告成煤礦25031工作面瓦斯賦存規律研究

郭思堂

(鄭州煤電股份有限公司 告成煤礦，河南 登封 452470)

瓦斯是在古代植物成煤時期經復雜的物理化學作用生成。復雜的地質作用影響著瓦斯的生成過程和賦存分布規律[1-2]。瓦斯存在于煤層之中，伴隨著煤炭的開采而不斷涌出，嚴重威脅著礦井生產。為了能夠對瓦斯含量進行預測，對告成煤礦25031工作面的防突措施設計提供指導，迫切需要對25031工作面的瓦斯地質規律進行研究。本文主要采用室內自然解吸法計算了煤層原始瓦斯含量，并根據地質資料和實測數據分析了地質構造、水文地質、頂底板巖性、煤層厚度和煤層埋藏深度5個因素對25031工作面瓦斯賦存的影響規律。

1 礦井及工作面概況

告成煤礦是一處煤與瓦斯突出礦井，位于河南省登封市告成鎮境內。礦井目前開拓方式為多水平上下山開拓，現主采二1煤層，煤層平均厚度4.86 m，傾角15～22°。

25031工作面位于始突標高以下，沿煤層走向布置，可采走向長789.6 m，傾斜長198 m，面積156 340.8 m2。北面是25采區的3條下山，南面緊臨23采區邊界1號、2號集中下山，西面是已經回采完畢的25091工作面，東面是正在回采當中的25011工作面。

25011工作面和25091工作面是25031工作面的兩個相鄰工作面。現場監測數據表明，25011工作面實測原始瓦斯含量3.01～16.51 m3/t； 25091工作面實測原始瓦斯含量2.20～15.99 m3/t，平均9.07 m3/t。

2 原始瓦斯含量的測定

根據《煤層瓦斯含量井下直接測定方法》并結合25301工作面的實際情況，在25031工作面附近測點測定其井下自然解析瓦斯量，并根據常壓自然解吸法計算煤層原始瓦斯含量。對25031回采工作面區域內與煤厚、埋深與原始瓦斯含量相關數據進行整理分析，如表1所示。

表1 25031工作面原始瓦斯含量測試值

3 影響瓦斯賦存規律的因素分析

3.1 地質構造對瓦斯賦存的影響

斷層使巖層的整體性受到破壞，巖層發生錯位，同時斷層附近的巖體破碎程度較高，為瓦斯的遷移提供通道[3]。斷層的規模越大，瓦斯逸散的范圍越大，極大地減小了瓦斯的富集程度。25031工作面為回采工作面，工作面多為滑動構造帶內直接壓煤，巖性為斷層泥和斷層角礫巖。如表2所示，25031工作面回采范圍內共揭露6條底板正斷層受斷層影響，煤層頂底板波動較大，斷層破碎帶為瓦斯提供了逸散通道。因此，25031工作面滑動構造帶及斷層的存在，是影響該工作面瓦斯賦存的主要因素。

表2 25031工作面煤層頂板斷層其特征

3.2 水文地質對瓦斯賦存的影響

瓦斯在煤中的流動，除了受壓力的影響外，也受煤層中水的制約。地下水流動的通道也會成為瓦斯流動的直接通道。在25031工作面區域內，主要考慮頂板水、底板水和斷層水對瓦斯賦存的影響。

其中，頂板主要出水源為二1煤層頂板滑動構造破碎帶內裂隙水，該含水層富水性弱，含水不豐富，對瓦斯賦存影響不大。工作面回采區域內底板灰巖溶裂隙承壓水含水層與二1煤層對接，在垂直和水平方向上溝通了各含水層，地下水發揮水力運移逸散作用[4]，部分煤層瓦斯隨地下水活動而逸散，降低了煤層瓦斯含量。同時，地下水充填了煤體中的孔隙裂隙，減少了瓦斯在煤體中的存儲空間。因此，底板水的活動是影響25031工作面瓦斯賦存的影響因素之一。經過水文地質情況分析，該工作面回采范圍斷層不存在導水性，對瓦斯賦存的影響較小。綜上，25031回采工作面區域內，底板水的活動在一定程度上影響了瓦斯賦存，使得工作面內煤層局部原始瓦斯含量降低。

3.3 頂底板巖性對瓦斯賦存的影響

根據對25031工作面的地質勘察，煤層頂底板巖性及其特征如表3所示。25031回采工作面區域內頂底板受到滑動構造破碎帶的影響，而破碎帶的分布是不均勻的，其厚度及破碎程度的差異，對瓦斯的影響也不盡相同。25031工作面直接頂為斷層泥和斷層角礫巖，其破碎程度較高，有利于瓦斯的運移和逸散；直接底和老底以泥巖和灰巖為主，結構較為完整，將有利于瓦斯相對富集。

表3 25031工作面頂底板巖性及其特征

3.4 煤層厚度對瓦斯賦存的影響

煤在形成的同時伴隨著瓦斯的生成，煤層厚度的變化影響著瓦斯含量的改變。煤體是瓦斯賦存的載體，若不考慮其他因素的復合影響，煤層厚度增加時，瓦斯賦存的空間也相應增加，瓦斯含量也相應增大。

依據表1，對告成礦25031工作面二1煤層瓦斯含量(y)與其煤厚(x)進行線性回歸分析，如圖1所示。由圖1 可知，25031工作面首段煤層原始瓦斯含量與煤層厚度線性關系較差，相關性系數R2=0.117 5，這可能是由于地質構造等原因起了主導作用，破壞了瓦斯在煤層中賦存的狀態。因此根據煤層厚度與原始瓦斯含量的擬合情況，煤層厚度對瓦斯含量的變化影響不顯著。

圖1 25031回采工作面煤層厚度與原始瓦斯含量的關系

3.5 煤層埋藏深度對瓦斯賦存的影響

隨著煤層埋藏深度的增加，地應力隨之增大。煤體或上覆巖層在地應力的作用下，密實程度較高，煤層和上覆巖層的透氣性降低，瓦斯逸散較慢。因此瓦斯含量與煤層埋藏深度有關[5]。

由圖2可知，在去除受到斷層影響區域的瓦斯含量后，剩余點埋深與原始瓦斯含量線性相關性較好，相關系數R2=0.552 9。從圖中可以看出，不同埋深的原始瓦斯含量數據點在擬合直線附近上下波動，原始瓦斯含量隨著煤層埋深的增加而增大。根據線性擬合，建立了如下關系表達式：

圖2 25031回采工作面埋深與原始瓦斯含量的關系

y=0.122x- 51.354

(1)

式中：x為煤層埋深，m；y為瓦斯含量，m3/t。

4 結 語

1) 25031工作面附近的煤層原始瓦斯含量離散性較大，主要在7.2～14.75 m3/t之間。

2) 25031工作面的煤層厚度與原始瓦斯含量的線性擬合較差，煤層埋藏深度與原始瓦斯含量的線性擬合較好。

3) 煤層埋藏深度和地質構造是影響25031工作面瓦斯賦存的主要因素。底板水的活動在一定程度上影響了瓦斯賦存，使得工作面內煤層局部原始瓦斯含量降低。