增子坊煤礦瓦斯賦存規(guī)律及瓦斯涌出量預測研究

張善華

收集整理增子坊煤礦井田地質(zhì)情況的基礎上，分析了煤層埋藏深度、地質(zhì)構(gòu)造、煤層圍巖、煤的變質(zhì)程度等因素對該礦瓦斯賦存的影響，該煤礦瓦斯涌出量進行了預測。

Abstract： On the basis of collecting and sorting out the geological conditions of the Zengzifang Coal Mine， the influence of factors such as coal seam depth， geological structure， coal seam surrounding rock and coal metamorphism on the occurrence of gas in the mine is analyzed， and the amount of gas emitted from the coal mine is predicted.

關(guān)鍵詞：瓦斯賦存;瓦斯;瓦斯涌出量;預測

Key words： gas occurrence;gas;gas emission;prediction

中圖分類號：TD712.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）27-0238-02

1? 工程概況

增子坊煤礦井田位于大同煤田西北邊緣，行政區(qū)劃屬右玉縣，礦井設計規(guī)模為120萬t/年。采用斜井開拓，屬刀柱式開采，工作面放炮落煤，畜力運輸，箕斗提升，中央并列式通風。礦井水文地質(zhì)類型為中等。奧灰水對本礦無影響。正常涌水量約為384m3/d（16m3/h），最大涌水量取最大值，即礦井最大涌水量約為792m3/d（33m3/h）。

礦井為瓦斯礦井，煤塵有爆炸性危險，煤層自燃等級為I～II級，屬容易自燃-自然煤層，地溫和地壓正常，地震烈度為VII度。礦井采用斜井單水平開拓方式，主水平布置在8號煤層中，標高為+1285m。5號煤層設置輔助水平，輔助水平標高為+1306m。礦井共布置三個井筒，即主斜井、副斜井和回風斜井，全部落底于+1285m水平。礦井以東西大巷為界劃分3個盤區(qū)，首采工作面布置在53盤區(qū)，沿5號煤層布置軌道大巷、皮帶大巷、回風大巷，大巷間距30至50m。

2? 煤層瓦斯參數(shù)和礦井瓦斯等級

煤層瓦斯參數(shù)據(jù)以往地質(zhì)勘探取樣測定資料，本區(qū)有11個鉆孔采取了27個煤層瓦斯樣，采樣方法為解吸法，分別測定各煤層的煤的自然瓦斯成分和瓦斯含量。瓦斯含量CH4最大值是為0.89ml/g（干燥無灰基），瓦斯成分主要以氮氣為主，CH4最大值為24.47%。各煤層平均含量CH4低于0.2ml/g，各煤層平均CH4成分低于10%，總體瓦斯含量低。

全區(qū)均處于瓦斯風化帶之內(nèi)，各煤層瓦斯分帶，5號煤屬于氮氣帶（N2）、二氧化碳-氮氣帶（CO2-N2）和氮氣-甲烷帶（N2-CH4）;6號煤屬于氮氣帶（N2）和氮氣-甲烷帶（N2-CH4）;8號煤屬于氮氣帶（N2）和氮氣-甲烷帶（N2-CH4）。山西省煤炭地質(zhì)115勘查院2015年編制的《山西省大同煤田增子坊井田生產(chǎn)補充勘探地質(zhì)報告》鉆孔瓦斯資料進行分析預測。見表1、表2所示。

3? 礦井瓦斯賦存規(guī)律研究

研究表明，影響礦井瓦斯賦存因素主要有煤層埋藏深度、煤的變質(zhì)程度、圍巖情況、構(gòu)造情況等。

3.1 煤層埋藏深度對瓦斯賦存的影響

本井田處于大同煤田西部南部邊緣，主要可采煤層一般埋藏深度在300m之內(nèi)，局部風化，有利于瓦斯向地表散放，不容易保存瓦斯。5號煤層瓦斯含量隨埋深增加而加大，南部低，北部高。見圖1所示。

兩者之間關(guān)系為：

W=0.0083H+0.3226

式中：W—瓦斯含量，m3/t;H—埋藏深度，m。

3.2 地質(zhì)構(gòu)造對瓦斯賦存的影響

本井田位于大同煤田西南部邊緣部位，屬于黃土半掩蓋區(qū)，煤層埋藏淺，地質(zhì)構(gòu)造復雜程度屬中等。傾角在西南部稍大4°～6°，一般為2°～3°。斷層發(fā)育，多為NW、NE向，斷層對煤層瓦斯有一定的釋放作用，有小型褶曲影響不大。

3.3 煤層圍巖對瓦斯賦存的影響

一般頂板巖性為細、中、粗粒砂巖為主，砂礫巖次之，透氣性相對好，瓦斯容易釋放，反之，頂板為泥巖、炭質(zhì)泥巖，不利于瓦斯釋放。

3.4 煤的變質(zhì)程度對瓦斯賦存的影響

一般煤變質(zhì)程度高，則瓦斯含量高，反之則低。本井田鏡質(zhì)體最大反射率在0.6～0.7%，屬于最低變質(zhì)程度，因而煤生成瓦斯的能力差，原始瓦斯含量低，瓦斯賦存就不高。

4? 礦井瓦斯涌出量預測

根據(jù)《大同煤礦集團鐵峰煤業(yè)有限公司增子坊煤礦5號煤層瓦斯涌出量預測報告》，該礦5號煤層礦井瓦斯涌出量預測結(jié)果如下：

4.1 礦井瓦斯涌出量預測

礦井瓦斯涌出量計算公式：

式中：q井—礦井相對瓦斯涌出量，m3/t;q區(qū)i—第i個生產(chǎn)采區(qū)相對瓦斯涌出量，m3/t; Aoi—第i個生產(chǎn)采區(qū)平均日產(chǎn)量，t; K″—已采采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，53盤區(qū)（為303盤區(qū)）K″取1.30;預測結(jié)果如表3所示。

4.2 瓦斯涌出量構(gòu)成分析

根據(jù)前面5號煤層瓦斯涌出量預測結(jié)果，礦井、工作面、采空區(qū)的瓦斯涌出量構(gòu)成結(jié)果見表4、表5、表6。

對表4、表5、表6進行分析，可以得出：

①瓦斯涌出以開采層為主、鄰近層為輔，開采層瓦斯涌出分別占63.40%、64.10%、63.40%，鄰近層瓦斯涌出分別占36.60%、35.90%、36.60%。

②瓦斯涌出中回采工作面瓦斯涌出分別占70.30%、66.10%、70.30%，掘進瓦斯涌出分別占6.69%、11.02%、6.69%，采空區(qū)瓦斯涌出分別占23.01%、22.88%、23.01%。

③瓦斯涌出以生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出為主，已采采區(qū)瓦斯涌出為輔，生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出分別占74.22%、71.08%、77.10%，已采采區(qū)瓦斯涌出分別占25.78%、28.92%、22.90%。

④增子坊5號煤層53盤區(qū)以120萬t/a產(chǎn)量開采時，掘進面最大絕對瓦斯涌出量0.16m3/min，回采工作面最大絕對瓦斯涌出量3.36m3/min;礦井最大絕對瓦斯涌出量6.20m3/min，最大相對瓦斯涌出量為2.46m3/t。

⑤根據(jù)《煤礦瓦斯等級鑒定暫行辦法》有關(guān)鑒定依據(jù)和測算辦法，判定該礦井開采5號煤層時為瓦斯礦井。

5? 煤與瓦斯區(qū)域突出危險性預測

本礦井缺乏瓦斯參數(shù)，如瓦斯放散初速度△P，煤層堅固性系數(shù)f值，同時也缺乏瓦斯壓力等數(shù)據(jù)。按照煤層瓦斯含量W進行預測，區(qū)域突出危險性預測臨界值指標定為瓦斯含量8m3/t。本井田煤層瓦斯含量均小于2m3/t，且處于瓦斯風化帶中，無煤與瓦斯突出危險。根據(jù)瓦斯測定結(jié)果分析，可采煤層瓦斯含量均小于2ml/g，該井田瓦斯類型應屬于簡單。

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