夏店礦31采區(qū)3號煤層瓦斯參數(shù)測試及預(yù)測研究

劉小鵬，王永紅，雷東記

(1.山西潞安礦業(yè)集團(tuán)慈林山煤業(yè)有限責(zé)任公司夏店煤礦， 山西 長治市 046000；2.河南理工大學(xué)， 河南 焦作市 454000)

0 引言

我國煤礦瓦斯治理實(shí)施“可保盡保，應(yīng)抽盡抽”的戰(zhàn)略舉措取得了良好的安全效果[1-2]，因此，瓦斯抽采措施是瓦斯治理重點(diǎn)工作之一[3-6]，瓦斯治理工作要做到安全高效，瓦斯抽采技術(shù)要具有合理性和針對性，就必須了解煤層瓦斯的基本參數(shù)。本文通過對瓦斯參數(shù)的測定，分析瓦斯參數(shù)與地質(zhì)參數(shù)的關(guān)系，利用瓦斯地質(zhì)理論，分單元研究了瓦斯賦存規(guī)律，為礦井的通風(fēng)設(shè)計(jì)、瓦斯抽采設(shè)計(jì)和瓦斯防治工作提供了科學(xué)依據(jù)。

1 采區(qū)概況

31采區(qū)3號煤層呈現(xiàn)西深、東淺、東南陡的賦存特征。3號煤層底板總體形態(tài)為一向北西傾的單斜構(gòu)造，地層總體產(chǎn)狀較平緩，傾角3°～9°，局部（東南部）較陡，達(dá)15°～18°。同時區(qū)內(nèi)尚發(fā)育多個斷裂構(gòu)造（DF1-DF5），及次一級的褶曲（S1向斜和S2背斜）波狀起伏。3號煤層最淺處在區(qū)內(nèi)東南部邊界附近，底板標(biāo)高約為+495 m，最深處在區(qū)內(nèi)西部，底板標(biāo)高約+320 m。3號煤埋深約在505 m～680 m。

1.1 褶皺構(gòu)造對瓦斯賦存的影響

31采區(qū)內(nèi)S1向斜影響著采區(qū)內(nèi)瓦斯賦存特征。靠近向斜軸部，應(yīng)力集中，含量較大，如鉆孔ZK3-3，地勘鉆孔瓦斯含量為13.29 cm3/g，向斜一翼煤層抬升，傾角變大，易于形成瓦斯解吸通道，瓦斯有所降低，如鉆孔0709，地勘鉆孔瓦斯含量為10.41 cm3/g，鉆孔0804，地勘鉆孔瓦斯含量為11.18 cm3/g，見表1。

表1 褶皺構(gòu)造與瓦斯含量關(guān)系

1.2 斷層構(gòu)造對瓦斯賦存的影響

31采區(qū)3號煤層共展布NNW、NNE向斷層5條，其中正斷層4條，逆斷層1條。NNE采區(qū)內(nèi)主控構(gòu)造方向，其中NNE向的斷層DF1為逆斷層，斷裂斷面多為密閉性，為壓性斷層，附近瓦斯含量相對較高。因此，在 31采區(qū)內(nèi)進(jìn)行采掘活動時應(yīng)著重對待斷層附近的瓦斯賦存情況。

31采區(qū)瓦斯地質(zhì)規(guī)律如下：

（1）主體構(gòu)造為 NNE、NNW 向的褶皺和斷層，主控構(gòu)造為S1向斜和DF1逆斷層；

（2）斷層尖滅處和構(gòu)造復(fù)合部位，如S1向斜和DF1斷層復(fù)合控制區(qū)，瓦斯可能會異常高，鉆孔ZK3-3的地勘瓦斯含量就驗(yàn)證了這一現(xiàn)象。

2 采區(qū)瓦斯參數(shù)測試及預(yù)測

2.1 瓦斯含量測試

對 31采區(qū)進(jìn)行瓦斯含量測定工作，布置了 6個測點(diǎn)，滿足《細(xì)則》有關(guān)測點(diǎn)布置的要求，其中測點(diǎn)1,2,3為煤層走向測點(diǎn)，測點(diǎn)4,5,6為煤層傾向測點(diǎn)。

依據(jù)瓦斯含量測定方法，對礦井3號煤層瓦斯含量進(jìn)行了現(xiàn)場測定和實(shí)驗(yàn)室測定，測定結(jié)果如表2所示。

2.2 瓦斯含量的補(bǔ)償及驗(yàn)證

依據(jù) 31采區(qū)內(nèi)井下實(shí)測的瓦斯含量，并依據(jù)瓦斯地質(zhì)理論[7-9]和地勘期間的鉆孔瓦斯含量，對31采區(qū)瓦斯含量進(jìn)行補(bǔ)償及驗(yàn)證（見表3和表4）。

表3中，首先分析各個測點(diǎn)的所在區(qū)域，其次對揭露區(qū)測試的瓦斯含量進(jìn)行補(bǔ)償，將采區(qū)內(nèi)地質(zhì)勘探期間測定的煤層瓦斯含量與對其預(yù)測所得值進(jìn)行對比，并預(yù)測值與實(shí)際值比值定義為揭露后瓦斯含量的補(bǔ)償系數(shù)，31采區(qū)地勘期間瓦斯含量與預(yù)測瓦斯含量相差1.4倍，考慮到0804、ZK3-3瓦斯成分高達(dá)80%，可認(rèn)為這兩個鉆孔瓦斯含量基本符合真實(shí)情況。然后，對預(yù)抽影響區(qū)測試的瓦斯含量進(jìn)行補(bǔ)償：對比地勘鉆孔與緊鄰測點(diǎn)的測試值可知，相差的煤層瓦斯含量值約為8.0 m3/t，以此作為預(yù)抽后測試的瓦斯含量的補(bǔ)償值。

表2 夏店煤礦31采區(qū)3號煤層瓦斯含量測定結(jié)果

表3 31采區(qū)井下實(shí)測與地勘鉆孔瓦斯含量對比分析

表4 31采區(qū)實(shí)測瓦斯含量修正

表4中，通過瓦斯賦存規(guī)律及顯著性檢驗(yàn)對修正值進(jìn)行驗(yàn)證（R＞0.9）和進(jìn)行擬合，可知R=0.93，表明經(jīng)過對揭露區(qū)和預(yù)抽區(qū)的瓦斯含量進(jìn)行補(bǔ)償后，不僅符合瓦斯賦存規(guī)律，而且顯著性檢驗(yàn)可靠。據(jù)此，預(yù)測 31采區(qū)原始煤層的瓦斯含量，從公式可得出31采區(qū)的標(biāo)高范圍（350 m～610 m）的瓦斯含量分布范圍為6 m3/t～14 m3/t（見圖1）。

2.3 瓦斯壓力預(yù)測

由于 31采區(qū)已處于煤層揭露階段，瓦斯壓力按殘存瓦斯壓力計(jì)算，煤層瓦斯壓力通過煤層實(shí)測的瓦斯含量反向計(jì)算確定。結(jié)合夏店煤礦實(shí)測的瓦斯吸附常數(shù)、孔隙率等參數(shù)結(jié)果，對3號煤層瓦斯壓力進(jìn)行計(jì)算及預(yù)測（見圖2），3號煤層參數(shù)如表5所示。

圖1 采區(qū)瓦斯含量與標(biāo)高關(guān)系

圖2 采區(qū)瓦斯壓力與標(biāo)高關(guān)系

據(jù)此，預(yù)測 31采區(qū)原始煤層的瓦斯壓力，從公式可得出31采區(qū)的標(biāo)高范圍（350 m～610 m）的瓦斯壓力分布范圍為0.01 MPa～1.10 MPa左右，瓦斯壓力梯度為0.45 MPa/100 m。

表5 3號煤層基礎(chǔ)參數(shù)

3 采區(qū)瓦斯地質(zhì)單元的劃分及異常區(qū)預(yù)測

依據(jù)31采區(qū)瓦斯賦存特征，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，以31采區(qū)控制性斷層DF3正斷層為界，劃分為2個瓦斯地質(zhì)單元，DF3右翼（淺部）為第一瓦斯地質(zhì)單元，DF3左翼（深部）為第二瓦斯地質(zhì)單元。

第一瓦斯地質(zhì)單元開采標(biāo)高為430 m～610 m，瓦斯含量5.5 m3/t～11.5 m3/t，瓦斯壓力0.01 MPa～0.74 MPa，煤層厚度5 m～6.5 m，局部發(fā)育幾條NNW的小斷層，本單元瓦斯賦存的主控因素為煤層埋藏深度，瓦斯異常區(qū)域?yàn)镈F3斷層影響區(qū)內(nèi)。

第二瓦斯地質(zhì)單元開采標(biāo)高為350 m～430 m，瓦斯含量11.5 m3/t～14 m3/t，瓦斯壓力0.74 MPa～1.10 MPa，煤層厚度5 m～6.5 m，此單元屬于復(fù)合構(gòu)造區(qū)域，F(xiàn)1、DF2逆、正斷層交替出現(xiàn)，同時S1、S2 背向斜褶皺影響區(qū)，本單元瓦斯賦存的主控因素為地質(zhì)構(gòu)造，瓦斯異常區(qū)域?yàn)?S1、S2構(gòu)造復(fù)合控制區(qū)域，+433 m及以深區(qū)域應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)勘探及瓦斯預(yù)測工作。

4 結(jié)論

31采區(qū)瓦斯含量具有西高東低的趨勢，向斜軸部附近的瓦斯含量比其它地方高。有高角度的正斷層附近，利于瓦斯的釋放，瓦斯含量低。結(jié)合瓦斯地質(zhì)理論，劃分了2個瓦斯地質(zhì)單元，第一瓦斯地質(zhì)單元瓦斯賦存的主控因素為煤層埋藏深度，瓦斯異常區(qū)域?yàn)镈F3斷層影響區(qū)內(nèi)，附近50 m范圍內(nèi)受斷層剪滅擾動應(yīng)力集中的影響，應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)勘探及瓦斯預(yù)測工作；第二瓦斯地質(zhì)單元屬于復(fù)合構(gòu)造區(qū)域，瓦斯賦存的主控因素為地質(zhì)構(gòu)造，瓦斯異常區(qū)域?yàn)镾1、S2構(gòu)造復(fù)合控制區(qū)域。433 m及以深區(qū)域應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)勘探及瓦斯預(yù)測工作。