五里堠煤業15號煤層瓦斯分布規律與突出危險性分析

李新宇

(山西潞安礦業(集團)有限責任公司 晉中分公司，山西 晉中 030600)

長期以來，煤炭一直是我國的主要消費能源之一，并且短期內其消費地位不會改變，預計到2030年，煤炭在我國一次能源消費結構中占比仍在50%以上。對于煤礦開采，瓦斯是煤礦生產中重大安全隱患之一，在瓦斯綜合防治中，為了避免盲目治理，要求瓦斯管理工作必須做到有效性、可靠性和有預見性[1-2]。近年來，一些礦井在建井過程中就曾發生過煤與瓦斯突出事故，造成了巨大的人員傷亡和財產損失，有些雖然未發生突出事故，但隨著開采深度和強度的不斷增大，發生煤與瓦斯突出事故的概率也逐漸增加。因此，為防患于未然，開展煤層瓦斯分布規律研究，分析并預防煤與瓦斯突出危險性是十分必要的[3-5]。

1 工程概況

五里堠煤業井田位于太行山西麓，井田內地形西高東低，區內溝谷比較發育，地形較復雜，井田范圍內有少量斷層、陷落柱分布，未發現巖漿巖，屬簡單構造。本井田主要含煤地層為太原組和山西組，可采煤層自上至下有3號、4號、7號、8號、9號、15號共計6層，其中7號、8號、9號煤層屬于高硫煤，暫不考慮回采，根據礦井開拓與開采方案，全井田共劃分為4個采區，其中15號煤層劃分為2個采區，為雙翼采區。資料顯示，五里堠煤業鄰近正明煤業開采的15號煤層為煤與瓦斯突出煤層，為了防患于未然，需開展五里堠煤業15號煤層瓦斯分布規律與突出危險性的研究與分析。

2 煤層瓦斯分布規律

2.1 煤層瓦斯含量分布規律

井下鉆孔瓦斯解吸法是一種常用的煤層瓦斯含量測試方法，其具體方法如下：①4號、5號、6號井下采集新鮮原始煤樣；②實測煤樣瓦斯解吸量；③推算煤樣瓦斯損失量；④測定煤樣的瓦斯殘存量，⑤根據煤樣瓦斯損失量、瓦斯解吸量、瓦斯殘存量等綜合計算煤層瓦斯含量[5]。采用井下鉆孔瓦斯解吸法測定五里堠煤業15號煤層瓦斯含量，測試結果見表1。

表1 五里堠煤業15號煤層瓦斯含量測試結果

根據五里堠煤業15號煤層瓦斯含量測試結果繪制瓦斯含量與埋深關系曲線，如圖1所示。

由表1、圖1可知，五里堠煤業15號煤層瓦斯含量與埋深呈線性相關(y=0.016 4X-0.525 7，R2=0.968 4)，15號煤層瓦斯含量梯度為1.64 m3/(t ·100 m)，目前，五里堠煤業15號煤層開采范圍內最大埋深約500 m，預測該區域煤層瓦斯含量為7.67 m3/t。

2.2 煤層瓦斯壓力分布規律

煤層瓦斯壓力是指煤體孔隙中所含游離瓦斯的氣體壓力，一般來說，煤層瓦斯壓力越高，煤層瓦斯含量也就越大[6]。采用直接測定方法測定五里堠煤業15號煤層瓦斯壓力，有效結果共計7組，見表2。

圖1 五里堠煤業15號煤層瓦斯含量與埋深關系圖

表2 五里堠煤業15號煤層瓦斯壓力測試結果

根據五里堠煤業15號煤層瓦斯壓力測試結果繪制15號煤層瓦斯壓力與埋深關系曲線，如圖2所示，由表2和圖2可知，五里堠煤業15號煤層煤層瓦斯壓力與埋深呈線性相關(P=0.002 1X-0.377 6，R2=0.965 9)，五里堠煤業15號煤層埋深每增加100 m，相對瓦斯壓力增加0.21 MPa，即瓦斯壓力梯度為0.21 MPa/100 m。

圖2 五里堠煤業15號煤層瓦斯壓力與埋深關系圖

3 煤與瓦斯突出危險性分析

煤與瓦斯突出是多種因素共同作用下產生的復雜動力現象，采用單一指標難以進行準確預測，必須考慮多種因素共同作用效應，目前常采用共采用煤層原始瓦斯壓力、煤的瓦斯放散初速度、煤的堅固性系數以及煤的破壞類型等作為判定煤與瓦斯突出危險性的4個單項突出危險性指標[7]。本文綜合采用上述4個突出危險性單項指標，分析確定五里堠煤業15號煤層突出危險性，各項指標測定結果見表3。

表3 五里堠煤業15號煤層實測突出危險性指標結果

由表3可知,五里堠煤業15號煤層破壞類型為Ⅱ類，未達到臨界值，15號煤層相對瓦斯壓力0.66 MPa，小于臨界值0.74 MPa，15號煤層堅固性系數0.37，小于臨界值0.5，15號煤層瓦斯放散初速度指標30.9，大于臨界值10。綜上所述，僅有1個指標超過了臨界值，同時，根據實測最大瓦斯含量為7.37 m3/t(埋深490 m)，預測開采范圍內最大埋深(500 m)處瓦斯含量為7.67 m3/t，均未超過臨界值(8 m3/t)。因此，綜合分析確定五里堠煤業15號煤層目前開采范圍煤層無突出危險性。

4 結 語

為了防患于未然，開展煤層瓦斯分布規律研究、分析煤與瓦斯突出危險性是十分必要的。井下實際測定了五里堠煤業15號煤層瓦斯含量和壓力，測定結果顯示五里堠煤業15號煤層瓦斯含量、壓力與埋深呈線性相關，且相關性系數均大于0.9，15號煤層瓦斯含量和壓力梯度分別為1.64 m3/(t ·100 m)、0.21 MPa/100 m。基于此，綜合采用4個突出危險性單項指標測試結果，分析確定五里堠煤業15號煤層目前開采范圍無煤與瓦斯突出危險性。