五里堠煤業(yè)15號煤層瓦斯分布規(guī)律與突出危險性分析

李新宇

(山西潞安礦業(yè)(集團)有限責任公司 晉中分公司，山西 晉中 030600)

長期以來，煤炭一直是我國的主要消費能源之一，并且短期內(nèi)其消費地位不會改變，預(yù)計到2030年，煤炭在我國一次能源消費結(jié)構(gòu)中占比仍在50%以上。對于煤礦開采，瓦斯是煤礦生產(chǎn)中重大安全隱患之一，在瓦斯綜合防治中，為了避免盲目治理，要求瓦斯管理工作必須做到有效性、可靠性和有預(yù)見性[1-2]。近年來，一些礦井在建井過程中就曾發(fā)生過煤與瓦斯突出事故，造成了巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，有些雖然未發(fā)生突出事故，但隨著開采深度和強度的不斷增大，發(fā)生煤與瓦斯突出事故的概率也逐漸增加。因此，為防患于未然，開展煤層瓦斯分布規(guī)律研究，分析并預(yù)防煤與瓦斯突出危險性是十分必要的[3-5]。

1 工程概況

五里堠煤業(yè)井田位于太行山西麓，井田內(nèi)地形西高東低，區(qū)內(nèi)溝谷比較發(fā)育，地形較復(fù)雜，井田范圍內(nèi)有少量斷層、陷落柱分布，未發(fā)現(xiàn)巖漿巖，屬簡單構(gòu)造。本井田主要含煤地層為太原組和山西組，可采煤層自上至下有3號、4號、7號、8號、9號、15號共計6層，其中7號、8號、9號煤層屬于高硫煤，暫不考慮回采，根據(jù)礦井開拓與開采方案，全井田共劃分為4個采區(qū)，其中15號煤層劃分為2個采區(qū)，為雙翼采區(qū)。資料顯示，五里堠煤業(yè)鄰近正明煤業(yè)開采的15號煤層為煤與瓦斯突出煤層，為了防患于未然，需開展五里堠煤業(yè)15號煤層瓦斯分布規(guī)律與突出危險性的研究與分析。

2 煤層瓦斯分布規(guī)律

2.1 煤層瓦斯含量分布規(guī)律

井下鉆孔瓦斯解吸法是一種常用的煤層瓦斯含量測試方法，其具體方法如下：①4號、5號、6號井下采集新鮮原始煤樣；②實測煤樣瓦斯解吸量；③推算煤樣瓦斯損失量；④測定煤樣的瓦斯殘存量，⑤根據(jù)煤樣瓦斯損失量、瓦斯解吸量、瓦斯殘存量等綜合計算煤層瓦斯含量[5]。采用井下鉆孔瓦斯解吸法測定五里堠煤業(yè)15號煤層瓦斯含量，測試結(jié)果見表1。

表1 五里堠煤業(yè)15號煤層瓦斯含量測試結(jié)果

根據(jù)五里堠煤業(yè)15號煤層瓦斯含量測試結(jié)果繪制瓦斯含量與埋深關(guān)系曲線，如圖1所示。

由表1、圖1可知，五里堠煤業(yè)15號煤層瓦斯含量與埋深呈線性相關(guān)(y=0.016 4X-0.525 7，R2=0.968 4)，15號煤層瓦斯含量梯度為1.64 m3/(t ·100 m)，目前，五里堠煤業(yè)15號煤層開采范圍內(nèi)最大埋深約500 m，預(yù)測該區(qū)域煤層瓦斯含量為7.67 m3/t。

2.2 煤層瓦斯壓力分布規(guī)律

煤層瓦斯壓力是指煤體孔隙中所含游離瓦斯的氣體壓力，一般來說，煤層瓦斯壓力越高，煤層瓦斯含量也就越大[6]。采用直接測定方法測定五里堠煤業(yè)15號煤層瓦斯壓力，有效結(jié)果共計7組，見表2。

圖1 五里堠煤業(yè)15號煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系圖

表2 五里堠煤業(yè)15號煤層瓦斯壓力測試結(jié)果

根據(jù)五里堠煤業(yè)15號煤層瓦斯壓力測試結(jié)果繪制15號煤層瓦斯壓力與埋深關(guān)系曲線，如圖2所示，由表2和圖2可知，五里堠煤業(yè)15號煤層煤層瓦斯壓力與埋深呈線性相關(guān)(P=0.002 1X-0.377 6，R2=0.965 9)，五里堠煤業(yè)15號煤層埋深每增加100 m，相對瓦斯壓力增加0.21 MPa，即瓦斯壓力梯度為0.21 MPa/100 m。

圖2 五里堠煤業(yè)15號煤層瓦斯壓力與埋深關(guān)系圖

3 煤與瓦斯突出危險性分析

煤與瓦斯突出是多種因素共同作用下產(chǎn)生的復(fù)雜動力現(xiàn)象，采用單一指標難以進行準確預(yù)測，必須考慮多種因素共同作用效應(yīng)，目前常采用共采用煤層原始瓦斯壓力、煤的瓦斯放散初速度、煤的堅固性系數(shù)以及煤的破壞類型等作為判定煤與瓦斯突出危險性的4個單項突出危險性指標[7]。本文綜合采用上述4個突出危險性單項指標，分析確定五里堠煤業(yè)15號煤層突出危險性，各項指標測定結(jié)果見表3。

表3 五里堠煤業(yè)15號煤層實測突出危險性指標結(jié)果

由表3可知,五里堠煤業(yè)15號煤層破壞類型為Ⅱ類，未達到臨界值，15號煤層相對瓦斯壓力0.66 MPa，小于臨界值0.74 MPa，15號煤層堅固性系數(shù)0.37，小于臨界值0.5，15號煤層瓦斯放散初速度指標30.9，大于臨界值10。綜上所述，僅有1個指標超過了臨界值，同時，根據(jù)實測最大瓦斯含量為7.37 m3/t(埋深490 m)，預(yù)測開采范圍內(nèi)最大埋深(500 m)處瓦斯含量為7.67 m3/t，均未超過臨界值(8 m3/t)。因此，綜合分析確定五里堠煤業(yè)15號煤層目前開采范圍煤層無突出危險性。

4 結(jié) 語

為了防患于未然，開展煤層瓦斯分布規(guī)律研究、分析煤與瓦斯突出危險性是十分必要的。井下實際測定了五里堠煤業(yè)15號煤層瓦斯含量和壓力，測定結(jié)果顯示五里堠煤業(yè)15號煤層瓦斯含量、壓力與埋深呈線性相關(guān)，且相關(guān)性系數(shù)均大于0.9，15號煤層瓦斯含量和壓力梯度分別為1.64 m3/(t ·100 m)、0.21 MPa/100 m。基于此，綜合采用4個突出危險性單項指標測試結(jié)果，分析確定五里堠煤業(yè)15號煤層目前開采范圍無煤與瓦斯突出危險性。