信湖煤礦瓦斯賦存規律研究及涌出量預測

張 偉 賁世連

（安徽省煤田地質局水文勘探隊，安徽 宿州 234000）

信湖煤礦處于淮北煤田西南部，為新建礦井。主要含煤地層為二疊系，含10 個煤組，可采煤層7層，其中3、81、82煤層為大部可采較穩定煤層，53、6、7、11 煤層為局部可采不穩定煤層。礦井設計產能3.00 Mt/a，立井、分區開拓、分區通風、集中出煤的開拓方式；一水平標高-960 m，二水平標高-1160 m。礦井按高瓦斯礦井建設，目前準備81采區，設計首采面818 工作面，主采8 煤組。

1 瓦斯含量及分布特征

1.1 瓦斯含量分布特征

礦井勘查至建井階段可利用可采煤層瓦斯樣點280 個。CH4含量兩極值在0～18.55 m3/t 之間，平均值為1.63 m3/t。測試結果見表1。

表1 信湖煤礦各煤層瓦斯測試成果匯總表

本次利用各瓦斯樣點瓦斯含量高點分布相對集中，大部分低點分布，高點主要集中在正斷層DF19 與F6 之間、14-15 線與22 線之間，形成一個閉合區。瓦斯含量中部逐漸向邊界大斷層遞減，DF19 斷層附近瓦斯含量幾乎為0，F6 斷層西翼存在信湖向斜，雖然信湖向斜兩翼存在軸部圍巖壓力大，瓦斯不易散出，但向斜軸西翼大斷層發育，增加瓦斯運移通道，瓦斯含量逐漸向西變小。

（1）瓦斯相對富集區位于DF19、DF13 斷層以西、F6 斷層以東，呈不規則狀分布。CH4含量＞8 m3/t 的采樣點大多數位于16-18 勘探線之間的塊段內。2019-2 孔位于818 工作面上，82煤層瓦斯含量高達18.55 m3/t，是該礦區現有資料中的最大值。

（2）各煤層垂向上由上至下瓦斯含量有遞增趨勢，3 煤最低，平均值為0.83 m3/t，82煤最高，平均值為2.23 m3/t，其余煤層均存在不確定性，但瓦斯含量平均值均小，最小值為7 煤0.25 m3/t。

（3）地面鉆孔解吸瓦斯顯示，81、82煤有16個點瓦斯含量＞8.00 m3/t，其余采樣點瓦斯含量均＜8.00 m3/t。井下各煤層實測瓦斯含量1.08～5.24 m3/t，實測最大瓦斯含量為81煤5.24 m3/t。同一區域內鉆孔采集解析瓦斯含量比井下實測瓦斯含量偏大。

該礦首采81 采區瓦斯地質賦存規律示意圖如圖1、圖2。

圖1 81 煤層瓦斯地質示意圖

圖2 82 煤層瓦斯地質示意圖

1.2 瓦斯成分分布特征

該礦煤層中瓦斯成分構成主要為CH4和N2，CO2所占比例較小，重烴含量甚微，絕大多數樣品為0。總體特征為：CH4兩極值0%～95.04%，平 均 值15.4%；CO2兩 極 值0.43%～97.46%， 平均值14.42%；N2兩極值1.33%～98.63%，平均值69.61%。

各 樣 品 瓦 斯 成 分 中CO2＞20%、CH4＞80% 的所占比例都較小，且垂向上分布極為分散，最淺為-465.64 m，最深為-1 378.23 m。瓦斯成分中CO2＜20%、N2＞20%、CH4＜20%占主導趨勢，總體處于瓦斯風化帶中之N2-CH4帶，局部為CH4帶[1-5]。

2 影響瓦斯賦存特征因素分析

煤層瓦斯的形成、分布和賦存特征受瓦斯地質規律的控制。煤層瓦斯含量受多種地質因素的制約，如煤質、埋藏深度、構造、煤的物理化學性質、煤層頂底板巖性等，不同礦區，各種地質因素施加影響的顯著性可能是不相同的[6-9]。結合以上各種地質條件，對該礦井瓦斯賦存規律進行了簡單分析，結果如下：

（1）煤層埋深對瓦斯的影響

從各可采煤層瓦斯含量特征看，瓦斯含量與煤層埋深均呈線性關系，隨煤層埋深增加瓦斯含量增大，說明深度應是影響本礦井瓦斯含量的主要因素。

（2）構造對瓦斯的影響

從構造看，信湖煤礦位于宿南向斜西部，總體形態為一單斜構造，呈淺部陡深部緩的趨勢。受斷層影響，發育信湖向斜、董心樓向斜和孫大莊背斜。

該礦井斷層較發育，正斷層886 條，逆斷層3 條。對于正斷層，有利于瓦斯逸散，因此，構造對該礦井瓦斯賦存影響較大。

（3）煤層頂、底板巖性對瓦斯的影響

煤層瓦斯的積聚或逸散，受煤層頂底板巖性成分、粒度、孔隙度、裂隙等影響較大。孔隙與裂隙發育的砂巖其透氣系數非常大，一般比致密而裂隙不發育的泥巖、砂質泥巖等巖類透氣系數高出幾百倍。當煤層頂板為砂巖時，瓦斯易于逸散；頂板為砂質泥巖或泥巖時，孔隙度小，透氣性能差，對瓦斯封閉條件較好，容易形成瓦斯聚集。

該礦各煤層頂板多以泥巖、砂質泥巖為主，少量粉、細砂巖，底板多為泥巖和砂質泥巖，有利于瓦斯的富集。

3 礦井瓦斯涌出量預測

根據81采區井下瓦斯含量實測數據，建立回歸分析煤層埋藏深度與瓦斯含量的關系，對81采區不同標高處瓦斯含量進行預測，具體見表2。

表2 81 煤瓦斯含量計算表

根據表2 數據做81煤瓦斯含量與煤層埋深關系散點圖（圖3），得出81煤層瓦斯含量y隨煤層底板標高x關系式為：

圖3 81 煤瓦斯含量與煤層標高的關系

式中：y為瓦斯含量，m3/t；x為煤層底板標高，m。

根據表3 數據做82煤瓦斯含量與煤層埋深關系散點圖（圖4），得出82煤層瓦斯含量y隨煤層底板標高x關系式為：

圖4 82 煤瓦斯含量與煤層標高的關系

表3 82 煤瓦斯含量計算表

式中：y為瓦斯含量，m3/t；x為煤層底板標高，m。

根據回歸方程可知，81煤層-1160 m 水平瓦斯含量為6.37 m3/t；82煤層-1160 m 水平瓦斯含量為4.39 m3/t，小于《防治煤與瓦斯突出細則》的臨界值8 m3/t，均無突出危險。

4 結論

（1）從各可采煤層瓦斯含量特征看，煤層瓦斯含量與煤層埋深均呈線性關系，隨煤層埋深增加瓦斯含量增大，說明深度應是影響該礦井瓦斯含量的主要因素。

（2）經地面鉆孔采集解析與井下測試對比，各煤層均無煤與瓦斯突出危險性。瓦斯含量同一區域地面鉆孔采集解析值與井下實測值比偏大，建議以井下實測瓦斯含量為準，地面鉆孔采集的瓦斯含量為參考。

（3）各煤層目前未發現瓦斯突出現象，瓦斯等級為低瓦斯礦井。礦井地面鉆孔取得瓦斯含量最大值超過8 m3/t，按照《煤礦地質工作規定》劃分標準，瓦斯地質類型為復雜類型。隨著礦井采掘范圍增大，具備條件時應及時進行煤與瓦斯突出危險性鑒定，測定煤層原始瓦斯壓力、含量等相關參數，指導礦井建設、生產和瓦斯治理。