大陽煤礦3 號煤層瓦斯賦存規(guī)律研究

韋國兵

（山西蘭花科創(chuàng)大陽煤礦分公司，山西 晉城 048000）

1 前言

山西蘭花科創(chuàng)大陽煤礦分公司位于澤州縣大陽鎮(zhèn)，井田區(qū)域橫跨澤州、高平兩地，行政區(qū)劃屬大陽鎮(zhèn)管轄，是一家地方國有煤礦。礦井工業(yè)場地位于晉城市北偏西約35 km 處，年生產(chǎn)能力1.80 Mt?，F(xiàn)回采3 號煤層，埋深較深，瓦斯較大，為高瓦斯礦井。測定3#煤層瓦斯基本參數(shù)，厘清瓦斯賦存分布規(guī)律，才能準(zhǔn)確有效地進(jìn)行瓦斯防治工作。

2 礦井地質(zhì)概況

大陽井田內(nèi)構(gòu)造以褶曲構(gòu)造為主；發(fā)育8 條斷層，但除F1 斷距較大外，其余均不大；井田內(nèi)陷落柱較發(fā)育，但規(guī)模較??；無巖漿巖體出露?？傮w地質(zhì)構(gòu)造程度屬簡單，礦井井田屬于同一瓦斯地質(zhì)單元。構(gòu)造綱要圖如圖1 所示。

3 3 號煤層瓦斯參數(shù)測定

3.1 煤層瓦斯含量測定結(jié)果

根據(jù)大陽煤業(yè)井下情況，在3 號煤層新鮮煤壁上選取含量測點(diǎn)，測定瓦斯含量，結(jié)果如表1 所示。

表1 3 號煤層瓦斯含量測定結(jié)果表

3.2 煤層瓦斯壓力測定結(jié)果

根據(jù)大陽煤礦3 號煤層的開采情況，在無地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶且為原始煤體中施工測壓鉆孔，無其他人為卸壓影響，瓦斯壓力測定結(jié)果如表2 所示。

表2 3 號煤層瓦斯壓力測定結(jié)果表

4 瓦斯賦存影響因素

4.1 頂?shù)装鍘r性對瓦斯賦存的影響

3 號煤層頂板大部為泥巖、粉砂巖，泥巖的厚度在4.3 m 左右。底板大部為泥巖、砂質(zhì)泥巖，平均厚度為9.0 m。3 號煤層頂?shù)装宕蟛烤鶠橐欢ê穸鹊耐笟庑圆畹哪鄮r，具有很好的封蓋作用，能有效地阻止瓦斯逸散。

4.2 斷層對瓦斯賦存的影響

大陽井田斷層約有102 條，其中正斷層96 條，但以小斷層為主，僅有F1 正斷層規(guī)模較大，落差30 m，其余均較小。斷層多數(shù)是張性斷層，延深長度不長。張性正斷層是在擠壓應(yīng)力場斷裂后受到拉伸發(fā)生反轉(zhuǎn)出現(xiàn)的，有利于瓦斯的擴(kuò)散，但斷層僅在局部影響瓦斯賦存[1]。因此本礦井正斷層附近瓦斯含量相對較小，直接導(dǎo)致回采過斷層時(shí)瓦斯涌出量減少，例如3401 工作面在F46 斷層附近的瓦斯涌出量明顯小于斷層遠(yuǎn)處。

4.3 褶曲對瓦斯賦存的影響

大陽井田內(nèi)共發(fā)育9 條褶曲，均較為寬緩。根據(jù)現(xiàn)有研究和實(shí)踐，向斜軸部，受應(yīng)力擠壓，裂隙不發(fā)育，瓦斯富集；而背斜軸部張性裂隙發(fā)育，瓦斯容易擴(kuò)散[2]。例如S6 向斜在井田西部呈半圓弧形展布，軸向NW 轉(zhuǎn)NE，兩翼地層基本對稱，橫穿3405 工作面。在3405 回采工作面回采時(shí)，其風(fēng)排瓦斯涌出量在開采到S6 向斜軸部時(shí)達(dá)到最大值14.81 m3/min，而在兩翼的涌出量僅在12 m3/min 左右。且在其軸部實(shí)測瓦斯含量為7.43 m3/t，相對翼部的含量也較大。

4.4 埋深對瓦斯賦存的影響

經(jīng)研究和實(shí)踐表明，瓦斯賦存在甲烷帶內(nèi)主要受埋深控制，與埋深具有較好的線性關(guān)系[3]。隨煤層的埋深增加，不僅地應(yīng)力增加，透氣性變差，向地表擴(kuò)散的難度和距離也變大[4]，而且壓力的增加也有助于瓦斯吸附，這些因素都有助于瓦斯的儲存。一般煤層瓦斯含量和壓力會隨埋深的增大而提高。

根據(jù)瓦斯垂直分帶劃分標(biāo)準(zhǔn)，大陽煤礦3號煤層實(shí)測瓦斯最大值含量為7.68 m3/t，最大瓦斯壓力0.49 MPa。瓦斯組分以甲烷為主，濃 度 在70.64%～88.28%， 其 次 為 氮 氣， 濃 度10.29%～29.86%、二氧化碳濃度0.25%～1.34%。認(rèn)為3 號煤層深部處于甲烷帶，淺部是處于瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)，以甲烷帶為主。瓦斯風(fēng)化帶下部邊界大約為埋深380 m 左右。

根據(jù)表1 和表2 數(shù)據(jù)，繪制大陽煤礦3 號煤層瓦斯壓力和瓦斯含量與埋深關(guān)系圖，如圖2、圖3所示。

圖2 3 號煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系圖

圖3 3 號煤層瓦斯壓力與埋深關(guān)系圖

瓦斯含量和壓力均隨埋深增加而增加。對數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，根據(jù)擬合結(jié)果，大陽煤礦3 號煤層瓦斯含量與埋深的擬合方程如式（1），瓦斯壓力與埋深的擬合方程如式（2）。

式中：W 為瓦斯含量，m3/t；H 為煤層埋深，m；P 為瓦斯壓力，MPa。

在顯著性水平α=0.05 下，分別對回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。式（1），F(xiàn)=56.82 ＞F 0.05（1，7）=5.59，線性關(guān)系顯著。式（2），F(xiàn)=22.86 ＞F 0.05（1，4）=7.71，線性關(guān)系顯著。根據(jù)F 檢驗(yàn)結(jié)果，煤層瓦斯含量、瓦斯壓力和埋深的線性關(guān)系顯著，認(rèn)為埋深是該區(qū)域瓦斯賦存的主控因素。

圖4 3 號煤層瓦斯賦存等值線圖

利用surfer 軟件繪制3 號煤層的瓦斯賦存等值線圖，能夠反映大陽煤礦3 號煤層的整體瓦斯賦存規(guī)律，如圖4 所示。井田范圍內(nèi)礦井西部的瓦斯含量和壓力相比東部大，其中的最大值在井田西北角，最大瓦斯含量為7.83 m3/t，最大瓦斯壓力為0.57 MPa，東北角和東南角的瓦斯含量和壓力最小，總體呈現(xiàn)西部大、東部小的分布情況。

5 結(jié)論

（1）大陽煤礦井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度屬簡單，3 號煤層瓦斯賦存的主控因素是埋深。

（2）3 號煤層瓦斯含量與埋深的擬合方程為：W=0.003 3H+5.735 1，瓦斯壓力與埋深的擬合方程為：P=0.000 6H+0.19。

（3）繪制3 號煤層瓦斯賦存等值線圖，瓦斯賦存整體上呈現(xiàn)西部大、東部小的分布情況，最大值在井田西北角。

（4）3 號煤層瓦斯賦存規(guī)律和研究結(jié)論為確定礦井、采區(qū)、工作面瓦斯防治措施提供科學(xué)依據(jù)。