馮家正

(山西王家?guī)X煤業(yè)有限公司，山西 保德 036600)

王家?guī)X煤礦隸屬于晉能控股有限責(zé)任公司，為高瓦斯礦井。隨著礦井開采深度的增加，瓦斯突出問題已經(jīng)逐漸成為制約礦井生產(chǎn)的較大隱患。研究4號煤層瓦斯賦存特征及影響因素能夠?qū)ΦV井采掘工作面的瓦斯治理工作提供指導(dǎo)依據(jù)。瓦斯賦存于煤層及圍巖之中，其生成、存儲(chǔ)及賦存規(guī)律都受復(fù)雜的地質(zhì)演化作用控制[1]。本文結(jié)合王家?guī)X礦地質(zhì)條件，分析了4號煤層瓦斯賦存規(guī)律及影響因素。

1 礦井地質(zhì)條件

王家?guī)X煤礦井田位于河?xùn)|煤田北端，區(qū)內(nèi)構(gòu)筑簡單， 井田南北長約8.32 km，東西寬約5.43 km，為向W傾斜的單斜構(gòu)造，傾角為6°。可采煤層為4號、7號上、7號、8號、9號煤層。目前，礦井主采4號煤層，屬于可抽放煤層，煤厚4.02～11.70 m，平均7.69 m，夾矸為2～3層，不存在大型斷裂和巖漿巖侵入以及陷落柱等構(gòu)造，煤層頂板為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖及泥巖，底板為高嶺質(zhì)泥巖及粉、細(xì)砂巖。

2 煤層瓦斯含量整體變化趨勢

2.1 瓦斯含量測定

王家?guī)X煤礦通風(fēng)實(shí)驗(yàn)室于2013年12月份建成并投入使用，配有瓦斯含量測定儀、瓦斯壓力測定儀、瓦斯突出參數(shù)測定儀等成套儀器設(shè)備及其它大小儀器設(shè)備共計(jì)20件，可隨時(shí)測定煤層瓦斯各項(xiàng)基礎(chǔ)參數(shù)。2018年委托重慶煤科院測定了4號煤層一采區(qū)瓦斯基本參數(shù)，結(jié)果見表1。

表1 王家?guī)X煤礦4號煤層一采區(qū)瓦斯基本參數(shù)測定情況

2.2 瓦斯含量整體變化趨勢分析

煤層埋深是決定煤層瓦斯含量的因素之一。隨著埋深的增加，一方面煤巖體的透氣性變差，煤的吸附瓦斯量增加；另一方面瓦斯向地表運(yùn)移的距離增長，因此采深越大瓦斯含量一般越高。

隨著標(biāo)高的加大，瓦斯含量增大。但兩者并不是簡單的線性關(guān)系，當(dāng)標(biāo)高相對較淺時(shí)，隨著深度的增加，瓦斯含量增加較快，標(biāo)高較深時(shí)，瓦斯含量增加相對較慢。

如圖1所示，知王家?guī)X4號煤層原始瓦斯含量和煤層埋深之間的規(guī)律符合以下方程：y=0.011 3x+0.977 1,R2=0.536 7,即埋深每增加100 m，瓦斯含量增加1.13 m3/min。此外，可利用測點(diǎn)數(shù)據(jù)和坐標(biāo)[2-3]，繪制4號煤層的瓦斯含量等值線，預(yù)測未開采區(qū)域的瓦斯賦存情況。

圖1 4號煤層原始瓦斯含量隨埋深的變化趨勢

3 煤層瓦斯涌出特性分析

3.1 煤層瓦斯涌出量預(yù)測分析

結(jié)合王家?guī)X煤礦地勘時(shí)期的瓦斯含量測定數(shù)據(jù)，采用分源預(yù)測法對礦井分采區(qū)進(jìn)行了瓦斯涌出量預(yù)測，預(yù)測結(jié)果見表2、表3。

王家?guī)X煤礦瓦斯涌出來源主要是本煤層開采過程中瓦斯涌出及采空區(qū)瓦斯涌出，同時(shí)，鄰近層瓦斯涌出量較小。

表2 礦井瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果

表3 回采工作面瓦斯涌出量構(gòu)成預(yù)測結(jié)果

3.2 煤層瓦斯涌出量實(shí)測分析

2018年度王家?guī)X煤礦瓦斯涌出量測定的相關(guān)人員經(jīng)煤炭行業(yè)管理部門培訓(xùn)合格后，自行組織了礦井瓦斯涌出量測定工作，并取得集團(tuán)公司批復(fù)。測定結(jié)果如下：

測定結(jié)果1：全礦井絕對瓦斯涌出量為31.55 m3/min，其中回采工作面、備用工作面、掘進(jìn)工作面絕對瓦斯涌出量分別為13.52 m3/min、9.04 m3/min、2.16 m3/min，分別占全礦井絕對瓦斯涌出量的42.9%、28.7%、6.8%；其他通風(fēng)行人巷道、采空區(qū)等地點(diǎn)絕對瓦斯涌出總量為6.83 m3/min，占全礦井絕對瓦斯涌出量的21.6%.

測定結(jié)果2：礦井布置有1個(gè)采區(qū)，采區(qū)風(fēng)排瓦斯量為19.36 m3/min，抽采量為12.19 m3/min，其中回采工作面、備用工作面風(fēng)排瓦斯量分別為6.74 m3/min、3.63 m3/min，抽采量分別為6.78 m3/min、5.41 m3/min。

根據(jù)2018年礦井瓦斯涌出量實(shí)測結(jié)果，知礦井瓦斯涌出量主要來源于采煤工作面，工作面瓦斯主要來源于本煤層和采空區(qū)涌出。

最終根據(jù)王家?guī)X煤礦瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果和實(shí)測結(jié)果綜合分析，確定王家?guī)X煤礦4號煤層瓦斯涌出來源主要是采工區(qū)及本煤層開采過程中的瓦斯涌出。

4 煤層圍巖的透氣性

煤層本身、圍巖性質(zhì)及其透氣性對煤層瓦斯含量有較大影響。煤層及其圍巖透氣性越大，瓦斯含量越小，反之則越大。煤層頂?shù)装逋笟庑缘偷膸r層越厚，則煤層的瓦斯含量越高。通常泥巖、頁巖、粉砂巖和致密的灰?guī)r的透氣性差，而中粗砂巖、礫巖或是裂隙溶洞發(fā)育的灰?guī)r則透氣性較好。目前，王家?guī)X煤礦開采的4號煤層頂板為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖及泥巖，底板為高嶺質(zhì)泥巖及粉、細(xì)砂巖，透氣性差，因此瓦斯含量較高。

5 地質(zhì)構(gòu)造

5.1 單斜構(gòu)造

地質(zhì)構(gòu)造是影響瓦斯含量最重要的條件之一，王家?guī)X煤礦井田總體為向西傾斜的單斜構(gòu)筑，傾角一般為6°左右。結(jié)合圖2所示，4號煤層瓦斯含量分布整體呈現(xiàn)出由東向西逐漸增大的趨勢，與井田整體構(gòu)造保持了較好的一致性，即井田位置較高瓦斯含量越小，反之則越大。

圖2 4號煤層瓦斯含量等值線

5.2 斷裂構(gòu)造

斷層對煤層瓦斯含量的影響比較復(fù)雜，一方面要看斷層(帶)的封閉性，另一方還要看與煤層接觸的對盤巖層的透氣性。開放性斷層是煤層排放瓦斯的通道，當(dāng)與煤層接觸的對盤巖層透氣性大時(shí)，瓦斯含量較低。封閉性斷層且與煤層接觸的對盤巖層透氣性低時(shí)，隔斷了深部煤層與地表的聯(lián)系，可以阻止煤層瓦斯的排放，其煤層瓦斯含量較高。

目前王家?guī)X煤礦4號煤層未發(fā)現(xiàn)較大斷層，小型斷層對瓦斯賦存影響不大，斷距最大為1.8 m，經(jīng)測定，斷層附近煤層瓦斯含量均在2 m3/t左右，瓦斯涌出量較小。

6 沖刷帶對瓦斯賦存的影響

沖刷帶對瓦斯賦存的影響主要看進(jìn)入沖刷帶后煤層頂板透氣性的變化情況，若頂板透氣性增大則煤層瓦斯含量降低，反之則升高。

王家?guī)X煤礦18102工作面運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷在掘進(jìn)期間進(jìn)入沖刷帶后，瓦斯含量分別從4 m3/t、2.7 m3/t降至2 m3/t、1.3 m3/t。經(jīng)分析，進(jìn)入沖刷帶前，煤層頂板以砂質(zhì)泥巖為主，透氣性差；進(jìn)入沖刷帶后，頂板以中、粗砂巖為主，透氣性較大，瓦斯含量降低。

圖3 18102膠帶、回風(fēng)巷進(jìn)入沖刷帶示意

7 結(jié) 語

1) 王家?guī)X煤礦4號煤層瓦斯含量隨煤層埋深增大而增大，瓦斯梯度為1.13 m3/(t·100 m)。

2) 王家?guī)X煤礦4號煤層圍巖的透氣性差，利于瓦斯的存儲(chǔ)。

3) 沖刷帶對瓦斯賦存的影響主要看進(jìn)入沖刷帶后煤層頂板透氣性的變化情況，若頂板透氣性增大則煤層瓦斯含量降低，反之則升高。

4) 王家?guī)X煤礦4號煤層瓦斯涌出來源主要是本煤層開采過程中瓦斯涌出及采空區(qū)瓦斯涌出。