告成煤礦25031工作面瓦斯賦存規(guī)律研究

郭思堂

(鄭州煤電股份有限公司 告成煤礦，河南 登封 452470)

瓦斯是在古代植物成煤時(shí)期經(jīng)復(fù)雜的物理化學(xué)作用生成。復(fù)雜的地質(zhì)作用影響著瓦斯的生成過(guò)程和賦存分布規(guī)律[1-2]。瓦斯存在于煤層之中，伴隨著煤炭的開(kāi)采而不斷涌出，嚴(yán)重威脅著礦井生產(chǎn)。為了能夠?qū)ν咚购窟M(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)告成煤礦25031工作面的防突措施設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，迫切需要對(duì)25031工作面的瓦斯地質(zhì)規(guī)律進(jìn)行研究。本文主要采用室內(nèi)自然解吸法計(jì)算了煤層原始瓦斯含量，并根據(jù)地質(zhì)資料和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析了地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)、頂?shù)装鍘r性、煤層厚度和煤層埋藏深度5個(gè)因素對(duì)25031工作面瓦斯賦存的影響規(guī)律。

1 礦井及工作面概況

告成煤礦是一處煤與瓦斯突出礦井，位于河南省登封市告成鎮(zhèn)境內(nèi)。礦井目前開(kāi)拓方式為多水平上下山開(kāi)拓，現(xiàn)主采二1煤層，煤層平均厚度4.86 m，傾角15～22°。

25031工作面位于始突標(biāo)高以下，沿煤層走向布置，可采走向長(zhǎng)789.6 m，傾斜長(zhǎng)198 m，面積156 340.8 m2。北面是25采區(qū)的3條下山，南面緊臨23采區(qū)邊界1號(hào)、2號(hào)集中下山，西面是已經(jīng)回采完畢的25091工作面，東面是正在回采當(dāng)中的25011工作面。

25011工作面和25091工作面是25031工作面的兩個(gè)相鄰工作面?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，25011工作面實(shí)測(cè)原始瓦斯含量3.01～16.51 m3/t； 25091工作面實(shí)測(cè)原始瓦斯含量2.20～15.99 m3/t，平均9.07 m3/t。

2 原始瓦斯含量的測(cè)定

根據(jù)《煤層瓦斯含量井下直接測(cè)定方法》并結(jié)合25301工作面的實(shí)際情況，在25031工作面附近測(cè)點(diǎn)測(cè)定其井下自然解析瓦斯量，并根據(jù)常壓自然解吸法計(jì)算煤層原始瓦斯含量。對(duì)25031回采工作面區(qū)域內(nèi)與煤厚、埋深與原始瓦斯含量相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，如表1所示。

表1 25031工作面原始瓦斯含量測(cè)試值

3 影響瓦斯賦存規(guī)律的因素分析

3.1 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)瓦斯賦存的影響

斷層使巖層的整體性受到破壞，巖層發(fā)生錯(cuò)位，同時(shí)斷層附近的巖體破碎程度較高，為瓦斯的遷移提供通道[3]。斷層的規(guī)模越大，瓦斯逸散的范圍越大，極大地減小了瓦斯的富集程度。25031工作面為回采工作面，工作面多為滑動(dòng)構(gòu)造帶內(nèi)直接壓煤，巖性為斷層泥和斷層角礫巖。如表2所示，25031工作面回采范圍內(nèi)共揭露6條底板正斷層受斷層影響，煤層頂?shù)装宀▌?dòng)較大，斷層破碎帶為瓦斯提供了逸散通道。因此，25031工作面滑動(dòng)構(gòu)造帶及斷層的存在，是影響該工作面瓦斯賦存的主要因素。

表2 25031工作面煤層頂板斷層其特征

3.2 水文地質(zhì)對(duì)瓦斯賦存的影響

瓦斯在煤中的流動(dòng)，除了受壓力的影響外，也受煤層中水的制約。地下水流動(dòng)的通道也會(huì)成為瓦斯流動(dòng)的直接通道。在25031工作面區(qū)域內(nèi)，主要考慮頂板水、底板水和斷層水對(duì)瓦斯賦存的影響。

其中，頂板主要出水源為二1煤層頂板滑動(dòng)構(gòu)造破碎帶內(nèi)裂隙水，該含水層富水性弱，含水不豐富，對(duì)瓦斯賦存影響不大。工作面回采區(qū)域內(nèi)底板灰?guī)r溶裂隙承壓水含水層與二1煤層對(duì)接，在垂直和水平方向上溝通了各含水層，地下水發(fā)揮水力運(yùn)移逸散作用[4]，部分煤層瓦斯隨地下水活動(dòng)而逸散，降低了煤層瓦斯含量。同時(shí)，地下水充填了煤體中的孔隙裂隙，減少了瓦斯在煤體中的存儲(chǔ)空間。因此，底板水的活動(dòng)是影響25031工作面瓦斯賦存的影響因素之一。經(jīng)過(guò)水文地質(zhì)情況分析，該工作面回采范圍斷層不存在導(dǎo)水性，對(duì)瓦斯賦存的影響較小。綜上，25031回采工作面區(qū)域內(nèi)，底板水的活動(dòng)在一定程度上影響了瓦斯賦存，使得工作面內(nèi)煤層局部原始瓦斯含量降低。

3.3 頂?shù)装鍘r性對(duì)瓦斯賦存的影響

根據(jù)對(duì)25031工作面的地質(zhì)勘察，煤層頂?shù)装鍘r性及其特征如表3所示。25031回采工作面區(qū)域內(nèi)頂?shù)装迨艿交瑒?dòng)構(gòu)造破碎帶的影響，而破碎帶的分布是不均勻的，其厚度及破碎程度的差異，對(duì)瓦斯的影響也不盡相同。25031工作面直接頂為斷層泥和斷層角礫巖，其破碎程度較高，有利于瓦斯的運(yùn)移和逸散；直接底和老底以泥巖和灰?guī)r為主，結(jié)構(gòu)較為完整，將有利于瓦斯相對(duì)富集。

表3 25031工作面頂?shù)装鍘r性及其特征

3.4 煤層厚度對(duì)瓦斯賦存的影響

煤在形成的同時(shí)伴隨著瓦斯的生成，煤層厚度的變化影響著瓦斯含量的改變。煤體是瓦斯賦存的載體，若不考慮其他因素的復(fù)合影響，煤層厚度增加時(shí)，瓦斯賦存的空間也相應(yīng)增加，瓦斯含量也相應(yīng)增大。

依據(jù)表1，對(duì)告成礦25031工作面二1煤層瓦斯含量(y)與其煤厚(x)進(jìn)行線性回歸分析，如圖1所示。由圖1 可知，25031工作面首段煤層原始瓦斯含量與煤層厚度線性關(guān)系較差，相關(guān)性系數(shù)R2=0.117 5，這可能是由于地質(zhì)構(gòu)造等原因起了主導(dǎo)作用，破壞了瓦斯在煤層中賦存的狀態(tài)。因此根據(jù)煤層厚度與原始瓦斯含量的擬合情況，煤層厚度對(duì)瓦斯含量的變化影響不顯著。

圖1 25031回采工作面煤層厚度與原始瓦斯含量的關(guān)系

3.5 煤層埋藏深度對(duì)瓦斯賦存的影響

隨著煤層埋藏深度的增加，地應(yīng)力隨之增大。煤體或上覆巖層在地應(yīng)力的作用下，密實(shí)程度較高，煤層和上覆巖層的透氣性降低，瓦斯逸散較慢。因此瓦斯含量與煤層埋藏深度有關(guān)[5]。

由圖2可知，在去除受到斷層影響區(qū)域的瓦斯含量后，剩余點(diǎn)埋深與原始瓦斯含量線性相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)R2=0.552 9。從圖中可以看出，不同埋深的原始瓦斯含量數(shù)據(jù)點(diǎn)在擬合直線附近上下波動(dòng)，原始瓦斯含量隨著煤層埋深的增加而增大。根據(jù)線性擬合，建立了如下關(guān)系表達(dá)式：

圖2 25031回采工作面埋深與原始瓦斯含量的關(guān)系

y=0.122x- 51.354

(1)

式中：x為煤層埋深，m；y為瓦斯含量，m3/t。

4 結(jié) 語(yǔ)

1) 25031工作面附近的煤層原始瓦斯含量離散性較大，主要在7.2～14.75 m3/t之間。

2) 25031工作面的煤層厚度與原始瓦斯含量的線性擬合較差，煤層埋藏深度與原始瓦斯含量的線性擬合較好。

3) 煤層埋藏深度和地質(zhì)構(gòu)造是影響25031工作面瓦斯賦存的主要因素。底板水的活動(dòng)在一定程度上影響了瓦斯賦存，使得工作面內(nèi)煤層局部原始瓦斯含量降低。