東博煤礦煤層瓦斯含量分布規律研究

劉垚鑫

（山西大同大學煤炭工程學院，山西 大同 037003）

東博煤礦位于內蒙古自治區鄂爾多斯市境內，礦井采用抽出式通風方式。東博煤礦開采兩層煤層，其中2-2煤層埋藏深度在200～400m之間，總的趨勢是東南部埋深較淺，西北部埋藏較深。4-2煤層在300～475m之間，總體趨勢與2-2煤相同。由地勘鉆孔取得對各煤層瓦斯含量和成分的測定得知，煤層中瓦斯含量很低，在0.00～0.33ml/g·r，自然煤層瓦斯成分中甲烷（CH4）占0.00～35.7%，煤層瓦斯分帶為二氧化碳～氮氣帶及氮氣甲烷帶，均屬煤層瓦斯風化帶。該礦雖批復等級為低煤層瓦斯礦井，但生產過程中不同程度出現局部煤層瓦斯積聚超限和錨桿孔壁內煤層瓦斯超限現象，因此，需要對該礦煤層瓦斯含量分布規律進行研究，進而掌握煤層瓦斯涌出規律，進行礦井煤層瓦斯綜合治理。

1 煤層瓦斯含量測值分析[1]

東博礦地勘煤層瓦斯含量資料不全，且所給測定結果均沒有對應的測點埋深數值，使得煤層瓦斯含量資料無法用來進行涌出量預測。

地面直井及井下實測煤層瓦斯含量方法均依照行業標準進行，并采取最新的煤樣鉆取技術，取樣速度快，損失小，所測煤層瓦斯含量精度高，可滿足煤層瓦斯涌出量預測取值的精度要求。

2 煤層瓦斯體成分分析

在鉆取煤樣進行煤層瓦斯含量測定的同時收集了部分煤樣的氣體，利用氣相色譜儀對煤樣氣體成分進行了測定[2]，測定結果見表1。研究結果表明，如果煤層上覆有沖積層或煤層有露頭時，瓦斯的垂直分帶現象將會出現，兩垂直分帶分別為煤層瓦斯風化帶和甲烷帶[3]。另外，煤層瓦斯風化帶根據氣體組分的情況還可細分為：二氧化碳～氮氣帶、氮氣帶和氮氣～甲烷帶，如圖1所示，煤層瓦斯垂直分帶劃分標準見表2。

由表1可以看出：2-2煤層瓦斯體成分中N2占41%～63%、CH4占32%～57%、CO2占0.1%～2.8%，4-2煤層瓦斯體成分中N2占40%～60%、CH4占38%～60%、CO2占0.08%～2.86%。因此，結合表2可知，東博礦2-2及4-2煤層均處在煤層瓦斯風化帶內的氮氣～甲烷帶。

3 煤層瓦斯含量分布規律

在煤層瓦斯風化帶以下，煤層瓦斯含量大小與其埋藏深度、煤層瓦斯壓力大小與其埋藏深度及煤層瓦斯涌出量與埋藏深度都有一定的比例關系。一般情況下，煤層中的煤層瓦斯壓力變化為隨著埋藏深度的加大呈上升趨勢。隨著煤層瓦斯壓力的上升，煤與巖石中游離煤層瓦斯量所占的比例也隨之增大，同時煤中的吸附煤層瓦斯逐漸趨于飽和[4]。因此從理論上分析，在一定深度范圍內，煤層瓦斯含量與其埋藏深度變化趨勢一致。根據東博礦地面直井及井下實測獲得的煤層瓦斯含量結果對2-2及4-2煤層的煤層瓦斯含量與埋深的關系進行了回歸，分別見圖2和圖3。

表1 東博礦煤樣氣體成分測試結果表

從圖2及圖3中可以看出煤層瓦斯含量并沒有呈現出隨埋深增加而增大的趨勢，數據非常的離散，基本沒有太大的變化，因此很難將煤層瓦斯含量與深度建立線性關系[5]，這就更進一步說明了東博礦目前開采煤層處于煤層瓦斯風化帶內，并沒有進入煤層瓦斯帶。

圖1 煤層瓦斯分帶及其帶序

表2 煤層瓦斯垂直分帶劃分標準

圖2 2-2煤層瓦斯含量與其埋藏深度回歸關系

圖3 4-2煤層瓦斯含量與其埋藏深度回歸關系

4 結論

（1）通過煤層瓦斯體成分分析得知，東博礦2-2及4-2煤層均處在煤層瓦斯風化帶內。

（2）通過對2-2及4-2煤層瓦斯含量與其埋藏深度回歸關系分析得知，煤層瓦斯含量與煤層埋深關系并不明顯，該井田煤層瓦斯含量較低。