煤層瓦斯含量分布規律分析

吳玉才

【摘 要】 針對新建煤礦亟需掌握瓦斯賦存情況以便更好地指導礦井安全生產，文章采用實驗室試驗結合理論分析的研究方法，研究結果表明5號、9號煤層瓦斯含量與埋深關系均呈線性關系，通過5號、9號煤層的線性方程繪制出5號、9號煤層的瓦斯含量等值線圖;井田西部5號、9號煤層瓦斯含量較其他區域更大，其最大值分別為1.90m3/t、2.10m3/t，但均小于4m3/t，依據《煤礦地質工作規定》綜合評價煤礦內5號、9號煤層瓦斯類型屬簡單型。

【關鍵詞】 瓦斯含量;分布規律;瓦斯組分;線性方程

【中圖分類號】 TD712 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）03-0011-03

瓦斯是煤礦的主要自然災害之一，為煤礦正常安全高效生產帶來巨大隱患，由于瓦斯原因而引起的煤礦事故將會造成特別嚴重的人員傷亡、財產損失。本文基于某礦實際地質條件，對礦井煤層瓦斯含量分布規律進行分析研究，是制定礦井相應瓦斯治理方案的前提基礎，進而實現礦井的安全高效生產。

1礦井概況

某煤礦位于離柳礦區北端，整體上是一單斜構造。地層傾角范圍為15～25°，在井田北東部的局部地區傾角較大;斷層構造比較發育，但大部分斷層落差都小于10m;無巖漿巖侵入情況。主要開采山西組的5號煤層和太原組的9號煤層，平均煤厚分別為2.36m和9.56m，兩層煤平均層間距為50.63m。

本礦井田平面形態呈一近似長方形，南北長約20km，東西寬約3km，井田總面積為60.731km2，位于呂梁山脈中段西部，屬河東煤田中段，總體上為一走向近南北、向西緩傾斜的單斜構造，地層傾角一般15～25°。斷層較發育，但落差多小于10m，地質構造較為簡單。

2煤層瓦斯測試結果

根據該井田地勘期間采用地勘解吸法測定各鉆孔瓦斯含量的測定結果，在+200標高以上范圍內共有30個瓦斯鉆孔，其中5號煤層瓦斯鉆孔有14個，9號煤層瓦斯鉆孔有16個，依據化驗室測試成果對其瓦斯含量、瓦斯成分進行統計。

由于鉆孔煤樣采集深度、質量、密封和測定方法等不同影響因素，其瓦斯含量數據的可靠性會有差異，因此必須首先依據下述的4個方面基本原則對瓦斯含量數據進行可靠性評價：采集煤樣試驗灰分數據小于40%，否則認定為煤樣產品不合格;采集煤樣現場瓦斯解吸測定后要及時裝罐封閉，并確保脫氣前不會漏氣，否則認定為煤樣產品不合格;若相同瓦斯鉆孔同一煤層有大于等于2個的瓦斯含量測定數據，則以其最大值為準;對于斷層等地質構造及其附近區域的煤樣測定數據只作為控制斷層等地質構造帶瓦斯含量數據變化參考依據，而不以其作為最終瓦斯含量規律分析研究依據。

3煤層瓦斯組分分析

根據以往研究成果，在煤層有露頭或者位于沖積層下時，并且依據煤層瓦斯氣體組分的不同，在垂直方向上煤層瓦斯具有如表1所示的分帶劃分規律。

根據該井田地勘期間采用地勘解吸法測定各鉆孔瓦斯含量的測定結果：

5號煤層甲烷含量0.92～1.90ml/g·r，平均為1.47ml/g·r;瓦斯成分甲烷占1.61～43.89%，平均占20.06%;二氧化碳占0.19～18.32%，平均為6.69%;氮氣占44.58～92.21%，平均為72.81%;C2～C8占0.00～3.46%，平均為0.44%。依據以上瓦斯成分推斷：該井田范圍內5號煤層屬二氧化碳～氮氣帶、氮氣帶、氮氣～甲烷帶、甲烷帶，其中以氮氣～甲烷帶為主。

9號煤層甲烷含量1.06～1.96ml/g·r，平均為1.63ml/g·r;瓦斯成分甲烷占2.23～71.01%，平均占31.09%;二氧化碳占4.63～24.15%，平均為11.48%;氮氣占3.5～81.72%，平均為55.27%;C2～C8占0.00～15.15%，平均為2.16%。依據以上瓦斯成分推斷：該井田范圍內9號煤層屬二氧化碳～氮氣帶、氮氣帶、氮氣～甲烷帶、甲烷帶，其中以氮氣～甲烷帶為主。

4煤層瓦斯含量分布規律

根據該礦井周邊區域情況調整系數為1.10～1.25之間，由于本井田煤層埋深相對較深，這里取1.25。校正后的某煤礦5號、9號煤層地勘瓦斯含量測值見表2。

對表2進行分析可以看出，各瓦斯鉆孔的原煤瓦斯含量與煤層埋深之間有著直接關系，煤層埋深越深，其原煤瓦斯含量也越大。通常煤層瓦斯含量會受煤層巖石力學特性、煤質、埋深、地質構造、圍巖性質等各種不同因素影響，不同礦井所受各項影響因素的影響程度有所不同。針對某煤礦，上述各項影響因素當中煤層埋深是影響整個井田范圍的煤層瓦斯含量變化的最主要因素，而其他影響因素只是對井田局部范圍的煤層瓦斯含量變化有所影響。

某煤礦井田構造簡單，整體上是一單斜構造，斷層構造比較發育，但大部分斷層落差都小于10m;無巖漿巖侵入情況，屬于一個瓦斯地質單元。圖1是5號、9號煤層瓦斯含量與埋深關系圖。

（1）5號煤層

（2）9號煤層

通過圖1可以得出，5號、9號煤層瓦斯含量與埋深關系均呈線性關系，其中5號煤層的線性方程為W=0.0015H+0.7712，9號煤層的線性方程為W=0.0019H+0.5706，公式當中W、H分別表示為煤層瓦斯含量、埋深;5號、9號煤層瓦斯含量百米增長梯度分別為0.15m3/t/100m、0.19m3/t/100m。由此可以得出，該井田煤層瓦斯含量隨著埋深增大也會出現線性增大的規律。通過井田內瓦斯含量與埋深關系繪制如圖2所示的5號、9號煤層瓦斯含量等值線圖。

通過圖2可以得出，在該井田西部5號、9號煤層瓦斯含量較其他區域更大，其最大值分別為1.90m3/t、2.10m3/t，但均小于4m3/t。礦井瓦斯等級為低瓦斯礦井，5號、9號煤層均無突出危險區域，依據《煤礦地質工作規定》綜合評價煤礦內5號、9號煤層瓦斯類型屬簡單型。

5結論

根據垂直方向上煤層瓦斯氣體組分帶劃分規律，基于某煤礦5號、9號煤層瓦斯實際成分測定結果，分析得出：井田范圍內5號煤層屬二氧化碳～氮氣帶、氮氣帶、氮氣～甲烷帶、甲烷帶，其中以氮氣～甲烷帶為主;9號煤層屬二氧化碳～氮氣帶、氮氣帶、氮氣～甲烷帶、甲烷帶，其中以氮氣～甲烷帶為主。

對某煤礦各瓦斯鉆孔的原煤瓦斯含量與煤層埋深之間關系進行分析得出，煤層埋深越深，其原煤瓦斯含量也越大，并且5號、9號煤層瓦斯含量與埋深關系均呈線性關系，利用線性回歸分別得到5號、9號煤層瓦斯含量與埋深關系的線性方程，從而繪制得出5號、9號煤層的瓦斯含量等值線圖。

在井田西部5號、9號煤層瓦斯含量較其他區域更大，其最大值分別為1.90m3/t、2.10m3/t，但均小于4m3/t。礦井瓦斯等級為低瓦斯礦井，5號、9號煤層均無突出危險區域，依據《煤礦地質工作規定》綜合評價煤礦內5號、9號煤層瓦斯類型屬簡單型。

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