煤層瓦斯含量分布規(guī)律分析

吳玉才

【摘 要】 針對新建煤礦亟需掌握瓦斯賦存情況以便更好地指導(dǎo)礦井安全生產(chǎn)，文章采用實驗室試驗結(jié)合理論分析的研究方法，研究結(jié)果表明5號、9號煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系均呈線性關(guān)系，通過5號、9號煤層的線性方程繪制出5號、9號煤層的瓦斯含量等值線圖;井田西部5號、9號煤層瓦斯含量較其他區(qū)域更大，其最大值分別為1.90m3/t、2.10m3/t，但均小于4m3/t，依據(jù)《煤礦地質(zhì)工作規(guī)定》綜合評價煤礦內(nèi)5號、9號煤層瓦斯類型屬簡單型。

【關(guān)鍵詞】 瓦斯含量;分布規(guī)律;瓦斯組分;線性方程

【中圖分類號】 TD712 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）03-0011-03

瓦斯是煤礦的主要自然災(zāi)害之一，為煤礦正常安全高效生產(chǎn)帶來巨大隱患，由于瓦斯原因而引起的煤礦事故將會造成特別嚴(yán)重的人員傷亡、財產(chǎn)損失。本文基于某礦實際地質(zhì)條件，對礦井煤層瓦斯含量分布規(guī)律進(jìn)行分析研究，是制定礦井相應(yīng)瓦斯治理方案的前提基礎(chǔ)，進(jìn)而實現(xiàn)礦井的安全高效生產(chǎn)。

1礦井概況

某煤礦位于離柳礦區(qū)北端，整體上是一單斜構(gòu)造。地層傾角范圍為15～25°，在井田北東部的局部地區(qū)傾角較大;斷層構(gòu)造比較發(fā)育，但大部分?jǐn)鄬勇洳疃夹∮?0m;無巖漿巖侵入情況。主要開采山西組的5號煤層和太原組的9號煤層，平均煤厚分別為2.36m和9.56m，兩層煤平均層間距為50.63m。

本礦井田平面形態(tài)呈一近似長方形，南北長約20km，東西寬約3km，井田總面積為60.731km2，位于呂梁山脈中段西部，屬河?xùn)|煤田中段，總體上為一走向近南北、向西緩傾斜的單斜構(gòu)造，地層傾角一般15～25°。斷層較發(fā)育，但落差多小于10m，地質(zhì)構(gòu)造較為簡單。

2煤層瓦斯測試結(jié)果

根據(jù)該井田地勘期間采用地勘解吸法測定各鉆孔瓦斯含量的測定結(jié)果，在+200標(biāo)高以上范圍內(nèi)共有30個瓦斯鉆孔，其中5號煤層瓦斯鉆孔有14個，9號煤層瓦斯鉆孔有16個，依據(jù)化驗室測試成果對其瓦斯含量、瓦斯成分進(jìn)行統(tǒng)計。

由于鉆孔煤樣采集深度、質(zhì)量、密封和測定方法等不同影響因素，其瓦斯含量數(shù)據(jù)的可靠性會有差異，因此必須首先依據(jù)下述的4個方面基本原則對瓦斯含量數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性評價：采集煤樣試驗灰分?jǐn)?shù)據(jù)小于40%，否則認(rèn)定為煤樣產(chǎn)品不合格;采集煤樣現(xiàn)場瓦斯解吸測定后要及時裝罐封閉，并確保脫氣前不會漏氣，否則認(rèn)定為煤樣產(chǎn)品不合格;若相同瓦斯鉆孔同一煤層有大于等于2個的瓦斯含量測定數(shù)據(jù)，則以其最大值為準(zhǔn);對于斷層等地質(zhì)構(gòu)造及其附近區(qū)域的煤樣測定數(shù)據(jù)只作為控制斷層等地質(zhì)構(gòu)造帶瓦斯含量數(shù)據(jù)變化參考依據(jù)，而不以其作為最終瓦斯含量規(guī)律分析研究依據(jù)。

3煤層瓦斯組分分析

根據(jù)以往研究成果，在煤層有露頭或者位于沖積層下時，并且依據(jù)煤層瓦斯氣體組分的不同，在垂直方向上煤層瓦斯具有如表1所示的分帶劃分規(guī)律。

根據(jù)該井田地勘期間采用地勘解吸法測定各鉆孔瓦斯含量的測定結(jié)果：

5號煤層甲烷含量0.92～1.90ml/g·r，平均為1.47ml/g·r;瓦斯成分甲烷占1.61～43.89%，平均占20.06%;二氧化碳占0.19～18.32%，平均為6.69%;氮氣占44.58～92.21%，平均為72.81%;C2～C8占0.00～3.46%，平均為0.44%。依據(jù)以上瓦斯成分推斷：該井田范圍內(nèi)5號煤層屬二氧化碳～氮氣帶、氮氣帶、氮氣～甲烷帶、甲烷帶，其中以氮氣～甲烷帶為主。

9號煤層甲烷含量1.06～1.96ml/g·r，平均為1.63ml/g·r;瓦斯成分甲烷占2.23～71.01%，平均占31.09%;二氧化碳占4.63～24.15%，平均為11.48%;氮氣占3.5～81.72%，平均為55.27%;C2～C8占0.00～15.15%，平均為2.16%。依據(jù)以上瓦斯成分推斷：該井田范圍內(nèi)9號煤層屬二氧化碳～氮氣帶、氮氣帶、氮氣～甲烷帶、甲烷帶，其中以氮氣～甲烷帶為主。

4煤層瓦斯含量分布規(guī)律

根據(jù)該礦井周邊區(qū)域情況調(diào)整系數(shù)為1.10～1.25之間，由于本井田煤層埋深相對較深，這里取1.25。校正后的某煤礦5號、9號煤層地勘瓦斯含量測值見表2。

對表2進(jìn)行分析可以看出，各瓦斯鉆孔的原煤瓦斯含量與煤層埋深之間有著直接關(guān)系，煤層埋深越深，其原煤瓦斯含量也越大。通常煤層瓦斯含量會受煤層巖石力學(xué)特性、煤質(zhì)、埋深、地質(zhì)構(gòu)造、圍巖性質(zhì)等各種不同因素影響，不同礦井所受各項影響因素的影響程度有所不同。針對某煤礦，上述各項影響因素當(dāng)中煤層埋深是影響整個井田范圍的煤層瓦斯含量變化的最主要因素，而其他影響因素只是對井田局部范圍的煤層瓦斯含量變化有所影響。

某煤礦井田構(gòu)造簡單，整體上是一單斜構(gòu)造，斷層構(gòu)造比較發(fā)育，但大部分?jǐn)鄬勇洳疃夹∮?0m;無巖漿巖侵入情況，屬于一個瓦斯地質(zhì)單元。圖1是5號、9號煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系圖。

（1）5號煤層

（2）9號煤層

通過圖1可以得出，5號、9號煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系均呈線性關(guān)系，其中5號煤層的線性方程為W=0.0015H+0.7712，9號煤層的線性方程為W=0.0019H+0.5706，公式當(dāng)中W、H分別表示為煤層瓦斯含量、埋深;5號、9號煤層瓦斯含量百米增長梯度分別為0.15m3/t/100m、0.19m3/t/100m。由此可以得出，該井田煤層瓦斯含量隨著埋深增大也會出現(xiàn)線性增大的規(guī)律。通過井田內(nèi)瓦斯含量與埋深關(guān)系繪制如圖2所示的5號、9號煤層瓦斯含量等值線圖。

通過圖2可以得出，在該井田西部5號、9號煤層瓦斯含量較其他區(qū)域更大，其最大值分別為1.90m3/t、2.10m3/t，但均小于4m3/t。礦井瓦斯等級為低瓦斯礦井，5號、9號煤層均無突出危險區(qū)域，依據(jù)《煤礦地質(zhì)工作規(guī)定》綜合評價煤礦內(nèi)5號、9號煤層瓦斯類型屬簡單型。

5結(jié)論

根據(jù)垂直方向上煤層瓦斯氣體組分帶劃分規(guī)律，基于某煤礦5號、9號煤層瓦斯實際成分測定結(jié)果，分析得出：井田范圍內(nèi)5號煤層屬二氧化碳～氮氣帶、氮氣帶、氮氣～甲烷帶、甲烷帶，其中以氮氣～甲烷帶為主;9號煤層屬二氧化碳～氮氣帶、氮氣帶、氮氣～甲烷帶、甲烷帶，其中以氮氣～甲烷帶為主。

對某煤礦各瓦斯鉆孔的原煤瓦斯含量與煤層埋深之間關(guān)系進(jìn)行分析得出，煤層埋深越深，其原煤瓦斯含量也越大，并且5號、9號煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系均呈線性關(guān)系，利用線性回歸分別得到5號、9號煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系的線性方程，從而繪制得出5號、9號煤層的瓦斯含量等值線圖。

在井田西部5號、9號煤層瓦斯含量較其他區(qū)域更大，其最大值分別為1.90m3/t、2.10m3/t，但均小于4m3/t。礦井瓦斯等級為低瓦斯礦井，5號、9號煤層均無突出危險區(qū)域，依據(jù)《煤礦地質(zhì)工作規(guī)定》綜合評價煤礦內(nèi)5號、9號煤層瓦斯類型屬簡單型。

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