陽(yáng)泉礦區(qū)保安煤礦15#煤層瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究

張 華盧永戰(zhàn)李向革韓 穎

(1.河北工程大學(xué)資源學(xué)院,河北省邯鄲市,056038;2.山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)保安煤業(yè)有限公司,山西省陽(yáng)泉市,045000;3.河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院,河南省焦作市,054000)

陽(yáng)泉礦區(qū)保安煤礦15#煤層瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究

張 華1盧永戰(zhàn)1李向革2韓 穎3

(1.河北工程大學(xué)資源學(xué)院,河北省邯鄲市,056038;2.山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)保安煤業(yè)有限公司,山西省陽(yáng)泉市,045000;3.河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院,河南省焦作市,054000)

通過(guò)整理礦井地質(zhì)勘探和開(kāi)采測(cè)試揭露的瓦斯地質(zhì)資料,利用瓦斯地質(zhì)研究方法揭示礦井現(xiàn)開(kāi)采15#煤層瓦斯地質(zhì)規(guī)律。結(jié)果表明,15#煤層瓦斯含量總體隨埋深增加而減小。究其原因,K2、K3和 K4石灰?guī)r裂隙巖溶含水層是15#煤層直接充水含水層,在鉆孔3-5及保-1處15#煤層陷落柱發(fā)育,由于陷落柱可能存在導(dǎo)水現(xiàn)象,使得含水層與煤層具有水力聯(lián)系,在地下水運(yùn)移過(guò)程中,煤層瓦斯也發(fā)生運(yùn)移,造成煤層瓦斯含量降低。

瓦斯地質(zhì)規(guī)律 地下水 地質(zhì)勘探 保安煤礦

1 井田概況

保安井田位于沁水煤田東北邊緣,陽(yáng)泉礦區(qū)西部,井田面積約14 km2。地質(zhì)儲(chǔ)量1.86億t,可采儲(chǔ)量10677萬(wàn)t,生產(chǎn)能力150萬(wàn)t/a。含煤地層為石炭系太原組和二疊系山西組,可采煤層共6層,主采8#、15#煤層。15#煤層厚度3.32～5.27 m,平均3.91 m。井田總的構(gòu)造形態(tài)為:西部地層走向近東西,傾向南,往東地層走向轉(zhuǎn)為北西,傾向南西的單斜構(gòu)造。經(jīng)鑒定8#和9#煤層為突出煤層,15#煤為非突出煤層,礦井為煤與瓦斯突出礦井。煤層不易自燃,煤塵無(wú)爆炸危險(xiǎn)性。

2 瓦斯采樣與參數(shù)測(cè)試

采用MG-Ⅱ型密封罐進(jìn)行礦井瓦斯采樣,FHJ-2型野外解吸儀現(xiàn)場(chǎng)解吸測(cè)定瓦斯解吸量和損失量,樣品送實(shí)驗(yàn)室測(cè)定殘存瓦斯含量及自然瓦斯成分,并計(jì)算總瓦斯含量。由測(cè)試結(jié)果和15#煤瓦斯含量等值線圖看15#煤層自然瓦斯(CH4)成分平均在83.06%～88.03%之間;15#煤層瓦斯(CH4)含量平均在1.803～12.006 m3/t(無(wú)水無(wú)灰基),見(jiàn)表1、圖1。

圖1 15#煤層瓦斯含量等值線圖

表1 各煤層瓦斯測(cè)試成果匯總表

將15#煤層瓦斯等值線與煤層底板等高線迭加可看出:井田內(nèi)北東向褶曲較發(fā)育,在構(gòu)造轉(zhuǎn)折部位(即應(yīng)力比較集中部位)以及褶皺軸部疊加部位瓦斯含量較高。

3 15#煤層瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究

15#煤層瓦斯的賦存特征受各種地質(zhì)因素控制,其中主要包括埋深及上覆巖厚度、煤層頂?shù)装鍘r性和水文地質(zhì)條件。

3.1 埋深及上覆巖厚度對(duì)15#煤層瓦斯賦存的影響

15#煤層瓦斯含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。參照原始數(shù)據(jù)對(duì)礦井鉆孔瓦斯含量進(jìn)行篩選,將瓦斯?jié)舛刃∮?0%的數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)去掉。

表2 保安煤礦15#煤層地質(zhì)勘探階段瓦斯含量測(cè)定結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

圖2 15#煤層瓦斯含量與埋藏深度的關(guān)系散點(diǎn)圖

依據(jù)表2回歸分析瓦斯含量(y)與其埋藏深度(x1)的關(guān)系,相關(guān)系數(shù)R=0.9893,線性相關(guān)性較好,見(jiàn)圖2。

建立了數(shù)學(xué)模型:

式中:x1——埋藏深度,m;

y——瓦斯含量,m3/t;

R——相關(guān)系數(shù)。

依據(jù)表2,回歸分析瓦斯含量(y)與其上覆基巖厚度(x2)的關(guān)系(圖3),線性相關(guān)性較好,相關(guān)系數(shù)R=0.7882。

圖3 15#煤層上覆基巖厚度與瓦斯含量關(guān)系圖

建立了數(shù)學(xué)模型:

式中:x2——上覆基巖厚度,m;

y——瓦斯含量,m3/t;

R——相關(guān)系數(shù)。

依據(jù)表2,回歸分析瓦斯含量(y)與其煤層底板標(biāo)高(x3)的關(guān)系,見(jiàn)圖4。

建立數(shù)學(xué)模型:

式中:x3——煤層底板標(biāo)高,m;

y——瓦斯含量,m3/t;

R——相關(guān)系數(shù)。

由數(shù)值擬合結(jié)果可知,埋深是控制瓦斯含量的基礎(chǔ),局部區(qū)域由于褶皺、陷落柱、地下水等因素的綜合影響,瓦斯含量出現(xiàn)變化。15#煤層瓦斯含量隨埋深增大總體呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。

圖4 15#煤層底板標(biāo)高與瓦斯含量關(guān)系圖

3.2 煤層頂?shù)装鍖?duì)15#煤層瓦斯賦存的影響

經(jīng)統(tǒng)計(jì)鉆孔資料中泥巖厚度資料與瓦斯含量的關(guān)系見(jiàn)表3。

表3 煤層頂(底)板巖性統(tǒng)計(jì)

通過(guò)統(tǒng)計(jì)頂板內(nèi)的泥巖厚度(x4)與對(duì)應(yīng)瓦斯含量(y),排除其中異常數(shù)據(jù),進(jìn)行線性回歸,瓦斯含量總的趨勢(shì)隨著泥巖厚度的增加而變大,見(jiàn)圖5。

圖5 15#煤層頂板泥巖厚度與瓦斯含量回歸趨勢(shì)線

建立數(shù)學(xué)模型:

式中:x4——頂板泥巖厚度,m;

y——瓦斯含量,m3/t;

R——相關(guān)系數(shù)。

可以看出,頂板泥巖厚度變化對(duì)瓦斯含量的影響較明顯的。通過(guò)統(tǒng)計(jì)底板10 m內(nèi)的泥巖厚度(x5)與對(duì)應(yīng)瓦斯含量(y),進(jìn)行線性回歸相關(guān)性較差,故認(rèn)為底板泥巖厚度變化對(duì)瓦斯含量的影響不明顯。結(jié)合鉆孔和擬合分析,井田內(nèi)15#煤層瓦斯含量隨著頂板泥巖厚度增加而增大,15#煤層的底板泥巖關(guān)系對(duì)瓦斯含量影響不大。

3.3 水文地質(zhì)條件對(duì)15#煤層瓦斯賦存的影響

15#煤層的水文地質(zhì)類(lèi)型以巖溶充水頂板進(jìn)水為主。含水層多夾雜泥巖或砂質(zhì)泥巖,有裂隙發(fā)育但多被方解石充填,各個(gè)含水層均屬富水性弱含水層。井田位于地表分水嶺附近,排泄條件好,不利于大氣降水下滲補(bǔ)給,加之井田內(nèi)斷裂構(gòu)造不發(fā)育,且有穩(wěn)定的隔水層存在,使各含水層間無(wú)水力聯(lián)系。受水文地質(zhì)條件控制影響,不利于煤層瓦斯逸散,使得煤層瓦斯含量較高。

4 15#煤層瓦斯含量分布及預(yù)測(cè)

通過(guò)以上定性、定量分析,找出了影響15#煤層瓦斯含量的不同因素關(guān)系,見(jiàn)表4。即:15#煤層底板標(biāo)高、頂板內(nèi)泥巖厚度、上覆基巖厚度、埋藏深度對(duì)瓦斯含量大小影響較大,相關(guān)系數(shù)都大于0.65,而底板10 m內(nèi)泥巖厚度的影響較小,說(shuō)明上覆基巖厚度和煤層埋藏深度是影響15#煤層瓦斯含量分布的重要因素。

通過(guò)煤層埋深與瓦斯含量之間的關(guān)系來(lái)求取含量更具有普遍意義,為了使預(yù)測(cè)值對(duì)實(shí)際工作更具有指導(dǎo)作用,因此利用含量與埋深之間的回歸關(guān)系來(lái)預(yù)測(cè)瓦斯含量。

表4 15#煤層瓦斯含量與主要因素關(guān)系表

由以上分析,煤層埋深是影響保安煤礦15#煤層瓦斯含量的主要因素。由瓦斯含量與煤層埋深回歸方程y= -0.0933x1+82.178得:816.49 m處的瓦斯含量趨勢(shì)值是6 m3/t;795.05 m處的瓦斯含量趨勢(shì)值是8 m3/t;773.61 m處的瓦斯含量趨勢(shì)值是10 m3/t;752.18 m處的瓦斯含量趨勢(shì)值是12 m3/t;730.74 m處的瓦斯含量趨勢(shì)值是14 m3/t;709.3 m處的瓦斯含量趨勢(shì)值是16 m3/t。

5 結(jié)論

15#煤層瓦斯含量總體隨埋深增加而減小,究其原因,K2、K3、K4石灰?guī)r裂隙巖溶含水層是15#煤層直接充水含水層,在鉆孔3-5及保-1處15#煤層陷落柱發(fā)育,由于陷落柱可能存在導(dǎo)水現(xiàn)象,使得含水層與煤層具有水力聯(lián)系,在地下水運(yùn)移過(guò)程中,煤層瓦斯也發(fā)生運(yùn)移,造成煤層瓦斯含量降低。地勘數(shù)據(jù)表明,越靠近陷落柱,鉆孔瓦斯含量越低。以上規(guī)律將為礦井瓦斯治理措施選擇、瓦斯災(zāi)害預(yù)防方案制定、工作面瓦斯預(yù)測(cè)和礦井安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

[1]包劍影,蘇燧,李貴賢.陽(yáng)泉煤礦瓦斯治理技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1996

[2]胡殿明,林柏泉.煤層瓦斯賦存規(guī)律及防治技術(shù)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2006

[3]于不凡,王佑安.煤礦瓦斯災(zāi)害防治及利用技術(shù)手冊(cè)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2000

(責(zé)任編輯 梁子榮)

Research of gas geological laws on#15 coal seam of Bao’an Coal Mine,Yangquanmining area

Zhang Hua1,Lu Yongzhan1,Li Xiangge2,Han Ying3
(1.School of Resources,Hebei University of Engineering,Handan,Hebei 056038,China;2.Bao’an Coal Mining Co.Ltd of Shanxi Coal Transportation and Sales Group,Yangquan,Shanxi 045000,China;3.School of Energy Science&Engineering,Henan Polytechnic University,Jiaozuo,Henan 054000,China)

Through collection of gas geological datum got frommine geological exploration and tryoutmining,the gas geological research method is used to bring to light the gas geological laws ofmining#15 coal seam.The results indicate that,gas content in#15 coal seam is getting lower along with the depth of coal seam underground.The reason is that,water-bearing strata of K2、K3、K4limestone fissured karst is the water filling resource directly to#15 coal seam.#15 coal seam downthrow column develops in 3-5drilling hole and Bao-1drilling hole.Due to the possible water flowing in downthrow columns,water connection exists between water-bearing strata and coal seams.With the water moving underground,coal seam’s gas is also moving,hence makes the gas content in coal seams reduced.

gas geological laws,underground water,geological exploration,Bao’an Coal Mine

TD712.6

A

張華(1983-),男,河北邢臺(tái)人,注冊(cè)安全工程師、采煤助工,河北工程大學(xué)采礦工程專(zhuān)業(yè)碩士研究生。