馬 迅

（河北省煤田地質(zhì)勘查院，河北 邢臺(tái) 054000）

瓦斯涌出量預(yù)測(cè)是礦井在一定生產(chǎn)時(shí)期、生產(chǎn)方式和配產(chǎn)條件下對(duì)于下一步生產(chǎn)時(shí)瓦斯涌出的預(yù)判。目前隨著科技的發(fā)展，相繼出現(xiàn)了多種瓦斯預(yù)測(cè)方法。本文主要詳細(xì)介紹了分源預(yù)測(cè)法，并將該方法應(yīng)用于煤礦進(jìn)行瓦斯涌出量預(yù)測(cè)。

1 礦區(qū)概況

冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)亨健礦業(yè)有限公司核定生產(chǎn)能力為42 萬(wàn)t/a，僅開(kāi)采山西組2#煤，劃分為+100m、-40m、-160m 三個(gè)水平，目前+100m、-40m 水平已經(jīng)結(jié)束，-160m 水平有兩個(gè)采區(qū)。礦井開(kāi)拓方式為斜井多水平開(kāi)拓，開(kāi)采方法為走向長(zhǎng)壁采煤法和傾斜長(zhǎng)壁采煤法，對(duì)整個(gè)煤層一次采全高，頂板管理為自然垮落法，礦井通風(fēng)方式為中央并列抽出式。自2004 年至今，礦井瓦斯歷年等級(jí)鑒定結(jié)果均為高瓦斯礦井。2014 年，河北省煤田地質(zhì)勘查院受亨健礦業(yè)有限公司委托，承擔(dān)了其生產(chǎn)礦井地質(zhì)報(bào)告的編制任務(wù)，涉及了瓦斯地質(zhì)工作。

2 地層、構(gòu)造

井田范圍內(nèi)大部分地層被新生界地層所掩蓋，基巖出露很少，地層整體上傾向東或北東向。區(qū)內(nèi)賦存的地層自下而上分別為：奧陶系中統(tǒng)（O2）、石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b）、石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）、二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）和二疊系下統(tǒng)下石盒子組（P1x）、二疊系上統(tǒng)上石盒子組（P2s）和二疊系上統(tǒng)石千峰組（P2sh）、三疊系下統(tǒng)劉家溝組（T1l）、第四系（Q）。

主要含煤地層為石炭系本溪組、太原組及二疊系山西組。本溪組含煤1 層，為10#煤層，不穩(wěn)定，不可采，煤厚0.30～0.42m，平均厚度0.35m；太原組含煤8～14 層，煤層總厚度8.45m，含煤系數(shù)為2.7%，其中可采和局部可采煤層5 層，為4、6、7、8、9#煤層，平均厚度7.52m，均勻分布在本組中、下部；山西組含煤4～7 層，煤層總厚度6.04m，含煤系數(shù)7.8%。其中2#煤層為本井田主要可采煤層，平均厚度3.69m。

井田總體構(gòu)造形態(tài)表現(xiàn)為單斜構(gòu)造，并伴有短軸、開(kāi)闊的小型傾伏褶曲和斷層。大、中型斷層整體上呈北東向展布，均為高角度正斷層，且具有傾角大（一般在70°以上）、延伸遠(yuǎn)的特點(diǎn)。有少量寬緩褶曲存在，地層產(chǎn)狀變化不大。巖漿巖普遍發(fā)育，且厚度巨大，但它是順層侵入，對(duì)煤層破壞作用并不十分嚴(yán)重，僅在部分地段侵蝕煤層。

3 煤層

2#煤層作為本井田主要可采煤層， 厚0.83～8.34m，平均3.69m，普遍含一層夾矸，夾矸厚度在0.05～0.71m，一般為0.25m。煤質(zhì)類(lèi)型均為高度變質(zhì)無(wú)煙煤。

4 煤層瓦斯含量分布特征

亨建煤礦位于煤系巖漿活動(dòng)較強(qiáng)烈的地區(qū)，大規(guī)模的巖漿侵入促使煤層進(jìn)一步變質(zhì)而成為其瓦斯主要來(lái)源，并受斷層、褶皺、頂板巖性及埋深等多因素的影響主要儲(chǔ)存于煤層或圍巖中。通過(guò)對(duì)該礦2#煤層瓦斯含量實(shí)測(cè)以及礦井掘進(jìn)時(shí)反演的瓦斯含量（見(jiàn)表1），分析瓦斯賦存與埋藏深度的關(guān)系，利用回歸分析，建立瓦斯含量（y）與埋深（x）的數(shù)學(xué)關(guān)系模型，相關(guān)系數(shù)R=0.9542。

數(shù)學(xué)模型：y=0.0265x-0.8825式中：

x-煤層埋深，m；

y-煤層瓦斯含量，m3/t。

表1 2#煤層實(shí)測(cè)、反演含量點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表

圖1 煤礦2#煤層瓦斯含量與煤層埋深的關(guān)系

由圖1 可知，2#煤層瓦斯含量梯度為2.65m3/t·100m，在埋深109m、184m、260m、335m、411m處的煤層瓦斯含量趨勢(shì)值分別是2m3/t、4m3/t、6m3/t、8m3/t、10m3/t，呈現(xiàn)出煤層瓦斯含量通常與埋藏深度有密切相關(guān)的規(guī)律。煤層埋深越大，瓦斯的有效蓋層厚度越大，瓦斯的賦存條件越好。

5 分源預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)瓦斯涌出量

分源預(yù)測(cè)法是根據(jù)礦井回采工作面的瓦斯涌出源的數(shù)量及各源瓦斯涌出量來(lái)預(yù)測(cè)礦井瓦斯涌出量的方法。

采用分源預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)2#煤層回采工作面相對(duì)瓦斯涌出量。2#煤層瓦斯來(lái)源是2#煤層及上鄰近煤層1#、1下

#，下鄰近煤層3#、4#煤層，分別對(duì)其相對(duì)瓦斯涌出量進(jìn)行計(jì)算。

（1）2#煤層相對(duì)瓦斯涌出量

表2 計(jì)算參數(shù)取值表

其中，2#煤層瓦斯含量W0取埋深184m、260m、335m、411m 處，其瓦斯含量趨勢(shì)值分別為4m3/t、6m3/t、8m3/t、10m3/t，計(jì)算出2#煤層相對(duì)瓦斯涌出量分別為1.30m3/t、3.91m3/t、6.52m3/t、9.13m3/t。

（2）鄰近層相對(duì)瓦斯涌出量

鄰近煤層情況取值見(jiàn)表3。其中，上鄰近層煤層原始瓦斯含量按2 號(hào)煤層瓦斯含量的80%取值，下鄰近層按2 號(hào)煤層瓦斯含量的1.2 倍取值；第i個(gè)鄰近層煤層厚度，mi取值見(jiàn)表3，第i 個(gè)鄰近層瓦斯排放率ηi按圖2 選取。

表3 鄰近煤層情況一覽表

圖2 鄰近層瓦斯排放率與層間距的關(guān)系曲線(xiàn)

（3）回采工作面相對(duì)瓦斯涌出量

回采工作面相對(duì)瓦斯涌出量由開(kāi)采層及鄰近層相對(duì)瓦斯涌出量加和計(jì)算得到，結(jié)果不同埋深及瓦斯含量下的回采工作面的瓦斯涌出量見(jiàn)表4。

表4 回采工作面相對(duì)瓦斯涌出量計(jì)算結(jié)果

6 結(jié)論

本文建立了瓦斯含量與埋深數(shù)學(xué)模型，預(yù)測(cè)了開(kāi)采煤層的瓦斯含量梯度及不同埋深下煤層瓦斯含量趨勢(shì)值。利用分源預(yù)測(cè)法，通過(guò)計(jì)算開(kāi)采層及臨近層的瓦斯涌出量，加和得到回采工作面相對(duì)瓦斯涌出量，為煤礦采掘前的通風(fēng)設(shè)計(jì)工作提供了一定依據(jù)。