大陽煤礦3 號煤層瓦斯賦存規律研究

韋國兵

（山西蘭花科創大陽煤礦分公司，山西 晉城 048000）

1 前言

山西蘭花科創大陽煤礦分公司位于澤州縣大陽鎮，井田區域橫跨澤州、高平兩地，行政區劃屬大陽鎮管轄，是一家地方國有煤礦。礦井工業場地位于晉城市北偏西約35 km 處，年生產能力1.80 Mt。現回采3 號煤層，埋深較深，瓦斯較大，為高瓦斯礦井。測定3#煤層瓦斯基本參數，厘清瓦斯賦存分布規律，才能準確有效地進行瓦斯防治工作。

2 礦井地質概況

大陽井田內構造以褶曲構造為主；發育8 條斷層，但除F1 斷距較大外，其余均不大；井田內陷落柱較發育，但規模較小；無巖漿巖體出露。總體地質構造程度屬簡單，礦井井田屬于同一瓦斯地質單元。構造綱要圖如圖1 所示。

3 3 號煤層瓦斯參數測定

3.1 煤層瓦斯含量測定結果

根據大陽煤業井下情況，在3 號煤層新鮮煤壁上選取含量測點，測定瓦斯含量，結果如表1 所示。

表1 3 號煤層瓦斯含量測定結果表

3.2 煤層瓦斯壓力測定結果

根據大陽煤礦3 號煤層的開采情況，在無地質構造裂隙帶且為原始煤體中施工測壓鉆孔，無其他人為卸壓影響，瓦斯壓力測定結果如表2 所示。

表2 3 號煤層瓦斯壓力測定結果表

4 瓦斯賦存影響因素

4.1 頂底板巖性對瓦斯賦存的影響

3 號煤層頂板大部為泥巖、粉砂巖，泥巖的厚度在4.3 m 左右。底板大部為泥巖、砂質泥巖，平均厚度為9.0 m。3 號煤層頂底板大部均為一定厚度的透氣性差的泥巖，具有很好的封蓋作用，能有效地阻止瓦斯逸散。

4.2 斷層對瓦斯賦存的影響

大陽井田斷層約有102 條，其中正斷層96 條，但以小斷層為主，僅有F1 正斷層規模較大，落差30 m，其余均較小。斷層多數是張性斷層，延深長度不長。張性正斷層是在擠壓應力場斷裂后受到拉伸發生反轉出現的，有利于瓦斯的擴散，但斷層僅在局部影響瓦斯賦存[1]。因此本礦井正斷層附近瓦斯含量相對較小，直接導致回采過斷層時瓦斯涌出量減少，例如3401 工作面在F46 斷層附近的瓦斯涌出量明顯小于斷層遠處。

4.3 褶曲對瓦斯賦存的影響

大陽井田內共發育9 條褶曲，均較為寬緩。根據現有研究和實踐，向斜軸部，受應力擠壓，裂隙不發育，瓦斯富集；而背斜軸部張性裂隙發育，瓦斯容易擴散[2]。例如S6 向斜在井田西部呈半圓弧形展布，軸向NW 轉NE，兩翼地層基本對稱，橫穿3405 工作面。在3405 回采工作面回采時，其風排瓦斯涌出量在開采到S6 向斜軸部時達到最大值14.81 m3/min，而在兩翼的涌出量僅在12 m3/min 左右。且在其軸部實測瓦斯含量為7.43 m3/t，相對翼部的含量也較大。

4.4 埋深對瓦斯賦存的影響

經研究和實踐表明，瓦斯賦存在甲烷帶內主要受埋深控制，與埋深具有較好的線性關系[3]。隨煤層的埋深增加，不僅地應力增加，透氣性變差，向地表擴散的難度和距離也變大[4]，而且壓力的增加也有助于瓦斯吸附，這些因素都有助于瓦斯的儲存。一般煤層瓦斯含量和壓力會隨埋深的增大而提高。

根據瓦斯垂直分帶劃分標準，大陽煤礦3號煤層實測瓦斯最大值含量為7.68 m3/t，最大瓦斯壓力0.49 MPa。瓦斯組分以甲烷為主，濃 度 在70.64%～88.28%， 其 次 為 氮 氣， 濃 度10.29%～29.86%、二氧化碳濃度0.25%～1.34%。認為3 號煤層深部處于甲烷帶，淺部是處于瓦斯風化帶內，以甲烷帶為主。瓦斯風化帶下部邊界大約為埋深380 m 左右。

根據表1 和表2 數據，繪制大陽煤礦3 號煤層瓦斯壓力和瓦斯含量與埋深關系圖，如圖2、圖3所示。

圖2 3 號煤層瓦斯含量與埋深關系圖

圖3 3 號煤層瓦斯壓力與埋深關系圖

瓦斯含量和壓力均隨埋深增加而增加。對數據進行回歸分析，根據擬合結果，大陽煤礦3 號煤層瓦斯含量與埋深的擬合方程如式（1），瓦斯壓力與埋深的擬合方程如式（2）。

式中：W 為瓦斯含量，m3/t；H 為煤層埋深，m；P 為瓦斯壓力，MPa。

在顯著性水平α=0.05 下，分別對回歸方程進行顯著性檢驗。式（1），F=56.82 ＞F 0.05（1，7）=5.59，線性關系顯著。式（2），F=22.86 ＞F 0.05（1，4）=7.71，線性關系顯著。根據F 檢驗結果，煤層瓦斯含量、瓦斯壓力和埋深的線性關系顯著，認為埋深是該區域瓦斯賦存的主控因素。

圖4 3 號煤層瓦斯賦存等值線圖

利用surfer 軟件繪制3 號煤層的瓦斯賦存等值線圖，能夠反映大陽煤礦3 號煤層的整體瓦斯賦存規律，如圖4 所示。井田范圍內礦井西部的瓦斯含量和壓力相比東部大，其中的最大值在井田西北角，最大瓦斯含量為7.83 m3/t，最大瓦斯壓力為0.57 MPa，東北角和東南角的瓦斯含量和壓力最小，總體呈現西部大、東部小的分布情況。

5 結論

（1）大陽煤礦井田內地質構造復雜程度屬簡單，3 號煤層瓦斯賦存的主控因素是埋深。

（2）3 號煤層瓦斯含量與埋深的擬合方程為：W=0.003 3H+5.735 1，瓦斯壓力與埋深的擬合方程為：P=0.000 6H+0.19。

（3）繪制3 號煤層瓦斯賦存等值線圖，瓦斯賦存整體上呈現西部大、東部小的分布情況，最大值在井田西北角。

（4）3 號煤層瓦斯賦存規律和研究結論為確定礦井、采區、工作面瓦斯防治措施提供科學依據。