基于主成分分析的煤層氣賦存影響因素分析

安鵬瑞

【摘 要】為評價煤層氣賦存影響因素的影響程度，引入主成分分析法。以黃河北煤田某煤礦為例，在系統(tǒng)收集和分析地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，確定影響煤層氣的賦存影響因素，應(yīng)用主成分分析法對煤層氣賦存影響因素做出定量資源評價，并確定其影響程度。評價結(jié)果對趙官煤礦煤層氣開發(fā)利用和防治瓦斯突出提供依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】主成分分析法；煤層氣賦存影響因素；煤層氣定量評價

煤層氣（礦井瓦斯）是一種清潔環(huán)保能源，合理開發(fā)利用煤層氣，對于能源的充分利用，改善我國能源結(jié)構(gòu)，保障國家能源安全，減少煤礦瓦斯災(zāi)害，保護大氣環(huán)境，具有重要的經(jīng)濟、社會、環(huán)境效益。同時，它又是煤礦安全生產(chǎn)一大危害[1]，能引起瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出，直接威脅著煤礦的安全生產(chǎn)，因此，通過對煤層氣賦存影響因素的分析，將減少或解除煤礦安全生產(chǎn)的不利影響。

1 水文地質(zhì)條件

煤層氣主要以吸附狀態(tài)賦存在煤的孔隙中，地下水系統(tǒng)通過地層壓力對煤層氣吸附聚集起控制作用，地下水的流動對煤層氣起溶解、逸散作用[2]。因此，水文地質(zhì)條件對煤層氣賦存、運移影響很大。

從黃河北煤田及礦井水文地質(zhì)資料分析：影響上組煤7和10煤層氣含量的含水層主要為一灰、二灰、三灰，局部受四五灰和下層巖漿巖含水層影響。影響下組煤11和13煤層氣含量的含水層主要為四灰、五灰、下層巖漿巖含水層及徐灰、奧灰含水層。

2 地質(zhì)構(gòu)造

煤礦礦井內(nèi)規(guī)模較大的斷層主要分布在礦井邊界，礦井內(nèi)部多為較小規(guī)模斷層，對煤層瓦斯分布影響不大。由各煤層氣含量測試孔數(shù)據(jù)分析，位于礦井北部、西部邊界主要斷層對煤層瓦斯保存有利，越向深部規(guī)律越明顯，且沿傾向方向，煤層氣含量有增大趨勢。東部斷層局部為導水斷層，其對煤層氣保存不利。礦井內(nèi)發(fā)育的32-6號孔背斜、744號孔向斜基本都為軸向NW的傾伏，與礦井整體地層傾向一致，并且這些褶曲規(guī)模較小，對煤層氣分布影響較小。

3 巖漿巖入侵

礦井內(nèi)下組煤（即11煤和13煤）主要受下層巖漿巖直接侵入影響，礦井范圍內(nèi)11煤層廣泛遭受下層巖漿巖直接侵入，使11煤層大部分的煤層厚度變薄，焦化或全部吞蝕，主要分布在礦井北部及西南部。據(jù)鉆孔資料顯示，13煤層沒有揭露其受巖漿巖直接侵入或吞蝕情況。由于11與13煤層距離較近，平均距離僅為6.87m，煤層受巖漿巖影響其不同變質(zhì)區(qū)域分布趨勢基本一致。礦井內(nèi)下組煤主要受下層巖漿巖直接侵入影響，礦井范圍內(nèi)11煤層廣泛遭受下層巖漿巖直接侵入，使11煤層大部分的煤層厚度變薄，焦化或全部吞蝕，主要分布在礦井北部及西南部。

4 煤層埋深

據(jù)礦井內(nèi)鉆孔資料，礦井內(nèi)下組煤主要受下層巖漿巖直接侵入影響，礦井范圍內(nèi)11煤層廣泛遭受下層巖漿巖直接侵入，使11煤層大部分的煤層厚度變薄，焦化或全部吞蝕，主要分布在礦井北部及西南部。據(jù)鉆孔資料顯示，13煤層沒有揭露其受巖漿巖直接侵入或吞蝕情況。由于11與13煤層距離較近，平均距離僅為6.87m，煤層受巖漿巖影響其不同變質(zhì)區(qū)域分布趨勢基本一致。同時，7煤層上覆基巖厚度分布與埋深變化趨勢基本一致，說明礦井范圍內(nèi)，煤層埋深變化趨勢基本反映了煤層上覆基巖厚度分布情況。

5 主成分分析法

根據(jù)主成分分析法模型及其計算步驟[3]，結(jié)合研究的某煤礦資料，以7煤、10煤、11煤、13煤煤層氣賦存控制影響為例，采用主成分分析法對煤層氣賦存主要控制影響因素進行評價。

（1）根據(jù)研究區(qū)影響因素的特征分析，本次評價選取的主要影響因素為煤層埋深、地質(zhì)構(gòu)造、水文條件、巖漿巖侵入。（2）主成分分析過程：采用SPSS軟件對影響煤層氣賦存的4個因素進行主成分分析，評價結(jié)果見表1和表2。

根據(jù)表1可知，第1、第2主成分特征根大于1且解釋方差的累積為95.039%已包含了評價中所需大部分信息。故選用第1、第2個主成分即可。再次調(diào)用SPSS軟件對表2中的第1、第2主成分因子載荷陣進行運算得到主成分得分系數(shù)矩陣

得到主成分的表達式：

Y1=0.381X煤層埋深+0.379X地質(zhì)構(gòu)造-0.272 X巖漿侵入+0.153X水文條件；Y2=0.118X煤層埋深-0.022X地質(zhì)構(gòu)造+0.518X巖漿侵入+0.683X水文條件

從而算得W煤層埋深= |0.381×64.754℅+0.118×33.376℅|=0.286。同理可得W地質(zhì)構(gòu)造=0.238，W巖漿侵入=0.418， W水文條件=0.327。歸一化后，得各影響因素的權(quán)重向量即為（W煤層埋深，W地質(zhì)構(gòu)造，W巖漿侵入，W水文條件）=（0.225，0.187，0.330，0.257）。因此W巖漿侵入>W水文條件>W煤層埋深>W地質(zhì)構(gòu)造。

從以上評價結(jié)果看出，在黃河北煤田某煤礦煤層氣賦存控制影響因素的影響次序為：巖漿侵入>水文條件>煤層埋深>地質(zhì)構(gòu)造。

6 結(jié)論

通過對黃河北煤田某煤礦煤層氣影響因素的分析，得到主要結(jié)論如下：

（1）對黃河北煤田某煤礦煤層氣賦存控制主要影響因素進行了分析。主要影響因素次序為：巖漿侵入、水文條件、煤層埋深、地質(zhì)構(gòu)造。

（2）主成分分析法定量評價影響因素的影響程度并賦與一定的權(quán)重，其方法較為科學，為正確評價煤層氣賦存提供有力依據(jù)，對制定和利用煤層氣開采和防治瓦斯突出的措施具有重要的指導意義。

【參考文獻】

[1]Wang Y. Coal resource evaluation and manage ment information system in underground mines[J]. Computer Application in the Mineral Industries， Netherlands， 2001， 65（1）：155-158.

[2]李增學，魏久傳，劉瑩.煤層氣地質(zhì)學[M].北京：地質(zhì)出版社，2007，10.160-161.

[3]趙鵬大.定量地學方法及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2004.62-64.

[責任編輯：王偉平]