鶴煤六礦二1煤層瓦斯含量影響因素綜合分析

張冠軍

(河南煤業(yè)化工集團(tuán)鶴煤公司六礦， 河南鶴壁市 458000)

鶴煤六礦二1煤層瓦斯含量影響因素綜合分析

張冠軍

(河南煤業(yè)化工集團(tuán)鶴煤公司六礦， 河南鶴壁市 458000)

為了研究鶴煤六礦二1煤層的瓦斯賦存規(guī)律，找出影響瓦斯含量分布的主控因素，在瓦斯含量實(shí)測(cè)資料的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明:煤層基巖厚度(埋藏深度)和煤層頂板30 m內(nèi)砂巖比是影響瓦斯含量的主要因素，其次是煤層厚度，煤質(zhì)(水分)、煤的變質(zhì)程度(揮發(fā)分)對(duì)瓦斯含量的影響較小。研究結(jié)果對(duì)于鶴煤六礦準(zhǔn)確確定煤層瓦斯含量、預(yù)防各種瓦斯事故具有重要意義。

瓦斯含量;影響因素;基巖厚度;砂巖比;煤層厚度

0 引言

煤層瓦斯含量是計(jì)算瓦斯涌出量的基礎(chǔ)，也是預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出的重要參數(shù)之一。《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》第四十三條規(guī)定:在沒(méi)有或者缺少煤層瓦斯壓力資料時(shí)，也可根據(jù)煤層瓦斯含量值(臨界值為8 m3/t)進(jìn)行煤與瓦斯突出區(qū)域預(yù)測(cè)。因此，研究鶴煤六礦二1煤層瓦斯賦存和分布規(guī)律，研究影響瓦斯賦存的主控因素，準(zhǔn)確確定煤層瓦斯含量對(duì)于六礦實(shí)施科學(xué)的礦井瓦斯管理、預(yù)防各種瓦斯事故具有重要意義。

研究和開(kāi)發(fā)實(shí)踐表明，瓦斯的賦存與分布在一定范圍內(nèi)，具有一定的分布規(guī)律性。目前，在生產(chǎn)實(shí)際過(guò)程中，建立瓦斯含量與煤層埋深的定量關(guān)系，利用直接梯度法和間接梯度法成為預(yù)測(cè)深部瓦斯含量的主要方法。這種方法雖然簡(jiǎn)單、實(shí)用，但由于地質(zhì)構(gòu)造和蓋層巖性等條件的變化往往造成瓦斯含量梯度的顯著差異，僅考慮埋深的單因素瓦斯含量預(yù)測(cè)方法具有嚴(yán)重的應(yīng)用局限性。

1 煤層基巖厚度對(duì)瓦斯賦存的影響

煤層基巖厚度為煤層埋藏深度減去第四系地層沉積厚度。第四系地層主要為黃土層，一般分布于地表，膠結(jié)性不好，孔隙度大，連通性好，容易釋放瓦斯。由于第四系松散沉積物易于搬運(yùn)，厚度變化較大，則造成煤層上覆地層垂向上變化較大。在第四紀(jì)松散沉積厚度較小、垂向差異不大的礦井，上覆基巖厚度和埋藏深度對(duì)瓦斯的影響基本上相當(dāng)。就煤層瓦斯自然流場(chǎng)的縱、橫向上的運(yùn)移而言，以沿煤層的橫向運(yùn)移為主導(dǎo);由于煤與圍巖性質(zhì)的差別，垂直煤層層面及其它方向的縱向運(yùn)移往往是微弱的。一般來(lái)講，隨著煤層上覆基巖厚度的增大，煤層承受的靜壓力增大，不僅使瓦斯的縱向和橫向運(yùn)移條件變差，而且使煤對(duì)瓦斯的吸附能力增強(qiáng)，賦存條件變好。但若上覆基巖厚度較小，且與地表有連通的斷層和裂隙，造成煤層瓦斯與大氣的相互交換，瓦斯的縱向和橫向運(yùn)移又是明顯的。所以，煤層上覆基巖厚度或煤層埋藏深度的變化，往往是影響煤層瓦斯賦存的主要地質(zhì)因素。

表1列出了井田內(nèi)選取的29個(gè)瓦斯含量點(diǎn)的基巖厚度值。依據(jù)表1繪制了瓦斯含量與基巖厚度相關(guān)關(guān)系圖，見(jiàn)圖1。

圖1 鶴煤六礦二1煤層基巖厚度與瓦斯含量相關(guān)關(guān)系

從圖1可以看出，煤層基巖厚度與瓦斯含量的相關(guān)系數(shù)為0.46，相關(guān)性一般，仍需要結(jié)合其它影響因素，采用某種建模方法，建立多變量的瓦斯含量預(yù)測(cè)模型。

2 煤層頂板巖性和砂巖比對(duì)瓦斯賦存的影響

煤層頂板巖性是指與研究煤層直接接觸的偽頂或直接頂巖性。一般煤層頂板為砂質(zhì)泥巖、泥巖類或致密灰?guī)r時(shí)有利于瓦斯的保存，頂板巖層的巖性越疏松、顆粒及孔隙越大，則越利于瓦斯的運(yùn)移和逸散。頂板砂巖比是間接反映煤層圍巖透氣性的一項(xiàng)瓦斯地質(zhì)指標(biāo)，是指煤層頂板一定厚度層段內(nèi)砂巖厚度與統(tǒng)計(jì)厚度的比值。砂巖比為0～1，砂巖比越大，反映統(tǒng)計(jì)層段內(nèi)砂質(zhì)巖層厚度大，不利于瓦斯的保存。鶴煤六礦二1煤層老頂為大占砂巖(S10)，直接頂板大多灰黑色泥巖或砂質(zhì)泥巖，不利于瓦斯逸散。

表1 鶴煤六礦二1煤層基巖厚度瓦斯含量數(shù)據(jù)

表2列出了井田內(nèi)選取的29個(gè)瓦斯含量點(diǎn)的頂板砂巖比數(shù)據(jù)(10，20，30 m范圍內(nèi))。依據(jù)表2繪制了瓦斯含量與不同厚度范圍內(nèi)砂巖比相關(guān)關(guān)系圖，分別見(jiàn)圖2、圖3和圖4。

圖2 煤層頂板10 m范圍內(nèi)砂巖比與瓦斯含量相關(guān)關(guān)系

圖3 煤層頂板20 m范圍內(nèi)砂巖比與瓦斯含量相關(guān)關(guān)系

由圖可知，瓦斯含量與頂板10，20，30 m范圍內(nèi)砂巖比均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即砂巖比越大，煤層瓦斯含量越高;從相關(guān)性系數(shù)可知，鶴煤六礦二1煤層瓦斯含量與頂板30 m范圍內(nèi)砂巖比的相關(guān)性相對(duì)較好。

表2 鶴煤六礦二1煤層不同范圍內(nèi)砂巖比與瓦斯含量

圖4 煤層頂板30 m范圍內(nèi)砂巖比與瓦斯含量相關(guān)關(guān)系

3 煤層厚度對(duì)瓦斯賦存的影響

煤層厚度是影響瓦斯含量的重要因素。在同等條件下，煤層厚度越大，穩(wěn)定性越好，瓦斯生成量就越多，瓦斯含量相對(duì)就越大。

鶴煤六礦二1煤層煤厚 0.72～17.51 m，平均7.48 m。煤厚橫向上具有北厚南薄的趨勢(shì)，北翼煤厚為3.45～17.51 m，一般厚度為 8 ～10 m，煤厚較大，但變化亦大。而南翼煤厚為4.64～11.48 m，一般厚度為6～8 m，煤層厚度較北翼小，但煤厚變化亦小。另外，自西向東煤厚呈遞增的趨勢(shì)。因此，二1煤層厚度在平面上總體反映出由北東向南西呈遞減的趨勢(shì)。垂向上煤厚具有淺部薄(南翼淺部90%以上煤厚點(diǎn)為5～7 m，北翼淺部93%的煤厚點(diǎn)為6～12 m)，而深部煤層較厚(8～14 m)的特點(diǎn)。

依據(jù)前面的方法，繪制了瓦斯含量與不同煤層厚度范圍的相關(guān)關(guān)系圖，如圖5所示?？芍?，煤層厚度與瓦斯含量的相關(guān)系數(shù)為0.12，相關(guān)性一般，在結(jié)合其他影響因素條件下，可把煤層厚度作為一個(gè)影響煤層瓦斯含量的因素。

圖5 煤層厚度與瓦斯含量相關(guān)關(guān)系

4 煤層水分對(duì)瓦斯賦存的影響

煤層是瓦斯生成和儲(chǔ)集的場(chǎng)所，也是瓦斯涌出和突出的物質(zhì)基礎(chǔ)。煤層水分、灰份變化對(duì)瓦斯的賦存有一定的影響。依據(jù)同樣的方法繪制了瓦斯含量與煤層水分相關(guān)關(guān)系圖，見(jiàn)圖6所示。

圖6 煤層水分與瓦斯含量相關(guān)關(guān)系

從圖6可以看出，鶴煤六礦二1煤層瓦斯含量與水分成負(fù)相關(guān)關(guān)系，即水分含量越大，瓦斯含量越低，但相關(guān)系數(shù)僅為0.04，相關(guān)性很差，說(shuō)明水分是影響瓦斯賦存的次要因素。

5 煤層揮發(fā)分對(duì)瓦斯賦存的影響

煤是天然的吸附體，煤的煤化程度越高，其存貯瓦斯的能力就越強(qiáng)。隨煤的變質(zhì)程度的增強(qiáng)，產(chǎn)生的瓦斯量也越多，相對(duì)來(lái)說(shuō)，瓦斯含量也越大。

據(jù)區(qū)域資料，鶴壁煤田二1煤層北東段深部為一瘦煤區(qū)，淺部生產(chǎn)區(qū)及南段為貧瘦煤～無(wú)煙煤區(qū)，并呈帶狀分布，變質(zhì)程度總體呈西南高北東低的漸變趨勢(shì)。經(jīng)分析，鶴壁煤田西、南、北三面均有明顯的燕山期中酸性侵入巖，巖漿熱必然引起低溫梯度的增高與變化，形成現(xiàn)今由西南向東北煤變質(zhì)程度逐漸降低的格局。所以，本礦范圍內(nèi)煤變質(zhì)應(yīng)是深成變質(zhì)和區(qū)域巖漿熱變質(zhì)綜合作用的結(jié)果。

依據(jù)同樣的方法，繪制了瓦斯含量與煤層水分相關(guān)關(guān)系圖，見(jiàn)圖7。

圖7 煤層揮發(fā)分與瓦斯含量相關(guān)關(guān)系

從圖7可以看出，鶴煤六礦二1煤層瓦斯含量與原煤揮發(fā)分成負(fù)相關(guān)關(guān)系，即揮發(fā)分越大，瓦斯含量越低，但相關(guān)系數(shù)僅為0.08，相關(guān)性很差，說(shuō)明煤的變質(zhì)程度是影響瓦斯賦存的次要因素。

6 結(jié)論

(1)對(duì)影響鶴煤六礦二1煤層瓦斯含量的諸因素進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明:煤層基巖厚度(埋藏深度)和煤層頂板30 m內(nèi)砂巖比是影響瓦斯含量的主要因素，其次是煤層厚度，煤質(zhì)(水分)、煤的變質(zhì)程度(揮發(fā)分)對(duì)瓦斯含量的影響較小，不作為影響煤層瓦斯含量的主要因素。

(2)綜合考慮煤層基巖厚度(埋藏深度)、煤層頂板30 m內(nèi)砂巖比和煤層厚度與瓦斯含量之間的內(nèi)在關(guān)系，采用合適的數(shù)學(xué)建模方法，建立多因素瓦斯含量預(yù)測(cè)模型，能更客觀地反映鶴煤六礦二1煤層的瓦斯賦存規(guī)律。

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2011－01－26)

張冠軍(1974－)，男，河南漯河人，工程師，副總工程師，長(zhǎng)期從事煤礦“一通三防”管理工作。