長鐵煤礦瓦斯地質圖的應用

林海峰

（煤科集團沈陽研究院有限公司，遼寧 沈陽 110016）

長鐵煤礦為高瓦斯礦井，本文對瓦斯賦存及分布規律有了更深程度的認知，憑借瓦斯資料及其涌出規律劃分地質單元，預測煤與瓦斯突出危險性，借助于瓦斯地質圖中瓦斯地質信息，結合其他技術手段，實現礦井有效瓦斯綜合治理。

1 煤礦瓦斯地質規律分析

1.1 斷層、褶皺構造對瓦斯賦存的影響

該井田內共分布7條斷層，分別為F34、F34-1、F32、F32-1、F33、F37、FE15，均為高角度的正斷層，以NNE及NE向斷層為主，且往往切割其他方向的斷層。從揭露的斷裂構造看，揭露大部分斷層時均有瓦斯驟然升高的特點，其中以斷層上盤煤層的瓦斯涌出量變化最明顯。主要由于正斷層屬伸張引力環境下產生，上盤常為主動盤，下盤為被動盤，主動盤因下降，煤層及頂底板破壞較嚴重，煤層被揉皺拉伸強烈，節理、裂隙叢生，造成煤層相對空隙率增大，易于儲存瓦斯，而下盤煤層則比較正常，故瓦斯變化不大。但在開啟性構造裂隙條件下及頂板淋滴水區段，斷層往往造成瓦斯大量逸散，則表現為瓦斯涌出低值區。

本井田內褶皺基本為一寬緩的背斜構造，軸向SE-NW，向NW方向傾伏，背斜有利于瓦斯的儲存，是良好的儲氣構造，背斜軸部的瓦斯會相對聚集，瓦斯含量增大。

1.2 頂底板巖性對瓦斯賦存的影響

通常遇到致密完整巖石的頂板時，如油母頁巖、頁巖，容易存儲煤層瓦斯；若遇到節理裂隙較發育或較破碎巖石頂板，如砂、礫巖，容易使瓦斯運移、釋放。

井田東部7#煤層頂板以泥質巖石為主，含少量粉、細砂巖。井田西部以粗碎屑巖為主，含少量其他巖性；底板以灰白色砂巖為主。從7#煤層頂底板圍巖及其發育情況看，對煤層瓦斯具有一定的封閉作用。

1.3 巖漿巖分布對瓦斯賦存的影響

根據鉆孔資料和井下實際揭露情況看，井田東南部沿F34-1、F34兩個斷層有安山巖噴發，安山巖噴發中心位于本井田西部及西南部。在401、296、85-5號鉆孔附近，7#煤層遭到破壞，使煤層灰分增高，結構復雜化，變質程度加深，對瓦斯的賦存有顯著的影響。目前長鐵煤礦沒有揭露巖漿巖附近區域的煤層，但從鐵法煤田鉆探情況看，由于巖漿巖的侵入，將使煤層瓦斯的含量增高2～3倍。

1.4 煤層上覆基巖厚度對瓦斯賦存的影響

本礦井煤層賦存較淺，上覆巖層厚度在70～270m左右，頂底板對煤層瓦斯有一定的封閉作用，煤層中的瓦斯部分逸散，在一定深度范圍內，煤層瓦斯含量隨埋深的增大而增加。

1.5 瓦斯含量分布及預測研究

本次利用直接解析法測定瓦斯含量，在長鐵煤礦2720工作面的回風順槽、2719工作面布置2個鉆孔測定瓦斯含量。根據實驗室煤樣瓦斯參數測定結果，求得煤層瓦斯含量，見表1。

表1 長鐵煤礦7#煤層瓦斯含量實測結果

長鐵煤礦地勘時期和補勘時期的地勘鉆孔未對7#煤層瓦斯含量進行測定，因此瓦斯含量數據資料較缺乏，根據2000年到2009年7#煤層開采時期瓦斯的涌出情況統計分析，按照《礦井瓦斯涌出量預測方法》AQ1018-2006，經計算得出各個工作面的瓦斯含量，經回歸分析可知7#煤層瓦斯含量與煤層底板標高在一定范圍內基本呈線性關系，且相關性較好，見圖1。

圖1 煤層瓦斯含量與煤層底板標高關系曲線

7#煤層瓦斯含量與煤層底板標高在一定范圍內基本呈線性關系，即隨著煤層底板標高的降低，煤層瓦斯含量增大，其回歸關系為：

式中：

y-煤層瓦斯含量，m3/t；

x-煤層底板標高，m；

R-相似度。

2 煤與瓦斯突出危險區域預測

按《防治煤與瓦斯突出規定》，煤層突出危險區域應根據煤層原始瓦斯壓力預測，若無瓦斯壓力資料或不具備瓦斯壓力測定條件，也可基于瓦斯含量預測。其臨界值指標見表2。

表2 根據煤層瓦斯壓力或瓦斯含量進行區域預測的臨界值

長鐵礦在以往開采過程中，未發生過煤與瓦斯突出事故，以此使地質構造與突出區域分布關系難以預計，加之本礦瓦斯資料沒有煤層原始瓦斯壓力數據，故只能根據煤層原始瓦斯含量來預測該礦的7#煤層煤與瓦斯突出危險區域，即含量大于等于8m3/t區域，依據防突規定，確定該礦7#煤層標高低于-98.5m的區域具有煤與瓦斯突出危險性。

3 煤層氣資源核算

3.1 計算方法

礦井瓦斯儲量是由可采煤層瓦斯儲量、采動卸壓影響的排放于采掘空間不可采煤層瓦斯儲量以及圍巖瓦斯賦存儲量三部分構成。如下式：

式中:

Wk-礦井瓦斯儲量，萬/m3；

Wl-可采煤層瓦斯儲量，萬/m3；

Ali-礦井可采煤層i的地質儲量，萬/t；

X1i-礦井可采煤層i的瓦斯含量，m3/t；

W2-采動卸壓影響的排放于采掘空間不可采煤層的總瓦斯儲量，萬/m3；

A2i-采動卸壓影響的排放于采掘空間不可采煤層的地質儲量，萬t；

X2i-采動卸壓影響的排放于采掘空間不可采煤層的瓦斯含量，m3/t；

W3-采動卸壓影響的排放于采掘空間圍巖瓦斯儲量，萬/m3，實測或按下式計算：

K-圍巖瓦斯儲量系數，取K=0.1。

礦井可開發瓦斯量（即可抽放量）是指在已知開采技術條件下，憑借現有抽放技術水平能夠盡可能抽出瓦斯量峰值。如下式：

式中：

Wkc-礦井可抽瓦斯量，萬/m3；

ηk-礦井瓦斯抽放率，取ηk=30%；

Wk-礦井瓦斯儲量，萬/m3。

3.2 參數確定

礦井瓦斯地質圖能夠集中反映地質、瓦斯資料，從而可確定煤層氣資源量計算過程中的大部分參數。

（1）計算單元面積：借助于AutoCAD軟件“工具”命令可計算單元面積，煤層等高線的疏密度可反映其傾角的變化，借此修正實際真正面積。

（2）煤層有效厚度：指刪減夾矸后的煤厚，亦稱凈厚，依據鄰近鉆孔資料，借助測井曲線或統計煤巖芯夾矸厚度。

（3）煤的密度：查看對應報告中的鄰近鉆孔資料獲取煤真（視）密度具體值。

（4）含氣量：現場測得含氣量在瓦斯地質圖上有標示，其可體現實測含氣量及地質因素關系，并編繪含氣量的等值線，直接顯示是原煤含氣量，無需校正。

3.3 資源量計算結果及評價

長鐵煤礦瓦斯資源量計算結果見表3，資源塊C-1和C-2附近均有斷層，資源塊C-2處還有巖漿巖的侵入，均對瓦斯儲量有一定影響。

表3 礦井7#煤層瓦斯儲量計算表

在井田內選擇了兩個塊段，總面積約為0.1134km2，瓦斯含量（煤層氣含氣量）最高可達10.20m3/t以上。計算結果表明，煤層氣資源量274.76萬m3；煤層埋深在900m以上，煤層氣為淺部埋藏（《煤層氣資源/儲量規范》，2003）。

4 結論

長鐵煤礦總體上不易于瓦斯的賦存，7#煤層瓦斯賦存主要受北部背斜、中部向斜和F32、F32-1、F34、F34-1斷層等地質構造的影響，在7#煤層開采過程中瓦斯涌出量亦受北部背斜、中部向斜和F32、F32-1、F34、F34-1斷層等地質構造的影響，因此在以后開采過程中，應加強地質構造的超前探測和瓦斯的監控、加強通風管理，防止瓦斯異常涌出或瓦斯動力現象引起的礦井瓦斯事故。