夏店煤礦瓦斯賦存規(guī)律分析

楊萬(wàn)海，畢國(guó)生，張軍義

（潞安集團(tuán)慈林山煤業(yè)有限公司 夏店煤礦，山西 長(zhǎng)治046000）

瓦斯為嚴(yán)重影響礦井安全生產(chǎn)的重要因素之一。瓦斯賦存規(guī)律是礦井瓦斯防治工作及通風(fēng)設(shè)計(jì)重要的基礎(chǔ)依據(jù)，為了科學(xué)規(guī)范地開展礦井瓦斯災(zāi)害防治與管理工作，提前預(yù)測(cè)瓦斯災(zāi)害，保證礦井的安全生產(chǎn)，必須要正確地對(duì)礦井所開采煤層的瓦斯賦存規(guī)律及其涌出量進(jìn)行預(yù)測(cè)。夏店煤礦為了掌握井田內(nèi)3＃煤層開采過程中礦井瓦斯賦存的規(guī)律性，結(jié)合本礦煤層賦存條件、開采技術(shù)條件和設(shè)計(jì)開采方案，采取進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的方法，對(duì)瓦斯賦存規(guī)律進(jìn)行研究，對(duì)夏店煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。

1 瓦斯基本參數(shù)測(cè)定

1.1 煤體瓦斯吸附常數(shù)及煤工業(yè)組分分析

采用實(shí)驗(yàn)室測(cè)定煤樣吸附常數(shù)a、b值，同時(shí)，由于煤的工業(yè)組分直接影響著煤層瓦斯含量的計(jì)算，所以，同時(shí)對(duì)夏店礦3＃煤層的工業(yè)組分進(jìn)行測(cè)定。煤層瓦斯吸附常數(shù)和工業(yè)組分測(cè)定結(jié)果見表1。

表1 煤層瓦斯吸附常數(shù)和工業(yè)組分測(cè)定結(jié)果

1.2 煤層瓦斯含量測(cè)定

煤層瓦斯含量是掌握瓦斯分布規(guī)律和預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出的基礎(chǔ)。目前，國(guó)內(nèi)外測(cè)定瓦斯含量的方法有多種，為了分析3＃煤層瓦斯分布規(guī)律，夏店煤礦在井下選擇合適位置，采用鉆孔煤屑解吸法對(duì)3＃煤層瓦斯含量進(jìn)行了實(shí)測(cè)。其原理為：井下采集新鮮原始煤樣，實(shí)測(cè)煤樣瓦斯解吸量，根據(jù)煤樣瓦斯解吸規(guī)律推算取樣過程煤樣的損失瓦斯量，然后測(cè)定煤樣的殘存瓦斯量，最后根據(jù)煤樣的取樣損失瓦斯量、瓦斯解吸量、殘存瓦斯量和煤樣重量計(jì)算煤層瓦斯含量。根據(jù)鉆孔煤屑解吸法的原理，結(jié)合夏店煤礦的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，在3＃煤層選取了5個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)該煤層瓦斯含量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，其結(jié)果見表2。

表2 3＃煤層瓦斯含量結(jié)果匯總

2 礦井瓦斯賦存分布規(guī)律分析

2.1 煤層瓦斯組分分析

當(dāng)煤層具有露頭或煤層處于沖積層之下時(shí)，煤層瓦斯會(huì)出現(xiàn)垂直分帶現(xiàn)象，一般情況下，煤層瓦斯的垂直分帶現(xiàn)象具有連續(xù)性。從3＃煤層鉆孔煤層瓦斯樣測(cè)試結(jié)果來看，煤層瓦斯中甲烷（CH4）成份為0%～93.74%，平均51.57%；二氧化碳（CO2）成份為0.16%～20.84%，平均4.74%；氮?dú)猓∟2）成份為0.81%～92.46%，平均41.67%。根據(jù)煤層瓦斯垂直分帶劃分標(biāo)準(zhǔn)，本區(qū)3＃煤層埋深大于260m為甲烷帶、小于260m為瓦斯風(fēng)化帶。因此，判定夏店煤礦3＃煤層風(fēng)化帶下限為煤層埋深260m。

2.2 煤層瓦斯分帶主要原因分析

影響井田瓦斯含量及分帶的主要因素為煤層埋藏深度和地質(zhì)構(gòu)造。隨著煤層埋藏增加，瓦斯含量總體呈增加趨勢(shì)，瓦斯分帶也由風(fēng)氧化帶向甲烷帶轉(zhuǎn)變。在斷層附近，由于巖性破碎、裂隙發(fā)育，有利于瓦斯逸散，瓦斯含量相對(duì)降低。3＃煤層在802號(hào)鉆孔逆斷層附近，瓦斯分帶為氮?dú)鈳В辉诰锬喜坑捎跀鄬影l(fā)育，加之西川斷層為導(dǎo)水?dāng)鄬樱叵滤牧鲃?dòng)也會(huì)帶走一部分瓦斯，瓦期含量較低，瓦斯分帶亦為氮?dú)鈳А５V區(qū)西部煤層埋深增加且少有斷層等有利于瓦斯逸散的地質(zhì)構(gòu)造，瓦斯含量與甲烷成分較高，為甲烷帶。

2.3 夏店煤礦煤層瓦斯賦存規(guī)律分析

眾所周知，在影響煤層含量的因素當(dāng)中，其埋深是主要的因素之一。一般情況下，淺埋煤層中的瓦斯含量小，反之，隨著煤層埋藏深度的增加，地應(yīng)力相應(yīng)增高，同時(shí)，圍巖的透氣性降低，所以，煤層所含瓦斯向地表運(yùn)移的距離相應(yīng)也增大，不利于瓦斯的逸散。由此可知：瓦斯含量、涌出量及瓦斯壓力主要隨煤層埋藏深度增加而變大。夏店煤礦3＃煤層瓦斯含量與煤層埋藏深度關(guān)系如圖1所示。

圖1 3＃煤層瓦斯含量與煤層埋深變化

從圖1中可以看出，3＃煤層的瓦斯含量隨煤層埋藏深度增加而增加，且有較好的規(guī)律性。經(jīng)線性回歸分析：3＃煤層瓦斯含量（X）與埋藏深度（H），兩者之間具有如下形式的線性統(tǒng)計(jì)規(guī)律（相關(guān)系數(shù)R2＝0.8984）。

式中：X為煤層瓦斯含量，m3／t；H為煤層埋藏深度，m。

夏店煤礦瓦斯含量大致呈西高東低的趨勢(shì)，并且隨著瓦斯含量的增大，煤層瓦斯中甲烷的含量也增大，井田范圍內(nèi)埋深大于260m的3＃煤層處于甲烷帶。經(jīng)回歸分析瓦斯含量與埋深之間遵循X＝0.0251H＋1.086的線性統(tǒng)計(jì)規(guī)律，瓦斯含量增長(zhǎng)梯度2.51m3／t／100m。

3 結(jié)語(yǔ)

1）綜合分析3＃煤層瓦斯含量與煤層氣成份，可以看出山西潞安集團(tuán)夏店煤礦3＃煤層埋深大于260m為甲烷帶、小于260m為瓦斯風(fēng)化帶。

2）3＃煤層瓦斯含量具有隨埋藏深度增加而加大的整體趨勢(shì)。經(jīng)線性回歸分析，3＃煤層兩者之間遵循X＝0.0251H＋1.086的線性統(tǒng)計(jì)規(guī)律，瓦斯含量增長(zhǎng)梯度2.51m3／t／100m。