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        大陽煤礦3 號(hào)煤層瓦斯賦存規(guī)律研究

        2020-12-16 07:43:06韋國兵
        山東煤炭科技 2020年11期
        關(guān)鍵詞:正斷層井田泥巖

        韋國兵

        (山西蘭花科創(chuàng)大陽煤礦分公司,山西 晉城 048000)

        1 前言

        山西蘭花科創(chuàng)大陽煤礦分公司位于澤州縣大陽鎮(zhèn),井田區(qū)域橫跨澤州、高平兩地,行政區(qū)劃屬大陽鎮(zhèn)管轄,是一家地方國有煤礦。礦井工業(yè)場地位于晉城市北偏西約35 km 處,年生產(chǎn)能力1.80 Mt?,F(xiàn)回采3 號(hào)煤層,埋深較深,瓦斯較大,為高瓦斯礦井。測定3#煤層瓦斯基本參數(shù),厘清瓦斯賦存分布規(guī)律,才能準(zhǔn)確有效地進(jìn)行瓦斯防治工作。

        2 礦井地質(zhì)概況

        大陽井田內(nèi)構(gòu)造以褶曲構(gòu)造為主;發(fā)育8 條斷層,但除F1 斷距較大外,其余均不大;井田內(nèi)陷落柱較發(fā)育,但規(guī)模較??;無巖漿巖體出露??傮w地質(zhì)構(gòu)造程度屬簡單,礦井井田屬于同一瓦斯地質(zhì)單元。構(gòu)造綱要圖如圖1 所示。

        3 3 號(hào)煤層瓦斯參數(shù)測定

        3.1 煤層瓦斯含量測定結(jié)果

        根據(jù)大陽煤業(yè)井下情況,在3 號(hào)煤層新鮮煤壁上選取含量測點(diǎn),測定瓦斯含量,結(jié)果如表1 所示。

        表1 3 號(hào)煤層瓦斯含量測定結(jié)果表

        3.2 煤層瓦斯壓力測定結(jié)果

        根據(jù)大陽煤礦3 號(hào)煤層的開采情況,在無地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶且為原始煤體中施工測壓鉆孔,無其他人為卸壓影響,瓦斯壓力測定結(jié)果如表2 所示。

        表2 3 號(hào)煤層瓦斯壓力測定結(jié)果表

        4 瓦斯賦存影響因素

        4.1 頂?shù)装鍘r性對(duì)瓦斯賦存的影響

        3 號(hào)煤層頂板大部為泥巖、粉砂巖,泥巖的厚度在4.3 m 左右。底板大部為泥巖、砂質(zhì)泥巖,平均厚度為9.0 m。3 號(hào)煤層頂?shù)装宕蟛烤鶠橐欢ê穸鹊耐笟庑圆畹哪鄮r,具有很好的封蓋作用,能有效地阻止瓦斯逸散。

        4.2 斷層對(duì)瓦斯賦存的影響

        大陽井田斷層約有102 條,其中正斷層96 條,但以小斷層為主,僅有F1 正斷層規(guī)模較大,落差30 m,其余均較小。斷層多數(shù)是張性斷層,延深長度不長。張性正斷層是在擠壓應(yīng)力場斷裂后受到拉伸發(fā)生反轉(zhuǎn)出現(xiàn)的,有利于瓦斯的擴(kuò)散,但斷層僅在局部影響瓦斯賦存[1]。因此本礦井正斷層附近瓦斯含量相對(duì)較小,直接導(dǎo)致回采過斷層時(shí)瓦斯涌出量減少,例如3401 工作面在F46 斷層附近的瓦斯涌出量明顯小于斷層遠(yuǎn)處。

        4.3 褶曲對(duì)瓦斯賦存的影響

        大陽井田內(nèi)共發(fā)育9 條褶曲,均較為寬緩。根據(jù)現(xiàn)有研究和實(shí)踐,向斜軸部,受應(yīng)力擠壓,裂隙不發(fā)育,瓦斯富集;而背斜軸部張性裂隙發(fā)育,瓦斯容易擴(kuò)散[2]。例如S6 向斜在井田西部呈半圓弧形展布,軸向NW 轉(zhuǎn)NE,兩翼地層基本對(duì)稱,橫穿3405 工作面。在3405 回采工作面回采時(shí),其風(fēng)排瓦斯涌出量在開采到S6 向斜軸部時(shí)達(dá)到最大值14.81 m3/min,而在兩翼的涌出量僅在12 m3/min 左右。且在其軸部實(shí)測瓦斯含量為7.43 m3/t,相對(duì)翼部的含量也較大。

        4.4 埋深對(duì)瓦斯賦存的影響

        經(jīng)研究和實(shí)踐表明,瓦斯賦存在甲烷帶內(nèi)主要受埋深控制,與埋深具有較好的線性關(guān)系[3]。隨煤層的埋深增加,不僅地應(yīng)力增加,透氣性變差,向地表擴(kuò)散的難度和距離也變大[4],而且壓力的增加也有助于瓦斯吸附,這些因素都有助于瓦斯的儲(chǔ)存。一般煤層瓦斯含量和壓力會(huì)隨埋深的增大而提高。

        根據(jù)瓦斯垂直分帶劃分標(biāo)準(zhǔn),大陽煤礦3號(hào)煤層實(shí)測瓦斯最大值含量為7.68 m3/t,最大瓦斯壓力0.49 MPa。瓦斯組分以甲烷為主,濃 度 在70.64%~88.28%, 其 次 為 氮 氣, 濃 度10.29%~29.86%、二氧化碳濃度0.25%~1.34%。認(rèn)為3 號(hào)煤層深部處于甲烷帶,淺部是處于瓦斯風(fēng)化帶內(nèi),以甲烷帶為主。瓦斯風(fēng)化帶下部邊界大約為埋深380 m 左右。

        根據(jù)表1 和表2 數(shù)據(jù),繪制大陽煤礦3 號(hào)煤層瓦斯壓力和瓦斯含量與埋深關(guān)系圖,如圖2、圖3所示。

        圖2 3 號(hào)煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系圖

        圖3 3 號(hào)煤層瓦斯壓力與埋深關(guān)系圖

        瓦斯含量和壓力均隨埋深增加而增加。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,根據(jù)擬合結(jié)果,大陽煤礦3 號(hào)煤層瓦斯含量與埋深的擬合方程如式(1),瓦斯壓力與埋深的擬合方程如式(2)。

        式中:W 為瓦斯含量,m3/t;H 為煤層埋深,m;P 為瓦斯壓力,MPa。

        在顯著性水平α=0.05 下,分別對(duì)回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。式(1),F(xiàn)=56.82 >F 0.05(1,7)=5.59,線性關(guān)系顯著。式(2),F(xiàn)=22.86 >F 0.05(1,4)=7.71,線性關(guān)系顯著。根據(jù)F 檢驗(yàn)結(jié)果,煤層瓦斯含量、瓦斯壓力和埋深的線性關(guān)系顯著,認(rèn)為埋深是該區(qū)域瓦斯賦存的主控因素。

        圖4 3 號(hào)煤層瓦斯賦存等值線圖

        利用surfer 軟件繪制3 號(hào)煤層的瓦斯賦存等值線圖,能夠反映大陽煤礦3 號(hào)煤層的整體瓦斯賦存規(guī)律,如圖4 所示。井田范圍內(nèi)礦井西部的瓦斯含量和壓力相比東部大,其中的最大值在井田西北角,最大瓦斯含量為7.83 m3/t,最大瓦斯壓力為0.57 MPa,東北角和東南角的瓦斯含量和壓力最小,總體呈現(xiàn)西部大、東部小的分布情況。

        5 結(jié)論

        (1)大陽煤礦井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度屬簡單,3 號(hào)煤層瓦斯賦存的主控因素是埋深。

        (2)3 號(hào)煤層瓦斯含量與埋深的擬合方程為:W=0.003 3H+5.735 1,瓦斯壓力與埋深的擬合方程為:P=0.000 6H+0.19。

        (3)繪制3 號(hào)煤層瓦斯賦存等值線圖,瓦斯賦存整體上呈現(xiàn)西部大、東部小的分布情況,最大值在井田西北角。

        (4)3 號(hào)煤層瓦斯賦存規(guī)律和研究結(jié)論為確定礦井、采區(qū)、工作面瓦斯防治措施提供科學(xué)依據(jù)。

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