茂通煤業(yè)煤層瓦斯分布規(guī)律及涌出量預測

張志勇

（陽泉新宇巖土工程有限責任公司，山西 陽泉 045000）

煤炭是保障我國經濟發(fā)展的重要能源之一。我國煤層賦存條件復雜，大多數礦井瓦斯災害嚴重，對礦井的安全生產影響較大。掌握礦井的瓦斯分布規(guī)律，并科學地進行瓦斯涌出量預測，是防治瓦斯災害的重要措施［1］。我國學者基于不同類型礦井及生產條件對礦井瓦斯分布規(guī)律進行研究，并對瓦斯涌出量進行預測，取得了許多研究成果，并指導于礦山的安全生產。在分析茂通煤業(yè)有限公司煤礦瓦斯賦存的主要地質控制因素（煤層埋深、煤層瓦斯風化帶、甲烷帶）的基礎上，通過線性回歸建立煤層埋深與瓦斯含量的關系，并采用分源預測法預測礦井瓦斯涌出量。

1 工程概況

安澤登茂通煤業(yè)有限公司（以下簡稱茂通煤業(yè)）位于安澤縣唐城鎮(zhèn)上莊村、前嶺底村一帶，行政區(qū)劃隸屬安澤縣唐城鎮(zhèn)管轄，生產規(guī)模0.9 Mt/a。井田含煤地層總厚度129.02 m，含煤15層，煤層平均總厚度7.36 m，平均含煤系數5.70%。井田內可采煤層為山西組的2、3號煤層和太原組的10號煤層，目前主采煤層為2、3號煤層。礦井采用斜井開拓，布置有4個井筒，生產水平標高為+930 m，全井田2、3號煤層劃分為五個采區(qū)，開采方式為下行式開采，開采順序為采區(qū)前進式，采用走向長壁后退式回采。礦井通風采用中央分列式機械式通風方式。

2 煤層瓦斯含量分布規(guī)律

2.1 勘探鉆孔煤樣瓦斯測試結果

根據山西克瑞通事業(yè)有限公司2012年10月提交的《陽泉煤業(yè)集團安澤登茂通煤業(yè)有限公司煤田地質補充勘探文字說明書》資料，101、301鉆孔共采取2號煤層瓦斯煤樣2個，測定結果如表1所示。

表1 地勘探鉆孔瓦斯含量測定結果

2.2 井下煤層瓦斯含量測定

煤層瓦斯含量是計算瓦斯蘊藏量、預測瓦斯涌出量的重要依據［2］，采用鉆孔煤屑解吸法測定茂通煤業(yè)2號、3號煤層瓦斯含量，采用風煤鉆向煤層中鉆孔，鉆孔深度大于20 m，測定地點2號煤層 為2103進 風 巷、2102回 風 巷、2101回 風 巷、2101進風巷、二采區(qū)回風巷；3號煤層為3202回風巷、3201回風巷、3201進風巷、二采區(qū)軌道巷、二采區(qū)皮帶巷。測定結果如表2所示。

表2 2號、3號煤層瓦斯含量測定結果

2.3 礦井瓦斯監(jiān)測

依據茂通煤業(yè)2020年礦井、采區(qū)、工作面瓦斯和二氧化碳涌出量測定數據，礦井絕對瓦斯涌出量為41.21 m3/min，相對涌出量25.96 m3/t，3109回采工作面最大絕對瓦斯涌出量為8.97 m3/min，2210回采工作面最大絕對瓦斯涌出量為24.66 m3/min，2202輔助進風巷掘進工作面最大絕對瓦斯涌出量為1.39 m3/min，礦井瓦斯等級為高瓦斯礦井。

2.4 礦井瓦斯分布規(guī)律

煤層瓦斯含量受多種地質因素的制約，但在諸多因素之中，一般有一個主導因素控制瓦斯在整個礦井范圍內變化的分布趨勢并影響煤層瓦斯含量［3］。依據勘探鉆孔瓦斯樣測試結果以及井下實測瓦斯含量數據，分析2號、3號煤層瓦斯含量分布規(guī)律。2號煤層在101鉆孔的瓦斯含量為4.3 m3/t，301鉆孔的瓦斯含量為4.6 m3/t。101、301鉆孔2號煤層埋深分別為400 m、425 m左右。 根 據 《煤 層 氣 資 源/儲 量 規(guī) 范》（DZ/T 0216/2002）規(guī)定的煤層瓦斯風化帶煤層原煤瓦斯含量4.0 m3/t的下限，故101鉆孔和301鉆孔均在2號煤層甲烷帶內。

對井下實測煤層瓦斯含量數據以及地勘101、301鉆孔煤層瓦斯含量數據進行分析，通過線性回歸得出其分布規(guī)律如下：

（1）根據井下實測地點取樣測定的原煤瓦斯含量2號煤在3.52～4.14 m3/t之間，平均3.83 m3/t；地勘101、301鉆孔煤層瓦斯含量分別為4.3 m3/t、4.6 m3/t；3號煤在4.43～5.55 m3/t之間，平均4.99 m3/t；分別繪制了2號、3號煤層瓦斯含量與埋深關系等值線圖。根據瓦斯風化帶的劃分，茂通煤業(yè)2號煤層在一采區(qū)內埋深在450 m以上處于氮氣-甲烷帶，450 m以下處于甲烷帶，2號煤層在二采區(qū)內處于甲烷帶；3號煤層在一、二采區(qū)內處于甲烷帶；3號煤層在三采區(qū)內埋深275 m以上處于氮氣-甲烷帶，275 m以下處于甲烷帶。

（2）2號、3號煤層瓦斯含量與煤層埋深正相關，隨埋藏深度H增大有加大的趨勢［4］，兩者之間遵循式（公式1、2、3）所示的統(tǒng)計關系：

式中：W為煤層瓦斯含量，m3/t；H為煤層埋藏深度，m。

（3）2號煤層瓦斯含量梯度為0.77 m3/t/hm，3號煤層瓦斯含量梯度為1.48 m3/t/hm。

（4）瓦斯含量預測

根據2號、3號煤層的埋深以及瓦斯含量梯度，繪制了2號、3號煤層瓦斯含量等值線圖［5］如圖1、圖2所示，由圖得出：

2號煤層瓦斯分布情況：一采區(qū)埋深范圍為267～370 m，瓦斯含量在3.41～4.12 m3/t之間，最大瓦斯含量為4.12 m3/t；二采區(qū)埋深范圍為358～507 m，瓦斯含量在4.03～5.17 m3/t之間，最大瓦斯含量為5.17 m3/t。

3號煤層瓦斯分布情況：一采區(qū)埋深范圍為279～380 m，瓦斯含量在4.07～5.55 m3/t之間，最大瓦斯含量為5.55 m3/t；二采區(qū)埋深范圍為367～517 m，瓦斯含量在5.38～7.59 m3/t之間，最大瓦斯含量為7.59 m3/t；三采區(qū)埋深范圍為206～306 m，瓦斯含量在3.0～4.48 m3/t之間，最大瓦斯含量為4.48 m3/t。

圖1 2號煤層埋深與瓦斯含量等值線關系

圖2 3號煤層埋深與瓦斯含量等值線關系

3 礦井瓦斯涌出量預測

為了茂通煤業(yè)的安全生產，中國礦業(yè)大學利用分源預測法對礦井瓦斯涌出量進行了預測，依次對礦井回采（包括開采層、圍巖和鄰近層）、掘進及采空區(qū)瓦斯涌出量進行計算［6］，并提交了《陽泉煤業(yè)集團安澤登茂通煤業(yè)有限公司2號、3號煤層礦井瓦斯涌出量預測報告》，山西省煤炭工業(yè)廳以晉煤瓦發(fā)〔2014〕145號文予以批復，預測成果如下：礦井生產能力達0.9 Mt/a時，在開采2號、3號煤層過程中礦井最大絕對瓦斯涌出量分別為34.06 m3/min、32.98 m3/min，最大相對涌出量分別為17.99 m3/t、17.42 m3/t。

4 結論

通過對茂通煤業(yè)2號、3號煤層瓦斯含量的測定，對礦井瓦斯涌出量進行預測，得出如下結論：

1）茂通煤業(yè)2號、3號煤層瓦斯含量與煤層埋深正相關，瓦斯含量隨埋藏深度H增大有逐漸加大的趨勢，呈線性統(tǒng)計規(guī)律。

2）采用分源預測法預測礦井在開采2號、3號煤層過程中礦井最大絕對瓦斯涌出量分別為34.06 m3/min、32.98 m3/min，最大相對涌出量分別為17.99 m3/t、17.42 m3/t，可作為茂通煤業(yè)在開采規(guī)劃、瓦斯抽采方案設計的基礎數據。