運(yùn)用瓦斯地質(zhì)方法進(jìn)行煤層瓦斯含量預(yù)測

摘 要：利用井下實(shí)測鉆孔瓦斯含量對(duì)地勘鉆孔瓦斯含量進(jìn)行修正，通過線性分析確定了影響煤層瓦斯含量的地質(zhì)要素，建立了適合礦井測試煤層的瓦斯賦存規(guī)律模型，結(jié)合瓦斯含量與數(shù)學(xué)模型繪制了煤層瓦斯等值線圖，對(duì)瓦斯治理工作具有指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：瓦斯含量預(yù)測；地質(zhì)要素；線性分析；瓦斯賦存規(guī)律

1 引言

煤層瓦斯含量預(yù)測不僅是礦井瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定的基本內(nèi)容，也是瓦斯地質(zhì)研究的重要方面。煤層瓦斯含量的主要方式是通過地勘期間和生產(chǎn)期間實(shí)測，如果僅以單一的某一階段的測量值進(jìn)行煤層瓦斯含量預(yù)測工作，顯然具有一定的局限性。為解決此問題，本文結(jié)合王坡煤礦瓦斯地質(zhì)特點(diǎn)，在分析瓦斯地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，結(jié)合地勘期間鉆孔資料和采掘區(qū)煤層瓦斯含量實(shí)測結(jié)果，對(duì)3號(hào)煤層瓦斯含量進(jìn)行了分析預(yù)測。

2 礦井概況

王坡煤礦生產(chǎn)能力3.0Mt/a，井田面積25.3652km2，現(xiàn)主采3#煤層，煤層厚4.10m～6.70m，平均厚5.76m，含矸0～2層，矸石厚0.02m～0.90m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。開拓方式采用斜井開拓，煤層劃分為兩個(gè)水平開拓，3號(hào)煤層為一水平，水平標(biāo)高為+690m；礦井有1個(gè)綜采工作面，3個(gè)綜掘工作面，采用綜采放頂煤開采工藝，全部垮落法管理頂板。井田內(nèi)褶曲寬緩，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)存有1條正斷層和12個(gè)陷落柱構(gòu)造，未見巖漿巖侵入，井田總體構(gòu)造屬簡單類型。

井田內(nèi)施工的17個(gè)鉆孔所揭露的主要可采煤層均采取了瓦斯樣，其中3號(hào)煤層17個(gè)，測試結(jié)果見表1。

表1 3號(hào)煤層鉆孔瓦斯含量表

井田內(nèi)3號(hào)煤層瓦斯成分均以甲烷和氮?dú)鉃橹?，其次為二氧化碳，瓦斯分帶均為氮?dú)狻淄閹Ъ凹淄閹?，歷年礦井瓦斯等級(jí)鑒定均為高瓦斯礦井。

3 鉆孔瓦斯含量修正

3號(hào)煤層瓦斯含量測定結(jié)果見表2，其包括的參數(shù)有各鉆孔埋藏深度（H）、煤層上覆基巖厚度（P）、煤層傾角（α）、煤層厚度（m）、水分（M）、灰分（A）以及根據(jù)3號(hào)煤層灰分及水分值換算的原煤瓦斯含量。

國內(nèi)理論研究及實(shí)踐均證明，礦井瓦斯含量測定中，地勘測試結(jié)果一般偏小，但它控制范圍較大，可反映整個(gè)礦井的瓦斯賦存趨勢；井下實(shí)測結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確，但反映的只是測試范圍的局部情況，因此需要以地勘測試結(jié)果為基礎(chǔ)、井下實(shí)測結(jié)果為依據(jù)，根據(jù)井下實(shí)測結(jié)果對(duì)地勘測定結(jié)果進(jìn)行修正。根據(jù)礦井地勘報(bào)告及參數(shù)測定報(bào)告，ZK3-2與井下實(shí)測點(diǎn)的埋深與位置均相近，將井下實(shí)測煤層瓦斯含量與地勘鉆孔測定煤層瓦斯含量比較，確定其修正系數(shù)為K=2.14，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 地勘鉆孔瓦斯含量修正系數(shù)

考慮到地勘鉆孔測定存在一些偶然性誤差，因此，在煤層地質(zhì)構(gòu)造及賦存條件無較大變化情況下，綜合分析，對(duì)少數(shù)測定數(shù)據(jù)明顯不符合瓦斯帶賦存趨勢的測點(diǎn)進(jìn)行剔除；另外對(duì)于煤層瓦斯含量明顯小于殘存量和大于吸附常數(shù)的測點(diǎn)也剔除，經(jīng)篩選后的數(shù)據(jù)見表4。

表4 修正后瓦斯含量表

4 地質(zhì)因素對(duì)瓦斯含量分布的影響分析

為研究各主要地質(zhì)因素與瓦斯含量分布的影響，以修正篩選后的地勘期間3號(hào)煤層5個(gè)鉆孔和井下實(shí)測的4個(gè)鉆孔的瓦斯含量值作因變量（W），其余各項(xiàng)參數(shù)分別作自變量進(jìn)行回歸分析，回歸分析結(jié)果見表5。

表5 一次線性回歸表

5 瓦斯賦存規(guī)律模型確定

根據(jù)線性回歸分析表，選取相關(guān)性系數(shù)較大的地質(zhì)要素?cái)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用DPS軟件進(jìn)行線性回歸分析得出，瓦斯賦存規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

利用該模型計(jì)算煤層瓦斯含量相關(guān)系數(shù)R2=0.784，回歸方程中各自變量對(duì)因變量的相關(guān)系數(shù)分別為：R12=0.728，R22=0.561，R32=0.368，由此可見，上述地質(zhì)因素可以很好的反映煤層瓦斯賦存規(guī)律。按該數(shù)學(xué)模型繪制了3號(hào)煤層瓦斯含量等值線圖，如圖1所示。該圖較好地反映了煤層瓦斯的賦存規(guī)律，與瓦斯地質(zhì)定性分析的主要結(jié)論相一致。

6 結(jié)束語

6.1 煤層瓦斯含量的測定為瓦斯治理工作提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其準(zhǔn)確性直接影響瓦斯災(zāi)害預(yù)測及防治工作的效果，如果僅以單一的某一階段的測量值進(jìn)行煤層瓦斯含量預(yù)測工作，預(yù)測結(jié)果具有局限性，通過結(jié)合井下實(shí)測鉆孔數(shù)據(jù)對(duì)地勘鉆孔瓦斯含量進(jìn)行修正，為瓦斯含量預(yù)測工作提供了準(zhǔn)確可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

6.2 借助線性回歸分析確定了各礦井地質(zhì)要素對(duì)煤層瓦斯含量的影響程度，其中煤層埋深、上覆基巖厚度、煤層傾角與煤層瓦斯含量的相關(guān)性較大；煤層厚度、水分、灰分與之相關(guān)性較小。

6.3 選取相關(guān)性較大的地質(zhì)要素作為自變量，初步建立了王坡煤礦3號(hào)煤層的瓦斯賦存規(guī)律模型。

6.4 以修正后的地勘鉆孔瓦斯含量和井下實(shí)測的瓦斯含量為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)學(xué)模型，繪制了井田范圍內(nèi)3號(hào)煤層的瓦斯含量等值線圖，較好地反映了煤層瓦斯的賦存規(guī)律，對(duì)瓦斯治理工作具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

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作者簡介：牛晉杰（1986-），男，碩士在讀，職務(wù)：部門經(jīng)理，主要研究方向：礦井災(zāi)害防治。