劉洋洋

(麥捷煤業(yè)有限公司，山西 壽陽 045400)

長期以來，煤炭一直是我國的主體消費能源和重要的工業(yè)原料，相關(guān)預(yù)計顯示，到2030年，我國一次能源消費結(jié)構(gòu)中煤炭占比仍在50%以上。瓦斯治理是煤礦開采面臨的一大難點，瓦斯威脅著煤礦的安全開采。我國煤炭資源中富含瓦斯，據(jù)統(tǒng)計我國面臨瓦斯災(zāi)害的礦井占煤礦數(shù)量的三分之一左右[1]。為減少礦井瓦斯災(zāi)害，瓦斯涌出量預(yù)測成為礦井開采的必要措施之一。目前，礦井瓦斯涌出量預(yù)測主要有兩類：一類是建立在數(shù)理統(tǒng)計基礎(chǔ)上的礦山統(tǒng)計法，一類是以煤層瓦斯含量為基礎(chǔ)參數(shù)的分源預(yù)測法[2]。

1 工程概況

麥捷煤業(yè)開采井田位于沁水煤田北部邊緣，為低山丘陵地貌，地表零星出露二疊系地層，西部被第四系黃土覆蓋，地勢北東高南西低，地面標(biāo)高為+1 220～+1 527 m，相對高差307 m，井田內(nèi)總體構(gòu)造形態(tài)為地層走向北東，傾向南東的單斜，在此構(gòu)造基礎(chǔ)上發(fā)育著次一級的寬緩褶曲，地層傾角一般在6～12°，斷層、陷落柱稀少，無火成巖侵入，地質(zhì)條件簡單。本井田主要含煤地層為山西組和太原組，可采煤層6層，可采煤層總厚11.29 m，編號6、8、9、12、15、15下，根據(jù)地質(zhì)報告及井下巷道實際揭露，結(jié)合斷層參數(shù)及煤層間距情況，井田劃分為兩個水平，輔助水平開采8、9號煤層，主水平開采12、15號煤層，主水平標(biāo)高+1 045 m，輔助水平標(biāo)高+1 090 m。

2 礦井煤層瓦斯含量分布規(guī)律

采用鉆孔煤屑解吸法測定麥捷煤業(yè)礦井煤層瓦斯含量，即利用煤層鉆孔采集煤體煤芯，用解吸法直接測定煤層瓦斯解吸量。該方法測定煤層瓦斯含量的原理是：根據(jù)煤樣瓦斯解吸量、解吸規(guī)律推算煤樣從采集開始至裝罐解吸測定前的損失瓦斯量，再利用解吸后測定煤樣中殘存瓦斯量計算煤層瓦斯含量[3]。

煤層瓦斯含量測試結(jié)果如表1所示。其中，由于9號煤層沒有實測條件，根據(jù)礦井生產(chǎn)地質(zhì)報告，9號煤層與8號煤層層間距7.99 m，且煤質(zhì)煤類均相似，故本文中涉及9號煤層的預(yù)測條件均參考8號煤層。

根據(jù)本次瓦斯殘存量測定結(jié)果，8號煤層實測原煤最小殘存瓦斯含量為1.62 m3/t，12號和15號煤層實測原煤最小殘存瓦斯含量為1.46 m3/t。

煤層瓦斯含量受不同地質(zhì)因素的制約，諸如煤質(zhì)、埋藏深度、構(gòu)造、煤的物理化學(xué)性質(zhì)、煤層頂?shù)装鍘r性等等。麥捷煤業(yè)可采煤層瓦斯含量主要受埋深影響較大，圖1～圖3給出了8、12、15號煤層瓦斯含量與埋深的關(guān)系，8號、12號、15號煤層瓦斯含量具有隨埋深增加而加大的趨勢，8號、12號、15號煤層瓦斯含量增長梯度為0.58 m3/t·100 m、0.71 m3/t·100 m、0.29 m3/t·100 m。

8號煤層只有東南部可采，最大埋深為315 m，瓦斯含量根據(jù)梯度計算取最大值3.99 m3/t；9號煤層最大埋深為323 m，預(yù)測瓦斯含量最大值為4.03 m3/t；12號煤層最大埋深為388 m，預(yù)測瓦斯含量最大值為4.92 m3/t；15號煤層最大埋深為424 m，預(yù)測瓦斯含量最大值為5.31 m3/t。

圖1 8號煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系散點

圖2 12號煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系散點

圖3 15號煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系散點

3 礦井煤層瓦斯涌出量預(yù)測

瓦斯涌出量的大小主要取決于自然因素和開采技術(shù)因素，包括煤層和圍巖的瓦斯含量、開采規(guī)模(開采深度、開拓、開采范圍以及礦井的產(chǎn)量)、開采順序與開采方法[4]。本文采用分源預(yù)測法預(yù)測礦井煤層瓦斯涌出量，圖4為礦井瓦斯涌出源匯示意圖。

圖4 礦井瓦斯涌出源匯關(guān)系示意

根據(jù)礦井煤層瓦斯含量分布規(guī)律，確定8號煤層預(yù)測區(qū)域內(nèi)最大瓦斯含量3.99 m3/t，9號預(yù)測區(qū)域內(nèi)最大瓦斯含量4.03 m3/t，12號煤層預(yù)測區(qū)域內(nèi)最大瓦斯含量4.92 m3/t，15號煤層預(yù)測區(qū)域內(nèi)最大瓦斯含量5.31 m3/t，根據(jù)圖4礦井瓦斯涌出源匯關(guān)系進行礦井瓦斯涌出預(yù)測，預(yù)測結(jié)果見表2～表6。

表2 開采層瓦斯涌出量計算 m3/min

表3 回采工作面瓦斯涌出預(yù)測結(jié)果

表4 掘進工作面瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果匯總

表5 采區(qū)瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果匯總

表6 麥捷煤業(yè)礦井瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果

各時期礦井瓦斯涌出量構(gòu)成預(yù)測見表7，根據(jù)礦井煤層瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果，可以得到以下結(jié)論：

表7 各時期礦井瓦斯涌出量構(gòu)成預(yù)測結(jié)果

1) 8號(35萬t/a)、15號(115萬t/a)煤層配采150萬t/a時，礦井最大絕對瓦斯涌出量為42.98 m3/min，最大相對瓦斯涌出量為13.62 m3/t，其中8號煤層單個回采工作面最大絕對瓦斯涌出量為4.44 m3/min，8號煤層單個掘進工作面最大絕對瓦斯涌出量為0.54 m3/min，15號煤層單個回采工作面最大絕對瓦斯涌出量為11.28 m3/min，15號煤層單個掘進工作面最大絕對瓦斯涌出量為2.64 m3/min。

2) 9號(35萬t/a)、15號(115萬t/a)煤層配采150萬t/a時，礦井最大絕對瓦斯涌出量為37.22 m3/min，最大相對瓦斯涌出量為11.79 m3/t，其中9號煤層單個回采工作面最大絕對瓦斯涌出量為1.83 m3/min，9號煤層單個掘進工作面最大絕對瓦斯涌出量為0.37 m3/min，15號煤層單個回采工作面最大絕對瓦斯涌出量為11.28 m3/min，15號煤層單個掘進工作面最大絕對瓦斯涌出量為2.64 m3/min。

3) 12號(35萬t/a)、15號(115萬t/a)煤層配采150萬t/a時，礦井最大絕對瓦斯涌出量為38.94 m3/min，最大相對瓦斯涌出量為12.33 m3/t，其中12號煤層單個回采工作面最大絕對瓦斯涌出量為2.45 m3/min，12號煤層單個掘進工作面最大絕對瓦斯涌出量為0.51 m3/min，15號煤層單個回采工作面最大絕對瓦斯涌出量為11.28 m3/min，15號煤層單個掘進工作面最大絕對瓦斯涌出量為2.64 m3/min。

4) 15號煤層單獨回采150萬t/a時，礦井最大絕對瓦斯涌出量為38.88 m3/min，最大相對瓦斯涌出量為12.32 m3/t，15號煤層單個回采工作面最大絕對瓦斯涌出量為14.72 m3/min，15號煤層單個掘進工作面最大絕對瓦斯涌出量為2.64 m3/min。

4 結(jié) 語

準(zhǔn)確預(yù)測瓦斯涌出量可有效降低礦井瓦斯災(zāi)害風(fēng)險。文章采用鉆孔煤屑解吸法測定了麥捷煤業(yè)礦井煤層瓦斯含量，8號、9號、12號、15號煤層預(yù)測瓦斯含量最大值分別為3.99 m3/t、4.03 m3/t、4.92 m3/t、5.31 m3/t，同時，煤層瓦斯含量具有隨埋深增加而加大的趨勢。基于此，采用分源預(yù)測法預(yù)測了不同煤層、瓦斯涌出源匯區(qū)域、不同開采方案的煤層或礦井瓦斯涌出量，可為麥捷煤業(yè)開采規(guī)劃、瓦斯抽采方案設(shè)計提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。