安鵬瑞

【摘 要】為評(píng)價(jià)煤層氣賦存影響因素的影響程度，引入主成分分析法。以黃河北煤田某煤礦為例，在系統(tǒng)收集和分析地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，確定影響煤層氣的賦存影響因素，應(yīng)用主成分分析法對(duì)煤層氣賦存影響因素做出定量資源評(píng)價(jià)，并確定其影響程度。評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)趙官煤礦煤層氣開(kāi)發(fā)利用和防治瓦斯突出提供依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】主成分分析法；煤層氣賦存影響因素；煤層氣定量評(píng)價(jià)

煤層氣（礦井瓦斯）是一種清潔環(huán)保能源，合理開(kāi)發(fā)利用煤層氣，對(duì)于能源的充分利用，改善我國(guó)能源結(jié)構(gòu)，保障國(guó)家能源安全，減少煤礦瓦斯災(zāi)害，保護(hù)大氣環(huán)境，具有重要的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益。同時(shí)，它又是煤礦安全生產(chǎn)一大危害[1]，能引起瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出，直接威脅著煤礦的安全生產(chǎn)，因此，通過(guò)對(duì)煤層氣賦存影響因素的分析，將減少或解除煤礦安全生產(chǎn)的不利影響。

1 水文地質(zhì)條件

煤層氣主要以吸附狀態(tài)賦存在煤的孔隙中，地下水系統(tǒng)通過(guò)地層壓力對(duì)煤層氣吸附聚集起控制作用，地下水的流動(dòng)對(duì)煤層氣起溶解、逸散作用[2]。因此，水文地質(zhì)條件對(duì)煤層氣賦存、運(yùn)移影響很大。

從黃河北煤田及礦井水文地質(zhì)資料分析：影響上組煤7和10煤層氣含量的含水層主要為一灰、二灰、三灰，局部受四五灰和下層巖漿巖含水層影響。影響下組煤11和13煤層氣含量的含水層主要為四灰、五灰、下層巖漿巖含水層及徐灰、奧灰含水層。

2 地質(zhì)構(gòu)造

煤礦礦井內(nèi)規(guī)模較大的斷層主要分布在礦井邊界，礦井內(nèi)部多為較小規(guī)模斷層，對(duì)煤層瓦斯分布影響不大。由各煤層氣含量測(cè)試孔數(shù)據(jù)分析，位于礦井北部、西部邊界主要斷層對(duì)煤層瓦斯保存有利，越向深部規(guī)律越明顯，且沿傾向方向，煤層氣含量有增大趨勢(shì)。東部斷層局部為導(dǎo)水?dāng)鄬樱鋵?duì)煤層氣保存不利。礦井內(nèi)發(fā)育的32-6號(hào)孔背斜、744號(hào)孔向斜基本都為軸向NW的傾伏，與礦井整體地層傾向一致，并且這些褶曲規(guī)模較小，對(duì)煤層氣分布影響較小。

3 巖漿巖入侵

礦井內(nèi)下組煤（即11煤和13煤）主要受下層巖漿巖直接侵入影響，礦井范圍內(nèi)11煤層廣泛遭受下層巖漿巖直接侵入，使11煤層大部分的煤層厚度變薄，焦化或全部吞蝕，主要分布在礦井北部及西南部。據(jù)鉆孔資料顯示，13煤層沒(méi)有揭露其受巖漿巖直接侵入或吞蝕情況。由于11與13煤層距離較近，平均距離僅為6.87m，煤層受巖漿巖影響其不同變質(zhì)區(qū)域分布趨勢(shì)基本一致。礦井內(nèi)下組煤主要受下層巖漿巖直接侵入影響，礦井范圍內(nèi)11煤層廣泛遭受下層巖漿巖直接侵入，使11煤層大部分的煤層厚度變薄，焦化或全部吞蝕，主要分布在礦井北部及西南部。

4 煤層埋深

據(jù)礦井內(nèi)鉆孔資料，礦井內(nèi)下組煤主要受下層巖漿巖直接侵入影響，礦井范圍內(nèi)11煤層廣泛遭受下層巖漿巖直接侵入，使11煤層大部分的煤層厚度變薄，焦化或全部吞蝕，主要分布在礦井北部及西南部。據(jù)鉆孔資料顯示，13煤層沒(méi)有揭露其受巖漿巖直接侵入或吞蝕情況。由于11與13煤層距離較近，平均距離僅為6.87m，煤層受巖漿巖影響其不同變質(zhì)區(qū)域分布趨勢(shì)基本一致。同時(shí)，7煤層上覆基巖厚度分布與埋深變化趨勢(shì)基本一致，說(shuō)明礦井范圍內(nèi)，煤層埋深變化趨勢(shì)基本反映了煤層上覆基巖厚度分布情況。

5 主成分分析法

根據(jù)主成分分析法模型及其計(jì)算步驟[3]，結(jié)合研究的某煤礦資料，以7煤、10煤、11煤、13煤煤層氣賦存控制影響為例，采用主成分分析法對(duì)煤層氣賦存主要控制影響因素進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（1）根據(jù)研究區(qū)影響因素的特征分析，本次評(píng)價(jià)選取的主要影響因素為煤層埋深、地質(zhì)構(gòu)造、水文條件、巖漿巖侵入。（2）主成分分析過(guò)程：采用SPSS軟件對(duì)影響煤層氣賦存的4個(gè)因素進(jìn)行主成分分析，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

根據(jù)表1可知，第1、第2主成分特征根大于1且解釋方差的累積為95.039%已包含了評(píng)價(jià)中所需大部分信息。故選用第1、第2個(gè)主成分即可。再次調(diào)用SPSS軟件對(duì)表2中的第1、第2主成分因子載荷陣進(jìn)行運(yùn)算得到主成分得分系數(shù)矩陣

得到主成分的表達(dá)式：

Y1=0.381X煤層埋深+0.379X地質(zhì)構(gòu)造-0.272 X巖漿侵入+0.153X水文條件；Y2=0.118X煤層埋深-0.022X地質(zhì)構(gòu)造+0.518X巖漿侵入+0.683X水文條件

從而算得W煤層埋深= |0.381×64.754℅+0.118×33.376℅|=0.286。同理可得W地質(zhì)構(gòu)造=0.238，W巖漿侵入=0.418， W水文條件=0.327。歸一化后，得各影響因素的權(quán)重向量即為（W煤層埋深，W地質(zhì)構(gòu)造，W巖漿侵入，W水文條件）=（0.225，0.187，0.330，0.257）。因此W巖漿侵入>W水文條件>W煤層埋深>W地質(zhì)構(gòu)造。

從以上評(píng)價(jià)結(jié)果看出，在黃河北煤田某煤礦煤層氣賦存控制影響因素的影響次序?yàn)椋簬r漿侵入>水文條件>煤層埋深>地質(zhì)構(gòu)造。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)黃河北煤田某煤礦煤層氣影響因素的分析，得到主要結(jié)論如下：

（1）對(duì)黃河北煤田某煤礦煤層氣賦存控制主要影響因素進(jìn)行了分析。主要影響因素次序?yàn)椋簬r漿侵入、水文條件、煤層埋深、地質(zhì)構(gòu)造。

（2）主成分分析法定量評(píng)價(jià)影響因素的影響程度并賦與一定的權(quán)重，其方法較為科學(xué)，為正確評(píng)價(jià)煤層氣賦存提供有力依據(jù)，對(duì)制定和利用煤層氣開(kāi)采和防治瓦斯突出的措施具有重要的指導(dǎo)意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]Wang Y. Coal resource evaluation and manage ment information system in underground mines[J]. Computer Application in the Mineral Industries， Netherlands， 2001， 65（1）：155-158.

[2]李增學(xué)，魏久傳，劉瑩.煤層氣地質(zhì)學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，2007，10.160-161.

[3]趙鵬大.定量地學(xué)方法及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2004.62-64.

[責(zé)任編輯：王偉平]