李朋朋

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海天煤業(yè)3號(hào)煤層瓦斯地質(zhì)規(guī)律及防治措施

李朋朋

(山西晉煤集團(tuán)澤州天安海天煤業(yè)有限公司，山西 晉城市 048000)

為了研究海天煤業(yè)3號(hào)煤層瓦斯地質(zhì)規(guī)律，以瓦斯地質(zhì)學(xué)理論為基礎(chǔ)，結(jié)合地勘和生產(chǎn)時(shí)揭露的瓦斯地質(zhì)資料，采用定性定量相結(jié)合的方法建立數(shù)學(xué)模型，多維度、多層次分析了影響瓦斯賦存的地質(zhì)因素，結(jié)果表明：煤層埋藏深度、瓦斯壓力與瓦斯含量呈正相關(guān)關(guān)系，地質(zhì)構(gòu)造、煤層頂?shù)装鍘r性、埋藏深度是影響瓦斯賦存的主導(dǎo)因素，對(duì)天海煤業(yè)瓦斯災(zāi)害防治和煤礦安全高產(chǎn)高效開采具有現(xiàn)實(shí)意義。

瓦斯地質(zhì)規(guī)律；地質(zhì)構(gòu)造；瓦斯含量；回歸分析

煤礦瓦斯是一種非常復(fù)雜的氣體地質(zhì)體，其形成、分布和賦存規(guī)律主要受瓦斯地質(zhì)的控制[1]。隨著開采深度的逐漸增加，瓦斯含量、瓦斯壓力勢(shì)必出現(xiàn)增大現(xiàn)象，煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性也會(huì)增加，為了從根本上解決瓦斯問題，掌握煤層瓦斯賦存和煤層特征就顯得尤為重要。因此，對(duì)海天煤業(yè)3號(hào)煤層瓦斯突出危險(xiǎn)性、涌出量進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，多角度、多層次深入研究其瓦斯地質(zhì)規(guī)律，最大程度地從根本上解決瓦斯問題，進(jìn)而有效地預(yù)防瓦斯事故，保證海天煤業(yè)安全高效 開采[2]。

1 礦井地質(zhì)構(gòu)造及控制特征

海天煤業(yè)有限公司核定生產(chǎn)能力0.6 Mt/a，礦井采用“一井一面”集約化生產(chǎn)方式，其中3號(hào)煤層位于山西組下部，煤層埋藏較深，井田內(nèi)無露頭及風(fēng)氧化現(xiàn)象，是主要可采煤層之一，厚度5.60~8.86 m，平均6.40 m，一般含一層夾矸，厚度為0~0.76 m，夾矸巖性多為泥巖或粉砂泥質(zhì)巖，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單一復(fù)雜，屬穩(wěn)定可采煤層。頂板多為粉砂巖、泥巖，底板為粉砂巖、中砂巖、泥巖。煤層瓦斯含量為8.62~9.3 m3/t，瓦斯壓力為0.94 MPa，絕對(duì)瓦斯涌出量24.45 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量19.37 m3/t，批復(fù)等級(jí)為高瓦斯礦井。礦井采用斜井、立井混合開拓方式單水平開采3號(hào)煤層，采用全部垮落法管理頂板。

井田區(qū)域總體構(gòu)造形態(tài)是一個(gè)傾向北西~北西西的單斜構(gòu)造，而在此基礎(chǔ)上還發(fā)育一個(gè)構(gòu)造形跡北北東向的寬緩褶皺，巖(煤)層呈波狀起伏形態(tài)，并伴有規(guī)模不大、落差較小的正斷層及低角度的逆斷層。

井田內(nèi)地層大體走向北東、傾向北西，地層傾角變化也不大，基本在1°~4°之間。此外，在靠近井田東南部邊界處有一條比較發(fā)育的正斷層，走向北北東，斷層面傾向北西，傾角70°，落差15~30 m。該斷層沿井田邊界延伸，對(duì)井田內(nèi)煤層開采影響不大。

由此可見，井田整體為一單斜構(gòu)造，地層傾角相對(duì)平緩，除在井田東南部邊界處發(fā)育1條斷層外，井田內(nèi)未發(fā)現(xiàn)巖漿巖等其它構(gòu)造，井田構(gòu)造屬簡(jiǎn)單。

2 礦井瓦斯地質(zhì)規(guī)律

2.1 斷層褶曲對(duì)煤層瓦斯賦存的影響

煤層頂?shù)装宓臐B透性高低，會(huì)直接影響瓦斯的逸散、保存，如背斜可以保存更多的瓦斯，而且頂板越封閉，瓦斯向上運(yùn)移的阻力越大，瓦斯排放不了只能保存下來，因此，大部分瓦斯只能通過兩翼的流通通道發(fā)育的區(qū)域逸散[3]。

海天煤業(yè)開采區(qū)域內(nèi)總體為一寬緩的單斜構(gòu)造，并有起伏不大的次一級(jí)褶曲發(fā)育，不影響井田的整體構(gòu)造形態(tài)，對(duì)瓦斯賦存影響不大。

2.2 頂?shù)装鍘r性對(duì)瓦斯賦存的影響

一般情況下，頂、底板巖石的孔隙率要比煤層的小，若孔隙-裂隙間沒有很好的連通性，滲透性差且隔氣，則可以提供瓦斯賦存的空間條件，瓦斯不容易逸散[4]。通常情況下，當(dāng)煤層頂?shù)装迨潜容^致密、完整的頁(yè)巖、油母頁(yè)巖和泥巖等巖層時(shí)，煤層中的瓦斯基本上被保存下來；反之，瓦斯很容易逸散。海天煤業(yè)3號(hào)煤層頂板多為粉砂巖、泥巖，底板為粉砂巖、中砂巖、泥巖，在這種環(huán)境下，遺留下來的瓦斯很少。

2.3 煤層厚度對(duì)瓦斯賦存的影響

煤層厚度對(duì)瓦斯生成量也有一定的影響，因?yàn)槊汉褡兓茐牧送咚狗植嫉木庑浴⒁?guī)律性，因此，在其他條件不變的情況下，煤厚變化也會(huì)導(dǎo)致瓦斯不均衡分布。

海天煤業(yè)3號(hào)煤的煤層厚度、瓦斯含量數(shù)據(jù)見表1，對(duì)煤層瓦斯含量與煤厚關(guān)系(見圖1)進(jìn)行擬合，得出其煤厚()與瓦斯含量()的關(guān)系為=0.5319+ 5.6958。

表1 煤層厚度與瓦斯含量對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖1 煤厚與瓦斯含量關(guān)系

2.4 埋藏深度對(duì)瓦斯賦存的影響

地應(yīng)力會(huì)隨著采深的增加而增大，表現(xiàn)為：煤層、圍巖的透氣性降低，增大了瓦斯從煤層到地表的運(yùn)移距離，這種情形下就有利于瓦斯賦存[5]。根據(jù)海天煤業(yè)3號(hào)煤層瓦斯含量與埋深散點(diǎn)圖可知(如圖2所示)，瓦斯含量與埋藏深度呈正相關(guān)關(guān)系。

2.5 瓦斯含量分布規(guī)律及預(yù)測(cè)

根據(jù)大量文獻(xiàn)所述[6]，埋藏深度與瓦斯含量間的關(guān)系可進(jìn)行定量的回歸分析，以埋深作為瓦斯含量的主要影響因素建立線性回歸模型，可以更直觀地分析二者之間的關(guān)系。

=0+11(1)

式中：1為煤層埋深。埋藏深度與瓦斯含量的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表2，用3號(hào)煤層11個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為樣本[(x1，x2，…，x；y)，其中=1，2，…，11]，代入式(3)，擬合計(jì)算得出3號(hào)煤層埋深與瓦斯含量關(guān)系如圖2 所示。

表2 埋藏深度與瓦斯含量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

圖2 瓦斯含量與埋深關(guān)系

依據(jù)表2，采用回歸分析法，生成瓦斯含量()與煤層埋深()的關(guān)系曲線(見圖2)，相關(guān)系數(shù)2=0.6752。建立了如下線性關(guān)系：

=0.0216?1.2834

式中，為瓦斯含量，m3/t；為煤層埋深，m。

由以上線性關(guān)系結(jié)合數(shù)據(jù)分析顯示，瓦斯含量隨埋深的增加有增大的趨勢(shì)，線性相關(guān)性較好。瓦斯含量增長(zhǎng)梯度為1.97 m3/t/100 m。

一般來說，煤層瓦斯含量受到煤種、煤的變質(zhì)程度、構(gòu)造、埋深以及頂、底板巖性等多種地質(zhì)因素的影響，不同的礦井所具有的地質(zhì)條件不同，甚至同一礦井的同一煤層在不同區(qū)域差異性也很大，解決瓦斯問題的根本就是掌控瓦斯地質(zhì)規(guī)律，這樣才能從真正意義上治理瓦斯問題。

通過對(duì)海天煤業(yè)的實(shí)際地質(zhì)條件進(jìn)行分析可知，海天煤業(yè)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，如構(gòu)造、褶曲等只在局部地區(qū)存在，這些地質(zhì)構(gòu)造只對(duì)小區(qū)域煤層瓦斯賦存規(guī)律會(huì)產(chǎn)生影響，而埋藏深度在整個(gè)范圍內(nèi)主導(dǎo)瓦斯含量的高低，煤層厚度的變化也在一定程度上影響瓦斯含量的高低。綜上可知，煤層的埋深是控制海天煤業(yè)瓦斯含量變化的主導(dǎo)因素，在開采過程中尤其要注意煤層厚度變化給安全生產(chǎn)帶來的不利影響。

3 瓦斯防治措施

海天煤業(yè)3號(hào)煤層在開采前應(yīng)以瓦斯賦存、瓦斯涌出及瓦斯地質(zhì)規(guī)律為依據(jù)，設(shè)計(jì)合理的瓦斯抽采系統(tǒng)，優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，完善監(jiān)測(cè)監(jiān)控體系，保證安全 生產(chǎn)。

(1) 完善瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控。采用多指標(biāo)、多手段的綜合預(yù)測(cè)方法，提高瓦斯壓力測(cè)定和突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

(2) 加強(qiáng)瓦斯抽采。根據(jù)本礦實(shí)際，采用井下多種方法綜合抽采或井上下立體聯(lián)合抽采模式，將瓦斯含量及瓦斯壓力降低到臨界值以下。

4 結(jié) 論

(1) 在統(tǒng)計(jì)分析海天煤業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合其地質(zhì)特征，得出了瓦斯含量、瓦斯壓力隨開采深度的增加而增加的線性關(guān)系。

(2) 定性分析斷層、褶曲、頂?shù)装鍘r性等因素對(duì)瓦斯分布規(guī)律的影響，并通過回歸分析得到了控制瓦斯含量的主要因素是埋藏深度。

[1] 舒龍勇,程遠(yuǎn)平,等.地質(zhì)因素對(duì)煤層瓦斯賦存影響的研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào),2011,21(2):121?125.

[2] 賈永勇,婁 芳.阿艾礦區(qū)瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究[J].煤礦安全,2016, 47(7):14?17.

[3] 王凌鶴,李慶源,孔維一.沙曲礦井瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,29(6):720?724.

[4] 楊峰峰,張巨峰,鄭 超,等.永紅煤礦3號(hào)煤層瓦斯地質(zhì)規(guī)律之研究[J].隴東學(xué)院學(xué)報(bào),2017,28(3):90?93.

[5] 陳金濤.打通一礦區(qū)瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究[J].山西煤炭,2017,37(5):47?49.

[6] 楊宏民,王 松,陳向軍,等.長(zhǎng)平煤礦3號(hào)煤層瓦斯賦存規(guī)律分析[J].煤礦安全,2011(5):117?119.

2018?08?03

李朋朋(1989—)，男，河南焦作人，助理工程師，主要從事一通三防技術(shù)管理工作,Email: 2356059065@qq. com。