瓦斯含量與埋深相關(guān)性研究

夏為雙

（山西省忻州市煤炭工業(yè)局，山西 忻州 034000）

·試驗研究·

瓦斯含量與埋深相關(guān)性研究

夏為雙

（山西省忻州市煤炭工業(yè)局，山西 忻州 034000）

煤層原始瓦斯含量是指單位質(zhì)量原始煤體所含有的瓦斯量（損失量、解析量、殘存量的三者之和，換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積），它是礦井瓦斯涌出量預(yù)測的重要依據(jù)參數(shù)。本文以安茂煤業(yè)有限公司2＃煤工作面的瓦斯治理為背景，在收集、分析部分工作面的瓦斯地質(zhì)資料，實際測量不同埋深、不同地點的瓦斯含量的基礎(chǔ)上研究了2＃煤層瓦斯涌出規(guī)律和埋深的關(guān)系。

瓦斯含量；分布規(guī)律；埋深；底板標(biāo)高；線性關(guān)系

1 礦井概況

山西忻州神達安茂煤業(yè)有限公司位于原平市西北方向，它是整合了原平市軒崗鎮(zhèn)后林背煤礦、軒崗鎮(zhèn)杏樹卜煤礦和寧武縣余莊鄉(xiāng)寺兒上煤礦及周邊空白區(qū)而組建的。整合后的井田面積為5．135 2 km2，開采侏羅系2＃煤層，批采標(biāo)高1 719．99～1 399．99 m，設(shè)計能力30萬t/a。采煤方式為單一走向長壁綜合機械化采煤法，頂板管理方式為全部垮落法。

安茂煤業(yè)井田內(nèi)可采煤層為侏羅系中統(tǒng)大同組2＃煤層，當(dāng)?shù)胤Q為“丈八煤”。位于云崗組底砂巖下10 m左右，厚1．10～1．48 m，平均厚1．35 m。屬結(jié)構(gòu)簡單煤層，直接頂為砂質(zhì)泥巖，老頂為中細(xì)粒-中粗砂巖，底板為泥巖或砂質(zhì)泥巖。

安茂煤業(yè)2011年度沒有發(fā)生過煤與瓦斯突出災(zāi)害；2012年截至鑒定月沒有發(fā)生過煤與瓦斯突出災(zāi)害。2＃煤層煤塵具爆炸性，為自燃煤層（Ⅱ級），發(fā)火期4個月。井田地質(zhì)構(gòu)造屬簡單，地壓顯現(xiàn)不大，未見沖擊地壓異常現(xiàn)象，屬地壓正常區(qū)。

2 煤層瓦斯含量分布規(guī)律

煤層原始瓦斯含量是指單位質(zhì)量原始煤體所含有的瓦斯量（損失量、解析量、殘存量的三者之和，換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積），常用m3/t或mL/g作為計量單位。它是礦井瓦斯涌出量預(yù)測的重要依據(jù)參數(shù)。

當(dāng)煤層具有露頭或煤層處于沖積層之下時，煤層瓦斯會出現(xiàn)垂直分帶現(xiàn)象，即煤層瓦斯沿垂向可以分為兩個帶：瓦斯風(fēng)化帶和甲烷帶；依氣體組分的差異，瓦斯分化帶還可細(xì)分為：二氧化碳-氮氣帶、氮氣帶和氮氣-甲烷帶。

2．1 煤層瓦斯含量測定

項目實施期間，項目組人員在山西忻州神達安茂煤業(yè)有限公司2＃煤層具備測試條件的地點，采用井下鉆屑解吸法（直接方法）對2＃煤層的瓦斯含量進行了測定，測定結(jié)果見表1～3：

表1 安茂煤業(yè)有限公司2＃煤層瓦斯測點分布表

續(xù)表1

表2 2＃煤層瓦斯含量組成表

表3 安茂煤業(yè)有限公司2＃煤層瓦斯含量測定結(jié)果表

從表2～表3可以看出，安茂煤業(yè)有限公司2＃煤層瓦斯含量較低，對2＃煤層瓦斯含量進行線性回歸見圖1，圖2。

圖1 2＃煤層埋深與瓦斯含量線性關(guān)系圖

圖2 2＃煤層底板標(biāo)高與瓦斯含量線性關(guān)系圖

由圖1可以看出，該公司2＃煤層瓦斯含量有隨著埋深增加而增大的趨勢明顯，所以，在深部開采過程中要注意做好瓦斯防治。

由表2，3對2＃煤層瓦斯含量（殘存量、解析量、損失量）進行線性回歸得到圖3，圖4。

由圖3可以看出，該公司2＃煤層瓦斯含量（解析量、損失量）隨著埋深增加而增大的趨勢明顯，2＃煤層瓦斯的殘存量的增大趨勢并不明顯。

2．2 測點瓦斯含量與埋深、底板標(biāo)高相關(guān)性比較

1）煤層底板標(biāo)高表示的是煤層的整體形態(tài)，通過煤層的底板等高線可以表示出煤層在走向和傾向方向上的起伏形狀和煤層傾角的大小。一般情況下，煤層底板等高線越密，說明煤層的傾角越大，底板等

高線越近似直線，表明煤層越平緩，起伏不大。

圖3 2＃煤層埋深與瓦斯含量（殘存量、解析量、損失量）線性關(guān)系圖

圖4 2＃煤層底板標(biāo)高與瓦斯含量（殘存量、解析量、損失量）線性關(guān)系圖

2）煤層埋深等值線表示的是煤層在整個井田范圍內(nèi)的埋深趨勢。隨著煤礦開采深度的增加，加之地質(zhì)條件復(fù)雜多變，礦壓問題頻繁出現(xiàn)，深部開采已經(jīng)嚴(yán)重影響著煤礦的安全高效生產(chǎn)。許多學(xué)者和專家一直在致力于研究煤層深部開采出現(xiàn)的各種問題，如何解決深部煤層高瓦斯和壓力的問題。一般情況下，煤層埋深越大的地方，瓦斯含量和壓力相對較高。

3）埋深等值線的繪制：技術(shù)人員通過CAD軟件和SURFER軟件結(jié)合的方法得出埋深等值線，具體程序如下：a）根據(jù)井田范圍，在煤層開拓平面圖或者煤層采掘工程平面圖上均勻地布置20～30個測點，分別記錄各個測點的井田地理坐標(biāo)和底板標(biāo)高。b）將煤層開拓平面圖或者煤層采掘工程平面圖上測點對應(yīng)投映到相對的煤層井上下對照圖或者地質(zhì)地形圖上，在煤層井上下對照圖或者地質(zhì)地形圖上分別讀取各個測點的井上標(biāo)高（井上標(biāo)高是結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嶋H地理情況而定的，并非將地表看成是水平的）。c）將各個測點的井上標(biāo)高和對應(yīng)的底板標(biāo)高做差，得到各個測點的埋深。結(jié)合各個測點的井田地理坐標(biāo)和得到的埋深，用SURFER軟件生成煤層的埋深等值線（生成的埋深等值線代表的是整個煤層埋藏深度的趨勢）。結(jié)合當(dāng)?shù)孛旱V具體的地理情況，得到的埋深等值線與地質(zhì)勘探資料提供的鉆孔埋深基本吻合。地面蓋山與沖溝地形地貌趨勢也能通過SURFER軟件表示出來，煤層埋深等值線的趨勢沿著煤層風(fēng)氧化帶的露頭處逐漸增加，理論依據(jù)充足，可靠性高。

4）通過上述分析對比得出：煤層底板標(biāo)高側(cè)重在表述煤層的整體形態(tài)和傾角的大小；而煤層埋深等值線將地表地形地貌特征與煤層賦存狀態(tài)相結(jié)合，能

夠有效地表示煤層整體的埋藏深度趨勢，眾多學(xué)者側(cè)重研究瓦斯賦存規(guī)律與煤層埋深相關(guān)的問題。

5）通過對圖1，圖2的觀測對比，圖3，圖4的對比可以看出，實際的觀測數(shù)據(jù)與線性回歸線的離散性差異較大，其中瓦斯含量與埋深的實際觀測數(shù)據(jù)集中于線性回歸線，瓦斯含量與底板標(biāo)高的實際觀測數(shù)據(jù)離散于線性回歸線。

3 結(jié) 論

1）安茂煤業(yè)公司煤層瓦斯含量和埋深的線性關(guān)系為主導(dǎo)因素，可靠性高。煤層埋藏深度是決定煤層瓦斯含量大小的重要因素，該公司2＃煤層井田東部邊界范圍遭受風(fēng)化剝蝕，且有煤層露頭，具有良好的瓦斯逸散通道，有利于煤層瓦斯的逸散，因此，該煤層瓦斯涌出量低。

2）由圖1可以看出，2＃煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系呈線性關(guān)系，線性方程為：

式中：

y—煤層瓦斯含量，m3/t；

x—煤層埋深，m。

瓦斯含量隨埋深增長梯度為0．59 m3/t/100 m。因此，計算得出井田范圍內(nèi)最大埋深處（480 m）煤層瓦斯含量約為4．25 m3/t。

3）如圖1所示的線性關(guān)系是采用各個測點的原煤瓦斯含量與埋深進行線性回歸的，實驗室測出的殘存瓦斯含量是可燃質(zhì)含量，為了計算方便，將殘存的瓦斯含量轉(zhuǎn)換成噸煤瓦斯含量，單位是m3/t。

表3 中的可燃質(zhì)瓦斯含量是由2＃煤層各個測點的原煤瓦斯含量轉(zhuǎn)換而來，其目的是為了說明可燃質(zhì)瓦斯含量和原煤瓦斯含量之間的關(guān)系。

4）由圖3可以看出，2＃煤層瓦斯含量（解析量、損失量）與埋深關(guān)系呈線性關(guān)系，線性方程分別：

式中：

y解—煤層瓦斯解析量，m3/t；

y損—煤層瓦斯損失量，m3/t；

x—煤層埋深，m。

瓦斯解析量、損失量隨埋深增長梯度均為0．002 m3/t/100 m。

5）由于原煤中解析瓦斯和損失瓦斯含量為游離態(tài)瓦斯、殘存量為吸附態(tài)瓦斯，所以，圖3的線性關(guān)系是采用了各測點的原煤瓦斯殘存量、解析量、損失量與埋深進行線性回歸的，其圖表和線性方程表現(xiàn)出了原煤中游離態(tài)的瓦斯和吸附態(tài)的瓦斯與煤層埋深和底板標(biāo)高的關(guān)系：本礦區(qū)的游離態(tài)的瓦斯受埋深和底板標(biāo)高影響較大，成線性相關(guān)；吸附態(tài)的瓦斯在此埋深階段內(nèi)基本不受埋深和底板標(biāo)高影響，含量保持相對穩(wěn)定。

［1］國家煤礦安全監(jiān)察局．防治煤與瓦斯突出規(guī)定［M］．北京：煤炭工業(yè)出版社，2009：143-151．

［2］國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局．AQ1018-2006礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法［S］．北京：煤炭工業(yè)出版社，2006：9-13．

Preliminary Research on the Relatively Relationship between Gas Content and Buried Depth

Xia Wei-shuang

The original coal seam gas content refers to the unit quality original coal contains gas quantity（the sum of the three loss，analytic quantity and residual stock，converts to the volume under standard state），it is important basis parameters of mine gas emission prediction．This paper takes the gas control of No．2 coal working face in Anmao coal limited company as the background，on the basis of collecting and analyzing the gas geological material，actually measuring different buried depth and gas content of different place，the relationship of No．2 coal seam gas emission rule between the burial depth is studied．

Gas Content；Regularity of distribution；Burial depth；Floor elevation；Linear relation

TD712+．52

B

1672-0652（2013）05-0040-04

2013-02-05

夏為雙（1968—），男，安徽無為人，主要從事煤礦安全管理工作，（E-mail）15993725293＠163．com