火石咀煤礦瓦斯賦存規(guī)律分析研究

郝德會

（陜西火石咀煤礦有限責(zé)任公司，陜西 咸陽 713500）

1 礦井概況

火石咀煤礦位于陜西彬縣縣城西北約4 km 處，行政區(qū)劃屬城關(guān)鄉(xiāng)管轄，地理坐標(biāo)為東經(jīng)108°01′15″～108°06′00″，北緯35°03′45″～35°07′15″。煤礦西部與小莊煤礦為界，北部與文家坡煤礦為界，南部以西安—平?jīng)鲨F路為界，東部以4-2煤層可采邊界為界。

2 煤層瓦斯勘查

2.1 勘查階段測試瓦斯含量

在煤田各勘查階段，對4-2煤層取芯進(jìn)行了瓦斯含量測試，一共在13 個孔（210、212、GP4、GP5、GP8、GP9、GP12、GP13、GP16、H2、H3、H5、H6）進(jìn)行測試，采集了15 個瓦斯含量數(shù)據(jù)。4-2煤層干燥無灰基瓦斯含量為0.00～0.86 m3/t，極其微弱，平均為0.08 m3/t，只有H3 號孔瓦斯含量較高，達(dá)到0.86 m3/t，見表1。

表1 各勘查階段瓦斯含量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

2.2 井下瓦斯含量測試

依據(jù)井下測試資料，火石咀煤礦在井下對210 處進(jìn)行了瓦斯采樣測試。井下瓦斯測試結(jié)果表明：火石咀煤礦煤層瓦斯含量為0.10～1.89 m3/t，瓦斯含量整體較低。

2.3 煤層瓦斯成分

火石咀煤礦在各勘查階段共采集了瓦斯樣品15個，自然瓦斯成分以N2為主，如表2 所示，N2成分最高值99.05%（GP4 孔）。據(jù)瓦斯分帶標(biāo)準(zhǔn)為CO2—N2帶。

表2 各勘查階段瓦斯成分?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

3 礦井瓦斯賦存規(guī)律

3.1 瓦斯含量影響因素分析

煤層厚度對瓦斯賦存的影響，煤層既是生氣層，也是儲集層，在相同的保存條件下，一般厚煤層較薄煤瓦斯含量高。繪制了瓦斯絕對涌出量與4-2煤層厚度的散點(diǎn)圖，如圖1 所示。區(qū)內(nèi)瓦斯含量與煤層厚度間表現(xiàn)出微弱的相關(guān)性，即隨著煤層厚度的總體增大，瓦斯含量有緩慢增大的趨勢，但這種相關(guān)性可能因其他因素的影響表現(xiàn)得不十分顯著[1]。

3.2 煤層埋深及上覆基巖厚度對瓦斯賦存的影響

根據(jù)煤田各勘查階段資料，火石咀煤礦4-2煤層埋深270～700 m，一般埋深為480 m 左右。礦井南部由于地表流水侵蝕切割，埋藏較淺，而中部較深，一般在550 m 以上。煤層埋藏較深，煤層上覆基巖厚度較厚，變化不大，埋深和上覆基巖厚度總的變化規(guī)律是礦井東、西及南部埋深較淺，向北部變深。目前生產(chǎn)區(qū)域集中于煤田的中南部、煤層埋深比較淺的區(qū)域，煤層瓦斯涌出量較小且變化不大。對回采工作面瓦斯絕對涌出量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，隨著煤層深度加深而變大，煤層瓦斯涌出量會略有增大。

3.3 頂?shù)装鍘r性對瓦斯賦存的影響

火石咀煤礦主要可采煤層4-2煤層直接頂板以細(xì)粒砂巖、粉砂巖為主，個別鉆孔為粗粒砂巖、中粒砂巖、泥巖和砂質(zhì)泥巖。在GP1、GP9、160 三個鉆孔出現(xiàn)偽頂，厚度0.37～0.5 m，煤層偽頂隨煤層開采而垮落。煤層的直接頂板大部分為砂巖，且透氣性差的泥巖厚度不大，煤系上覆基巖不致密，透氣性好，不利于煤層瓦斯的賦存。煤層底板雖然多為砂質(zhì)泥巖或粉砂巖，但厚度不大，煤系下伏基巖不致密，透氣性能好，不利于煤層瓦斯的儲存。

3.4 斷層、褶皺構(gòu)造對瓦斯賦存的影響

火石咀煤礦位于大佛寺向斜的東部以及彬縣背斜的北部，為一傾向北西的單斜構(gòu)造，斷裂構(gòu)造極不發(fā)育，因此，瓦斯的賦存及其變化特點(diǎn)主要受褶曲分布的控制和影響。由于在大佛寺向斜的基礎(chǔ)上發(fā)育了西部隆起和中部弧形波谷，故其對煤田北部瓦斯的賦存有一定影響。火石咀煤礦向斜的弧形波谷區(qū)域瓦斯賦存量較大，而西部隆起部位瓦斯賦存量較小。同時靠近大佛寺向斜軸部瓦斯含量明顯高于靠近彬縣背斜軸部的瓦斯含量。

影響火石咀煤礦瓦斯賦存的主要因素為褶曲構(gòu)造。依據(jù)礦井的瓦斯地質(zhì)圖，瓦斯涌出量相對較大（絕對涌出量大于2 m3/min）的區(qū)域主要分布在礦井北部的弧形波谷內(nèi)，其和大佛寺向斜展布方向基本一致，而且越靠近向斜軸部，越有增大的趨勢（預(yù)測絕對涌出量大于3 m3/min），沿著弧形波谷軸部，向兩側(cè)瓦斯涌出量依次遞減。這說明向斜有利于瓦斯的儲存，是良好的儲氣構(gòu)造。礦井北部（即靠近大佛寺向斜軸部）明顯比礦井南部（彬縣背斜）的瓦斯含量高。礦井絕對瓦斯涌出量低的地方主要分布在煤田的南部，和彬縣背斜展布的方向基本一致，這說明背斜構(gòu)造不利于瓦斯的賦集。

4 礦井瓦斯量、瓦斯涌出量預(yù)測及預(yù)防措施

4.1 礦井瓦斯涌出量

通過系統(tǒng)地收集了火石咀煤礦2006—2021 年的瓦斯涌出量資料，包括8506、8508、8510、8512、8603、8612、8709、8710 等掘進(jìn)工作面和8712 回采工作面的瓦斯涌出量，火石咀煤礦近些年絕對瓦斯涌出量均小于5 m3/min。

4.2 礦井回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測

根據(jù)前述分析結(jié)果，火石咀煤礦4-2煤層處于構(gòu)造簡單和瓦斯賦存地質(zhì)條件簡單區(qū)內(nèi)，構(gòu)造對主要可采煤層破壞作用不大，但對瓦斯賦存起到一定的控制作用，整體的分布規(guī)律受煤田內(nèi)的大佛寺向斜和彬縣背斜褶曲控制，從而導(dǎo)致煤層埋深、含煤巖系厚度、煤層厚度以及瓦斯分布出現(xiàn)同步變化的規(guī)律，即在向斜區(qū)域煤層埋藏較深，主要可采的4-2煤層厚度較大，瓦斯賦存量較大，礦井瓦斯涌出量也較大，而在背斜區(qū)域，情況相反。

根據(jù)4-2煤層已采區(qū)域回采工作面絕對瓦斯涌出量與煤層厚度所建立的相關(guān)關(guān)系式，利用未采區(qū)域鉆孔揭露的4-2煤層厚度資料，對4-2煤層未采區(qū)的回采工作面絕對瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測區(qū)絕對瓦斯涌出量均小于3 m3/min，煤田內(nèi)瓦斯賦存條件簡單，瓦斯涌出量較小，對煤礦生產(chǎn)安全威脅不大，容易造成礦方對瓦斯地質(zhì)資料的收集和保存忽視，導(dǎo)致后期資料利用困難，建議煤礦今后加強(qiáng)瓦斯地質(zhì)資料的收集與管理。

4.3 瓦斯對礦井安全影響分析及預(yù)防措施

加強(qiáng)通風(fēng)，礦井通風(fēng)是防止瓦斯聚積的基本措施，只有供風(fēng)穩(wěn)定、連續(xù)、合理，才能保證及時沖淡和排除瓦斯。加強(qiáng)地質(zhì)構(gòu)造及瓦斯賦存的超前探測工作，超前探明煤層及地質(zhì)構(gòu)造賦存情況，切實(shí)掌握4-2煤層的瓦斯賦存及其變化情況。當(dāng)4-2煤層瓦斯賦存變化較為明顯或作業(yè)過程中出現(xiàn)瓦斯涌出異常或突出預(yù)兆時，應(yīng)立即停止作業(yè)活動，申請相關(guān)資質(zhì)單位重新對4-2煤層進(jìn)行煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性鑒定。礦井在采掘過程中注意煤層賦存及瓦斯動態(tài)變化，并觀察采掘活動中的瓦斯異常涌出、鉆孔噴孔、鉆屑粒度增多或變粗等異常現(xiàn)象，應(yīng)及時采取安全技術(shù)措施，預(yù)防動力災(zāi)害發(fā)生。

5 結(jié)論

1）火石咀煤礦在井下對210 處進(jìn)行了瓦斯采樣測試，測定的4-2煤層瓦斯含量處于0.10～1.89 m3/t 之間，平均值1.09 m3/t。瓦斯含量測試中所有測點(diǎn)瓦斯含量小于4 m3/t，火石咀煤礦地質(zhì)類型為“簡單”型。

2）火石咀煤礦2005—2018 年礦井瓦斯絕對涌出量變化在1.73～4.46 m3/min 之間，相對涌出量變化在0.66～4.25 m3/t 之間，瓦斯等級劃分為低瓦斯礦井。