新疆焦煤集團一八九〇煤礦5號煤層瓦斯與埋深關系分析

王寶群　王志輝

（1.新疆焦煤（集團）有限責任公司，新疆烏魯木齊 830025；2.中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037）

新疆焦煤集團一八九〇煤礦5號煤層瓦斯與埋深關系分析

王寶群1王志輝2

（1.新疆焦煤（集團）有限責任公司，新疆烏魯木齊 830025；2.中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037）

煤層瓦斯是影響煤礦安全生產的重要因素，掌握煤層瓦斯賦存規律是瓦斯治理的重要前提保障。一八九〇煤礦根據地勘瓦斯參數推測的瓦斯賦存與實際相差較大，對礦井瓦斯治理造成不利影響。通過對一八九〇煤礦5號煤層埋深因素的分析研究，結合井下實測瓦斯數據，研究并掌握了一八九〇煤礦5號煤層的瓦斯賦存規律。

瓦斯抽采 瓦斯含量 瓦斯含量梯度 數據擬合

瓦斯是與煤的演化作用相伴生而形成的，它生產與煤層、賦存與煤層及其圍巖之中，其生產條件、保存條件、賦存和分布規律都受到十分復雜的地質演化作用控制；由于不同煤層成煤條件不同，其瓦斯分布規律也存在差異。一八九〇煤礦5號煤層在巷道掘進及回采過程中，與利用地勘瓦斯數據推測的瓦斯涌出量相比差別較大，同水平標高存在多處瓦斯涌出異常區域。這對礦井瓦斯治理造成較大影響，對瓦斯治理的規劃造成不便。利用井下實測瓦斯數據并結合地質分析，研究確定5號煤層準確的瓦斯賦存規律成為礦井瓦斯治理的前提條件。

1　瓦斯含量測定

采用井下瓦斯含量直接測定法（DGC）測定了礦井5號煤層的瓦斯含量。測點布置見圖1，測定結果見表1。

表1　5號煤層瓦斯含量測定結果

2　埋深對瓦斯賦存的影響

煤層埋藏深度的增加不僅會因地應力增高而使煤層和圍巖的透氣性降低，而且瓦斯向地表運移的距離也增大，這兩者的變化均朝著有利于封存瓦斯而不利于放散瓦斯方向發展。在煤層瓦斯風化帶之下的甲烷帶內，煤層的瓦斯壓力、瓦斯含量和礦井瓦斯涌出量與煤層的埋藏深度之間都存在正相關系，即隨著煤層埋藏深度的增加而增加。所以在研究中一般使用埋深和瓦斯含量的關系來說明不同埋深條件下瓦斯含量的發展趨勢。1890煤礦5號煤層埋深與瓦斯含量、壓力線性關系如圖2所示。5號煤層瓦斯含量與埋深關系數學模型為:

W:y=0.0254x+2.6273 R2=0.8099

一般認為，在定量分析各因素對瓦斯賦存的影響時，當擬合相關性系數R2大于0.6時，認定為影響煤層瓦斯賦存的主控因素；相關性系數R2為0.36～0.6時，認為對瓦斯賦存的影響有一定影響；相關性系數R2小于0.36時，認為對瓦斯賦存的影響很小。5號煤層的瓦斯含量相關性系數均大于0.6，因此埋深是影響瓦斯賦存的主控因素。

根據煤層的瓦斯含量預測模型，可對礦井不同階段埋深的瓦斯參數進行預測，具體預測結果如表2所示。

表2　煤層埋深200～500m瓦斯含量、壓力預測表

表3　5號煤層臨近層涌出量分源預測參數表

表4　5號煤層回采工作面瓦斯涌出量預測

3　埋深對瓦斯涌出量的影響

首先對5號煤層進行分源預測法盡心預測。分源預測法的實質是按照礦井生產過程中的瓦斯涌出源的多少，各個涌出源瓦斯涌出量的大小來預測礦井、采區、回采面和掘進工作面等的瓦斯涌出量，各個瓦斯涌出源涌出瓦斯量的大小是以煤層瓦斯含量、瓦斯涌出規律及煤層開采技術條件為基礎通過計算確定的。

分源預測法的計算公式如下:

（1）回采工作面開采煤層（包括圍巖）瓦斯涌出量:

式中，q1——開采煤層（包括圍巖）相對瓦斯涌出量，m3/t；

k1——圍巖瓦斯涌出系數，對于陷落法頂板管理的工作面，取k1=1.3；

k2——工作面丟煤瓦斯涌出系數，其值為工作面回采率的倒數，工作面回采率按95%，則k2=1.05；

k3——順槽掘進預排瓦斯對工作面煤體瓦斯涌出影響系數，采用長壁后退式回采時，系數k3按下式確定:

式中，L——回采工作面長度，m；

h——巷道瓦斯預排等值寬度，m，取h=18m；

m——煤層厚度，m，依據各煤層實際煤層厚度選取；

M——煤層采高，m，由于采用一次采全高，故取1；

W0——煤層瓦斯含量，m3/t，

Wc——煤的殘存瓦斯含量，m3/t。

（2）回采工作面鄰近層瓦斯涌出量:

式中，q2——鄰近層相對瓦斯涌出量，m3/t；

mi——第i個鄰近層煤層厚度，m，根據實際情況取值；

m0——工作面采高，m；

ηi——第i個鄰近層瓦斯排放率，%，根據《礦井瓦斯涌出量預測方法》附錄D取值；

Woi——第i個鄰近層煤層原始瓦斯含量，m3/t；

Wci——第i個鄰近層煤層殘存瓦斯含量，m3/t。

本次計算按照煤層的開采順序為從上至下，先采上部煤層，后采下部煤層。計算各煤層瓦斯涌出量時取的取值參數見表3。

預測結果見表4。

4　結語

（1）礦井5號煤層依據地勘鉆孔的瓦斯數據推測的煤層瓦斯含量偏低，主要原因是地勘鉆孔收集的瓦斯數據偏低，導致以此為依據的預測結果并不準確。

（2）采掘過程中的瓦斯涌出量局部異常，這些異常點分布在地面成山構造下，埋深較深，瓦斯含量較正常區域高，造成瓦斯涌出異常。

（3）礦井5號煤層隨埋深的加大瓦斯含量增加較快，經計算埋深每增加百米瓦斯含量增加2.5m3。