長鐵煤礦瓦斯地質(zhì)圖的應(yīng)用

林海峰

（煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司，遼寧 沈陽 110016）

長鐵煤礦為高瓦斯礦井，本文對瓦斯賦存及分布規(guī)律有了更深程度的認(rèn)知，憑借瓦斯資料及其涌出規(guī)律劃分地質(zhì)單元，預(yù)測煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，借助于瓦斯地質(zhì)圖中瓦斯地質(zhì)信息，結(jié)合其他技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)礦井有效瓦斯綜合治理。

1 煤礦瓦斯地質(zhì)規(guī)律分析

1.1 斷層、褶皺構(gòu)造對瓦斯賦存的影響

該井田內(nèi)共分布7條斷層，分別為F34、F34-1、F32、F32-1、F33、F37、FE15，均為高角度的正斷層，以NNE及NE向斷層為主，且往往切割其他方向的斷層。從揭露的斷裂構(gòu)造看，揭露大部分?jǐn)鄬訒r(shí)均有瓦斯驟然升高的特點(diǎn)，其中以斷層上盤煤層的瓦斯涌出量變化最明顯。主要由于正斷層屬伸張引力環(huán)境下產(chǎn)生，上盤常為主動(dòng)盤，下盤為被動(dòng)盤，主動(dòng)盤因下降，煤層及頂?shù)装迤茐妮^嚴(yán)重，煤層被揉皺拉伸強(qiáng)烈，節(jié)理、裂隙叢生，造成煤層相對空隙率增大，易于儲存瓦斯，而下盤煤層則比較正常，故瓦斯變化不大。但在開啟性構(gòu)造裂隙條件下及頂板淋滴水區(qū)段，斷層往往造成瓦斯大量逸散，則表現(xiàn)為瓦斯涌出低值區(qū)。

本井田內(nèi)褶皺基本為一寬緩的背斜構(gòu)造，軸向SE-NW，向NW方向傾伏，背斜有利于瓦斯的儲存，是良好的儲氣構(gòu)造，背斜軸部的瓦斯會相對聚集，瓦斯含量增大。

1.2 頂?shù)装鍘r性對瓦斯賦存的影響

通常遇到致密完整巖石的頂板時(shí)，如油母頁巖、頁巖，容易存儲煤層瓦斯；若遇到節(jié)理裂隙較發(fā)育或較破碎巖石頂板，如砂、礫巖，容易使瓦斯運(yùn)移、釋放。

井田東部7#煤層頂板以泥質(zhì)巖石為主，含少量粉、細(xì)砂巖。井田西部以粗碎屑巖為主，含少量其他巖性；底板以灰白色砂巖為主。從7#煤層頂?shù)装鍑鷰r及其發(fā)育情況看，對煤層瓦斯具有一定的封閉作用。

1.3 巖漿巖分布對瓦斯賦存的影響

根據(jù)鉆孔資料和井下實(shí)際揭露情況看，井田東南部沿F34-1、F34兩個(gè)斷層有安山巖噴發(fā)，安山巖噴發(fā)中心位于本井田西部及西南部。在401、296、85-5號鉆孔附近，7#煤層遭到破壞，使煤層灰分增高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，變質(zhì)程度加深，對瓦斯的賦存有顯著的影響。目前長鐵煤礦沒有揭露巖漿巖附近區(qū)域的煤層，但從鐵法煤田鉆探情況看，由于巖漿巖的侵入，將使煤層瓦斯的含量增高2～3倍。

1.4 煤層上覆基巖厚度對瓦斯賦存的影響

本礦井煤層賦存較淺，上覆巖層厚度在70～270m左右，頂?shù)装鍖γ簩油咚褂幸欢ǖ姆忾]作用，煤層中的瓦斯部分逸散，在一定深度范圍內(nèi)，煤層瓦斯含量隨埋深的增大而增加。

1.5 瓦斯含量分布及預(yù)測研究

本次利用直接解析法測定瓦斯含量，在長鐵煤礦2720工作面的回風(fēng)順槽、2719工作面布置2個(gè)鉆孔測定瓦斯含量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室煤樣瓦斯參數(shù)測定結(jié)果，求得煤層瓦斯含量，見表1。

表1 長鐵煤礦7#煤層瓦斯含量實(shí)測結(jié)果

長鐵煤礦地勘時(shí)期和補(bǔ)勘時(shí)期的地勘鉆孔未對7#煤層瓦斯含量進(jìn)行測定，因此瓦斯含量數(shù)據(jù)資料較缺乏，根據(jù)2000年到2009年7#煤層開采時(shí)期瓦斯的涌出情況統(tǒng)計(jì)分析，按照《礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法》AQ1018-2006，經(jīng)計(jì)算得出各個(gè)工作面的瓦斯含量，經(jīng)回歸分析可知7#煤層瓦斯含量與煤層底板標(biāo)高在一定范圍內(nèi)基本呈線性關(guān)系，且相關(guān)性較好，見圖1。

圖1 煤層瓦斯含量與煤層底板標(biāo)高關(guān)系曲線

7#煤層瓦斯含量與煤層底板標(biāo)高在一定范圍內(nèi)基本呈線性關(guān)系，即隨著煤層底板標(biāo)高的降低，煤層瓦斯含量增大，其回歸關(guān)系為：

式中：

y-煤層瓦斯含量，m3/t；

x-煤層底板標(biāo)高，m；

R-相似度。

2 煤與瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)域預(yù)測

按《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》，煤層突出危險(xiǎn)區(qū)域應(yīng)根據(jù)煤層原始瓦斯壓力預(yù)測，若無瓦斯壓力資料或不具備瓦斯壓力測定條件，也可基于瓦斯含量預(yù)測。其臨界值指標(biāo)見表2。

表2 根據(jù)煤層瓦斯壓力或瓦斯含量進(jìn)行區(qū)域預(yù)測的臨界值

長鐵礦在以往開采過程中，未發(fā)生過煤與瓦斯突出事故，以此使地質(zhì)構(gòu)造與突出區(qū)域分布關(guān)系難以預(yù)計(jì)，加之本礦瓦斯資料沒有煤層原始瓦斯壓力數(shù)據(jù)，故只能根據(jù)煤層原始瓦斯含量來預(yù)測該礦的7#煤層煤與瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)域，即含量大于等于8m3/t區(qū)域，依據(jù)防突規(guī)定，確定該礦7#煤層標(biāo)高低于-98.5m的區(qū)域具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。

3 煤層氣資源核算

3.1 計(jì)算方法

礦井瓦斯儲量是由可采煤層瓦斯儲量、采動(dòng)卸壓影響的排放于采掘空間不可采煤層瓦斯儲量以及圍巖瓦斯賦存儲量三部分構(gòu)成。如下式：

式中:

Wk-礦井瓦斯儲量，萬/m3；

Wl-可采煤層瓦斯儲量，萬/m3；

Ali-礦井可采煤層i的地質(zhì)儲量，萬/t；

X1i-礦井可采煤層i的瓦斯含量，m3/t；

W2-采動(dòng)卸壓影響的排放于采掘空間不可采煤層的總瓦斯儲量，萬/m3；

A2i-采動(dòng)卸壓影響的排放于采掘空間不可采煤層的地質(zhì)儲量，萬t；

X2i-采動(dòng)卸壓影響的排放于采掘空間不可采煤層的瓦斯含量，m3/t；

W3-采動(dòng)卸壓影響的排放于采掘空間圍巖瓦斯儲量，萬/m3，實(shí)測或按下式計(jì)算：

K-圍巖瓦斯儲量系數(shù)，取K=0.1。

礦井可開發(fā)瓦斯量（即可抽放量）是指在已知開采技術(shù)條件下，憑借現(xiàn)有抽放技術(shù)水平能夠盡可能抽出瓦斯量峰值。如下式：

式中：

Wkc-礦井可抽瓦斯量，萬/m3；

ηk-礦井瓦斯抽放率，取ηk=30%；

Wk-礦井瓦斯儲量，萬/m3。

3.2 參數(shù)確定

礦井瓦斯地質(zhì)圖能夠集中反映地質(zhì)、瓦斯資料，從而可確定煤層氣資源量計(jì)算過程中的大部分參數(shù)。

（1）計(jì)算單元面積：借助于AutoCAD軟件“工具”命令可計(jì)算單元面積，煤層等高線的疏密度可反映其傾角的變化，借此修正實(shí)際真正面積。

（2）煤層有效厚度：指刪減夾矸后的煤厚，亦稱凈厚，依據(jù)鄰近鉆孔資料，借助測井曲線或統(tǒng)計(jì)煤巖芯夾矸厚度。

（3）煤的密度：查看對應(yīng)報(bào)告中的鄰近鉆孔資料獲取煤真（視）密度具體值。

（4）含氣量：現(xiàn)場測得含氣量在瓦斯地質(zhì)圖上有標(biāo)示，其可體現(xiàn)實(shí)測含氣量及地質(zhì)因素關(guān)系，并編繪含氣量的等值線，直接顯示是原煤含氣量，無需校正。

3.3 資源量計(jì)算結(jié)果及評價(jià)

長鐵煤礦瓦斯資源量計(jì)算結(jié)果見表3，資源塊C-1和C-2附近均有斷層，資源塊C-2處還有巖漿巖的侵入，均對瓦斯儲量有一定影響。

表3 礦井7#煤層瓦斯儲量計(jì)算表

在井田內(nèi)選擇了兩個(gè)塊段，總面積約為0.1134km2，瓦斯含量（煤層氣含氣量）最高可達(dá)10.20m3/t以上。計(jì)算結(jié)果表明，煤層氣資源量274.76萬m3；煤層埋深在900m以上，煤層氣為淺部埋藏（《煤層氣資源/儲量規(guī)范》，2003）。

4 結(jié)論

長鐵煤礦總體上不易于瓦斯的賦存，7#煤層瓦斯賦存主要受北部背斜、中部向斜和F32、F32-1、F34、F34-1斷層等地質(zhì)構(gòu)造的影響，在7#煤層開采過程中瓦斯涌出量亦受北部背斜、中部向斜和F32、F32-1、F34、F34-1斷層等地質(zhì)構(gòu)造的影響，因此在以后開采過程中，應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)構(gòu)造的超前探測和瓦斯的監(jiān)控、加強(qiáng)通風(fēng)管理，防止瓦斯異常涌出或瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象引起的礦井瓦斯事故。