓦斯基本上被保存下來；反之，瓦斯很容易逸散。海天煤業3號煤層頂板多為粉砂巖、泥巖，底板為粉砂巖、中砂巖、泥巖，在這種環境下，遺留下來的瓦斯很少。

2.3 煤層厚度對瓦斯賦存的影響

煤層厚度對瓦斯生成量也有一定的影響，因為煤厚變化破壞了瓦斯分布的均衡性、規律性，因此，在其他條件不變的情況下，煤厚變化也會導致瓦斯不均衡分布。

海天煤業3號煤的煤層厚度、瓦斯含量數據見表1，對煤層瓦斯含量與煤厚關系(見圖1)進行擬合，得出其煤厚()與瓦斯含量()的關系為=0.5319+ 5.6958。

表1 煤層厚度與瓦斯含量對應關系

圖1 煤厚與瓦斯含量關系

2.4 埋藏深度對瓦斯賦存的影響

地應力會隨著采深的增加而增大，表現為：煤層、圍巖的透氣性降低，增大了瓦斯從煤層到地表的運移距離，這種情形下就有利于瓦斯賦存[5]。根據海天煤業3號煤層瓦斯含量與埋深散點圖可知(如圖2所示)，瓦斯含量與埋藏深度呈正相關關系。

2.5 瓦斯含量分布規律及預測

根據大量文獻所述[6]，埋藏深度與瓦斯含量間的關系可進行定量的回歸分析，以埋深作為瓦斯含量的主要影響因素建立線性回歸模型，可以更直觀地分析二者之間的關系。

=0+11(1)

式中：1為煤層埋深。埋藏深度與瓦斯含量的對應關系見表2，用3號煤層11個實測數據為樣本[(x1，x2，…，x；y)，其中=1，2，…，11]，代入式(3)，擬合計算得出3號煤層埋深與瓦斯含量關系如圖2 所示。

表2 埋藏深度與瓦斯含量實測數據

圖2 瓦斯含量與埋深關系

依據表2，采用回歸分析法，生成瓦斯含量()與煤層埋深()的關系曲線(見圖2)，相關系數2=0.6752。建立了如下線性關系：

=0.0216?1.2834

式中，為瓦斯含量，m3/t；為煤層埋深，m。

由以上線性關系結合數據分析顯示，瓦斯含量隨埋深的增加有增大的趨勢，線性相關性較好。瓦斯含量增長梯度為1.97 m3/t/100 m。

一般來說，煤層瓦斯含量受到煤種、煤的變質程度、構造、埋深以及頂、底板巖性等多種地質因素的影響，不同的礦井所具有的地質條件不同，甚至同一礦井的同一煤層在不同區域差異性也很大，解決瓦斯問題的根本就是掌控瓦斯地質規律，這樣才能從真正意義上治理瓦斯問題。

通過對海天煤業的實際地質條件進行分析可知，海天煤業地質構造簡單，如構造、褶曲等只在局部地區存在，這些地質構造只對小區域煤層瓦斯賦存規律會產生影響，而埋藏深度在整個范圍內主導瓦斯含量的高低，煤層厚度的變化也在一定程度上影響瓦斯含量的高低。綜上可知，煤層的埋深是控制海天煤業瓦斯含量變化的主導因素，在開采過程中尤其要注意煤層厚度變化給安全生產帶來的不利影響。

3 瓦斯防治措施

海天煤業3號煤層在開采前應以瓦斯賦存、瓦斯涌出及瓦斯地質規律為依據，設計合理的瓦斯抽采系統，優化通風系統，完善監測監控體系，保證安全 生產。

(1) 完善瓦斯監測監控。采用多指標、多手段的綜合預測方法，提高瓦斯壓力測定和突出危險性預測的準確性。

(2) 加強瓦斯抽采。根據本礦實際，采用井下多種方法綜合抽采或井上下立體聯合抽采模式，將瓦斯含量及瓦斯壓力降低到臨界值以下。

4 結 論

(1) 在統計分析海天煤業相關數據的基礎上，結合其地質特征，得出了瓦斯含量、瓦斯壓力隨開采深度的增加而增加的線性關系。

(2) 定性分析斷層、褶曲、頂底板巖性等因素對瓦斯分布規律的影響，并通過回歸分析得到了控制瓦斯含量的主要因素是埋藏深度。

[1] 舒龍勇,程遠平,等.地質因素對煤層瓦斯賦存影響的研究[J].中國安全科學學報,2011,21(2):121?125.

[2] 賈永勇,婁 芳.阿艾礦區瓦斯地質規律研究[J].煤礦安全,2016, 47(7):14?17.

[3] 王凌鶴,李慶源,孔維一.沙曲礦井瓦斯地質規律研究[J].河南理工大學學報(自然科學版),2010,29(6):720?724.

[4] 楊峰峰,張巨峰,鄭 超,等.永紅煤礦3號煤層瓦斯地質規律之研究[J].隴東學院學報,2017,28(3):90?93.

[5] 陳金濤.打通一礦區瓦斯地質規律研究[J].山西煤炭,2017,37(5):47?49.

[6] 楊宏民,王 松,陳向軍,等.長平煤礦3號煤層瓦斯賦存規律分析[J].煤礦安全,2011(5):117?119.

2018?08?03

李朋朋(1989—)，男，河南焦作人，助理工程師，主要從事一通三防技術管理工作,Email: 2356059065@qq. com。