上孔煤業3號煤層瓦斯涌出量預測分析

李健

（晉能控股集團陽城晉圣上孔煤業有限公司，山西 晉城 048006）

1 概 況

上孔煤業有限公司位于陽城縣城60°方向直距約5 km處，行政隸屬陽城縣鳳城鎮、潤城鎮及町店鎮管轄。井田東西寬5.5 km，南北長3.5 km，面積為11.598 8 km2。上孔煤業為兼并重組煤礦，目前礦井僅剩余井田中部（原柏溝煤業井筒和工業場地保護煤柱區）為實體煤資源賦存于山西組的下部，屬3號煤層，煤層厚4.55～5.32 m，平均5.08 m，夾矸0～2層，結構簡單—較簡單，頂板為細砂巖、砂質泥巖底板為砂質泥巖，該區域煤層賦存穩定。礦井3號煤層采用長壁綜采放頂煤采煤方法全部垮落法管理頂板，布置1個綜放工作面、2個綜掘工作面，設計生產能力0.6 Mt/a。

上孔煤業兼并重組之前沒有3號煤層瓦斯含量井下測定數據，僅有整合后該礦補充地質勘查的瓦斯含量數據，目前處于基建階段也沒有條件對井下3號煤層瓦斯含量進行實測。因此，為保證生產安全，需對該礦3號煤層瓦斯涌出量進行預測。

2 3號煤層瓦斯數據分析

2.1 地勘資料分析

首先以上孔煤業礦井3號煤層地勘資料為依據進行分析。根據山西省第三地質工程勘察院2019年10月編寫的《山西晉煤集團陽城晉圣上孔煤業有限公司3號煤層補充勘探地質報告》，3號煤層補勘鉆孔瓦斯含量與成分測定結果見表1。

表1 3號煤層補勘鉆孔瓦斯含量與成分測定結果Table 1 Gas content and composition determination results of No.3 coal seam supplementary exploration borehole

根據補勘鉆孔煤樣測得的水分和灰分，將可燃基瓦斯含量值換算成原煤瓦斯含量，3號煤層補勘鉆孔瓦斯含量轉換結果見表2。

表2 3號煤層補勘鉆孔瓦斯含量轉換結果統計Table 2 Conversion results statistics of gas content in drilling hole of No.3 coal seam

由以上數據可以看出，補勘測得3號煤層最大原煤瓦斯含量僅為1.0 m3/t。然而，鄰近礦井西馮街煤業同為3號煤層的井下實測殘存瓦斯含量為3.17 m3/t，由此可見，上孔煤業補勘鉆孔測得的3號煤層原煤瓦斯含量數據不可靠，不能作為該礦開采3號煤層礦井瓦斯涌出量預測的基礎數據。

經過分析研究，決定調研收集鄰近礦井3號煤層瓦斯含量及氣樣分析測定數據，以此為依據進行上孔煤業3號煤層瓦斯涌出量預測。

2.2 西馮街煤業3號煤層瓦斯賦存規律

如上所述，由于上孔煤業無可用的3號煤層瓦斯含量數據，而上孔煤業與西馮街煤業、潤東煤業屬于同一地質單元，3礦中只有西馮街煤業屬于生產礦井，有井下實測的3號煤層瓦斯含量數據，因此，可以利用西馮街煤業的井下實測瓦斯含量數據來分析同一瓦斯地質單元的賦存規律，從而計算得出上孔煤業的瓦斯含量。

根據山西太行礦業工程技術有限公司2017年4月編制的《山西陽城陽泰集團西馮街煤業有限公司煤礦生產地質報告》，該礦井下實測3號煤瓦斯含量數據見表3。

表3 西馮街煤業3號煤層井下實測瓦斯含量Table 3 The measured gas content in No.3 coal seam of Xifeng Street Coal Industry

對表3中西馮街煤業井下實測瓦斯含量與煤層埋藏深度進行擬合，擬合結果如圖1所示（該圖僅用于此次瓦斯涌出量預測）。

由圖1煤層瓦斯含量與煤層埋深的關系可知，瓦斯含量具有隨煤層埋深的增加而增大的趨勢。根據模型預測，煤層埋深每增加100 m，相對應瓦斯含量增加2.78 m3/t。

圖1 煤層瓦斯含量與埋深關系Fig.1 Relationship between coal seam gas content and buried depth

2.3 上孔煤業3號煤層瓦斯含量計算

根據上孔煤業3號煤層底板等高線圖及井上下對照圖，Ⅲ一盤區3號煤層埋深為90～150 m。根據西馮街煤業3號煤層瓦斯賦存規律計算，得到該地質單元埋深150 m對應的瓦斯含量為5.2 m3/t。考慮到上孔煤業3號煤層埋深150 m以淺區域處于瓦斯風化帶，瓦斯排放程度較高，因此，以5.2 m3/t作為上孔煤業3號煤層Ⅲ一盤區的最大瓦斯含量較為可靠，可以用于此次瓦斯涌出量預測。

3 礦井瓦斯涌出量預測

3.1 涌出量預測基本條件及主要參數確定

根據上孔煤業的開拓開采設計，3號煤層僅布置一個Ⅲ一盤區進行生產，因此對Ⅲ一盤區生產過程中的瓦斯涌出量進行預測。

上孔煤業設計生產能力為0.6 Mt/a，礦井平均日產量為2 297 t，開采煤層為3號煤層，礦井布置1個綜放工作面，2個綜掘工作面，全礦井采掘比為1∶2，采用綜采放頂煤采煤方法，割煤采出率為95%，放煤采出率為83%。

根據礦井開拓規劃以及Ⅲ一盤區煤層瓦斯賦存范圍，預測礦井Ⅲ一盤區的最大瓦斯含量為5.2 m3/t。殘存瓦斯含量的取值參照鄰近礦井西馮街煤業，西馮街煤業3號煤層殘存瓦斯含量為3.17m3/t。

3.2 涌出量預測

目前國內現行的用于礦井瓦斯涌出預測的標準為《礦井瓦斯涌出量預測方法》（AQ1018-2006），但該標準不適用于放頂煤開采的工作面。2019年12月30日國家能源局第8號文批準發布了《綜合機械化放頂煤工作面瓦斯涌出量預測方法》（NB/T 10364-2019）標準。因此，此次回采工作面瓦斯涌出量預測依據《綜合機械化放頂煤工作面瓦斯涌出量預測方法》（NB/T 10364-2019）進行預測；掘進工作面、采區及礦井的瓦斯涌出量預測依據《礦井瓦斯涌出量預測方法》（AQ1018-2006）進行預測。礦井瓦斯涌出構成關系如圖2所示。

圖2 礦井瓦斯涌出量構成關系Fig.2 Composition relationship of mine gas emission

Ⅲ一盤區回采工作面瓦斯涌出量、掘進工作面瓦斯涌出量、生產盤區瓦斯涌出量以及礦井瓦斯涌出量的結果分別見表4～表7。

表4 Ⅲ一盤區回采工作面瓦斯涌出量Table 4 Gas emission of working face in III area

表5 掘進工作面瓦斯涌出量預測結果Table 5 Prediction results of gas emission in heading face

表7 礦井瓦斯涌出量預測結果Table 7 Prediction results of mine gas emission

表6 生產盤區瓦斯涌出量預測結果Table 6 Production panel gas emission prediction results

上孔煤業礦井Ⅲ一盤區3號煤層瓦斯含量為5.2 m3/t，產量為0.6 Mt/a時，礦井相對瓦斯涌出量為6.03 m3/t，礦井絕對瓦斯涌出量為9.62 m3/min。礦井瓦斯涌出量中，回采工作面瓦斯涌出量占42.74%，掘進工作面瓦斯涌出量占20.39%，采空區瓦斯涌出量占36.87%。回采工作面瓦斯涌出量中，本煤層瓦斯涌出量占88.81%，鄰近層瓦斯涌出量占11.19%。

4 結 論

（1）鑒于上孔煤業3號煤層無可靠的瓦斯含量數據，且處于基建階段沒有條件對井下3號煤層瓦斯含量進行實測，因此參考同地質單元鄰近礦井資料，確定出上孔煤業3號煤層埋深150 m以淺區域位于瓦斯風化帶。3號煤層Ⅲ一盤區產量為0.6 Mt/a時，礦井相對瓦斯涌出量為6.03 m3/t，礦井絕對瓦斯涌出量為9.62 m3/min。

（2）上孔煤業3號煤層瓦斯涌出量預測的基礎數據主要參考鄰近礦井西馮街煤業瓦斯數據，因此礦井瓦斯涌出量預測結果與礦井今后實際情況可能會存在一定偏差。在礦井開拓后，應及時開展3號煤層瓦斯含量及瓦斯氣體組分等測定工作，并根據測定結果，對3號煤瓦斯賦存規律進行研究，及時修正礦井瓦斯帶分布及瓦斯涌出量預測結果。