李凱

【摘? 要】針對礦井瓦斯地質(zhì)圖傳統(tǒng)繪制方法效率和準(zhǔn)確率低，難以動態(tài)預(yù)測煤層瓦斯賦存和分布情況，論文提出了基于Surfer軟件的礦井瓦斯地質(zhì)編圖方法，闡述了繪制礦井瓦斯地質(zhì)圖中瓦斯含量等值線的過程。通過在鶴煤中泰礦業(yè)3107和3108工作面的應(yīng)用顯示，Surfer軟件在瓦斯地質(zhì)管理中的應(yīng)用，能夠準(zhǔn)確預(yù)測煤層瓦斯賦存和分布情況，劃分工作面范圍內(nèi)的瓦斯富集區(qū)，為采取針對性的防突措施提供了重要的指導(dǎo)和參考。

【關(guān)鍵詞】Surfer;瓦斯地質(zhì)圖;瓦斯含量等值線;瓦斯富集區(qū)

【中圖分類號】TD171 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A【文章編號】1673-1069（2022）05-0129-03

1 引言

礦井瓦斯地質(zhì)圖能夠揭示瓦斯地質(zhì)規(guī)律和概括瓦斯預(yù)測成果，直觀反映煤層瓦斯賦存狀況，為礦井瓦斯災(zāi)害預(yù)測與防治工作、瓦斯抽采設(shè)計以及采掘工作面布置提供科學(xué)的指導(dǎo)。以往的礦井瓦斯地質(zhì)圖中各個瓦斯參數(shù)點都是彼此孤立的，當(dāng)突出危險性指標(biāo)達(dá)到或者超過臨界值時，一般的解決辦法是在超限點周圍半徑100 m范圍內(nèi)采取補充防突措施，但是瓦斯賦存狀態(tài)受地質(zhì)條件影響，在煤層中的分布并不是簡單的一個面積范圍，并且隨著煤礦采掘工作面消突評價的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)愈加嚴(yán)格，對于區(qū)域突出危險性預(yù)測、區(qū)域措施效果檢驗不達(dá)標(biāo)的采掘工作面，其突出危險程度和突出危險范圍的大小以及采取防突措施達(dá)標(biāo)后采掘工作面內(nèi)是否仍存在瓦斯富集區(qū)等，都需要有一個明確的認(rèn)識，只有這樣才能在實施補充防突措施時做到有的放矢。為保證煤礦安全生產(chǎn)，確保實現(xiàn)采掘工作面消突，需要建立一個模型來動態(tài)預(yù)測采掘工作面的各項瓦斯參數(shù)，劃分瓦斯異常區(qū)域范圍，以指導(dǎo)防突措施的實施。

2 基于Surfer軟件編制瓦斯地質(zhì)圖的目的

瓦斯在煤儲層中的賦存和分布受地質(zhì)條件控制，并存在明顯的瓦斯地質(zhì)規(guī)律。同時，瓦斯參數(shù)能夠反映出控制瓦斯賦存的隱蔽地質(zhì)構(gòu)造分布情況。在同一個地質(zhì)單元內(nèi)，通過搜集整理已揭露的、有限的瓦斯地質(zhì)資料，可建立瓦斯含量、瓦斯壓力、瓦斯涌出量等煤與瓦斯突出危險性預(yù)測模型，劃分出瓦斯參數(shù)的預(yù)測等值線，超前判識局部瓦斯富集區(qū)域的大小，指導(dǎo)煤層掘進(jìn)、回采時的瓦斯防治措施及“四位一體”防突措施的具體執(zhí)行。瓦斯含量、瓦斯壓力以及瓦斯涌出量等值線是瓦斯地質(zhì)圖的重要組成部分，其中涉及大量實測數(shù)據(jù)，繪制這些等值線的傳統(tǒng)方法是根據(jù)各實測點瓦斯參數(shù)，與煤層等高線相結(jié)合的繪圖方法，不僅速度慢，效率和準(zhǔn)確率低，且繪圖的質(zhì)量也存在較大差異。Surfer軟件具有多種插值功能，能夠有效地對瓦斯參數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，基于Surfer軟件編制礦井瓦斯地質(zhì)圖，可以有效提高瓦斯地質(zhì)圖的準(zhǔn)確性、制圖質(zhì)量以及制圖效率[1-3]。

3 瓦斯地質(zhì)圖編制過程分析

本文以鶴煤中泰礦業(yè)三一采區(qū)3108工作面殘余瓦斯含量預(yù)測等值線為例，分析Surfer軟件在瓦斯地質(zhì)圖繪制中的應(yīng)用過程。

3.1 建立基本數(shù)據(jù)源

首先對3108工作面實測的殘余瓦斯含量及孔深等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，使用AutoCAD軟件標(biāo)明其坐標(biāo)位置，在Excel中建立瓦斯含量數(shù)據(jù)庫，其中第一列為區(qū)域內(nèi)實測點的X坐標(biāo)，第二列為Y坐標(biāo)，第三列為實測瓦斯含量值。其次根據(jù)繪圖區(qū)域大小及區(qū)域內(nèi)斷層等地質(zhì)構(gòu)造劃分出數(shù)據(jù)邊界點及空白區(qū)域。

3.2 利用Surfer軟件繪制瓦斯含量等值線

①建立網(wǎng)格文件。打開建立的瓦斯含量數(shù)據(jù)文件，選擇合適的數(shù)據(jù)插值方法。根據(jù)該工作面實際情況選用克里金（Kriging）插值法[4，5]生成網(wǎng)格文件，即完成煤層瓦斯含量測點網(wǎng)格化。

②生成等值線。在Surfer軟件中選擇菜單命令“地圖”→“等值線圖”→“新建等值線圖”，選擇并打開網(wǎng)格文件，即繪制完成瓦斯含量初始等值線，如圖1所示。

③修改等值線。根據(jù)繪制的瓦斯含量初始等值線圖，在等值線屬性對話框中可對等值線之間填充顏色、增減或移動等值線標(biāo)注及等級等進(jìn)行修改，即可得到瓦斯含量等值線，如圖2所示。

④輸出等值線。將以上修改后的瓦斯含量等值線圖與瓦斯地質(zhì)圖進(jìn)行合并，得到整個采掘工作面范圍內(nèi)的瓦斯含量等值線，并利用AutoCAD軟件完善瓦斯含量等值線圖。由圖3可以看出，瓦斯含量預(yù)測等值線與已知的實測點瓦斯含量基本吻合，說明基于Surfer軟件編制的礦井瓦斯地質(zhì)圖具有較高的準(zhǔn)確性。

4 應(yīng)用效果分析

基于Surfer軟件編制礦井瓦斯地質(zhì)圖的方法首先應(yīng)用在鶴煤中泰礦業(yè)三一采區(qū)3107、3108這兩個回采工作面，通過繪制瓦斯參數(shù)等值線，預(yù)測并劃分工作面內(nèi)瓦斯富集區(qū)，以采取針對性的防突措施，確保取得較好的瓦斯防治效果。

4.1 試驗地點概況

鶴煤中泰礦業(yè)位于鶴壁礦區(qū)北部，所采二1煤層是井田范圍內(nèi)唯一可采煤層，屬煤與瓦斯突出煤層。3107工作面位于鶴煤中泰礦三水平一采區(qū)，該工作面相鄰采空區(qū)較多為孤島煤柱工作面，工作面沿二1煤層底板回采，煤層埋藏較深，周圍及巷道附近應(yīng)力集中程度高，壓力較大，且位于突出危險區(qū)，因此導(dǎo)致工作面范圍內(nèi)瓦斯含量較大。3108工作面位于該礦三水平一采區(qū)的3個采空區(qū)正下方，為二層回采工作面，視為“零距離”保護(hù)層掩護(hù)工作面，可不采取區(qū)域防突措施，采用直接測定回采區(qū)域煤層殘余瓦斯含量的方法進(jìn)行效果檢驗。

4.2 Surfer軟件在瓦斯地質(zhì)管理中的應(yīng)用

在3108工作面上下順槽內(nèi)布置18個瓦斯含量檢驗鉆孔，鉆孔間距45～48 m，孔深45～60 m，由13號鉆孔測得該工作面最大殘余瓦斯含量為5.3 m³/t。通過已揭露的這些瓦斯含量點數(shù)據(jù)，使用Surfer軟件繪制瓦斯含量預(yù)測等值線，可以清楚地了解3108工作面瓦斯賦存狀況。如圖3所示，在采取“零距離”保護(hù)層開采后，3108工作面殘余瓦斯含量均在6 m³/t以下，瓦斯防治取得了較好的效果，不存在瓦斯富集區(qū)。但其中殘余瓦斯含量在5 m³/t以上的橢圓形區(qū)域（長26 m，寬29.4 m）瓦斯含量相對較大，在回采至此區(qū)域內(nèi)時應(yīng)適當(dāng)增加煤層注水鉆孔數(shù)量等瓦斯防治措施。

按照同樣的方法，在3107煤柱工作面內(nèi)更能體現(xiàn)出Surfer軟件對于瓦斯富集區(qū)劃分的特點。3107工作面以對接巷為界，劃分為前期和后期工作面。3107工作面四周均臨近采空區(qū)，前期工作面內(nèi)老巷較多，斜長又短，瓦斯已得到充分釋放，實測殘余瓦斯含量值均小于6 m³/t。后期工作面實測12號鉆孔瓦斯含量為6.3 m3/t，15號鉆孔瓦斯含量為7 m³/t。根據(jù)實際測定的3107工作面33個殘余瓦斯含量檢驗鉆孔的瓦斯含量值，利用Surfer軟件繪制瓦斯含量預(yù)測等值線，3107前期工作面內(nèi)無瓦斯富集區(qū)，因此，主要展示Surfer軟件在后期工作面內(nèi)判識瓦斯富集區(qū)的應(yīng)用特點。

由圖4可以看出，在3107后期工作面超限點鉆孔附近存在瓦斯富集區(qū)域，此范圍內(nèi)瓦斯含量梯度較大，說明煤層透氣性系數(shù)較低，可能存在一定的應(yīng)力集中或利于瓦斯積聚的小構(gòu)造，其中瓦斯含量在6 m³/t以上的不規(guī)則區(qū)域最長110.8 m。在采取補充防突措施時，應(yīng)在此區(qū)域內(nèi)增加瓦斯抽放鉆孔，檢驗測點也宜布置在此范圍內(nèi)。

由現(xiàn)場試驗結(jié)果表明，在采取補充防突措施后，檢驗3107工作面殘余瓦斯含量均在6 m³/t以下，根據(jù)補充的檢驗測點瓦斯含量繪制3107工作面瓦斯含量等值線中不存在瓦斯富集區(qū)，因此，評判3107后期工作面防突措施有效。

5 結(jié)語

①利用Surfer軟件繪制礦井瓦斯地質(zhì)圖，可通過有限的瓦斯參數(shù)準(zhǔn)確繪制預(yù)測等值線，具有較高的可靠性、制圖效率和較好的制圖質(zhì)量。

②將Surfer軟件應(yīng)用在瓦斯地質(zhì)管理中，能夠準(zhǔn)確地預(yù)測煤層瓦斯賦存和分布情況，有效地劃分瓦斯富集區(qū)域，為瓦斯治理及煤礦安全管理提供了指導(dǎo)依據(jù)，是采取瓦斯防治針對性措施的一個重要參考資料。

【參考文獻(xiàn)】

【1】邵海，李春香，蔣星星，等.礦井瓦斯地質(zhì)圖自動生成方法研究[J].煤炭技術(shù)，2020，39（2）：46-48.

【2】趙方，周榮福，耿詠梅，等.Surfer與AutoCAD結(jié)合在繪制等值線中的應(yīng)用[J].地理空間信息，2011，9（2）：46-48+8.

【3】趙宇，王志新.Surfer軟件借助AutoCAD實現(xiàn)計算機繪制煤層頂?shù)装宓雀呔€圖[J].煤炭技術(shù)，2005（4）：101-102.

【4】林海飛，陳勇，李樹剛，等.Surfer和AutoCAD軟件在編制礦井瓦斯地質(zhì)圖中的應(yīng)用[J].中國煤炭，2010，36（9）：88-90.

【5】張淦星，楊勝強，展勇，等.煤礦瓦斯地質(zhì)圖中繪制等值線的技巧[J].煤炭技術(shù)，2015，34（4）：180-182.