海天煤业3号煤层瓦斯地质规律及防治措施

李朋朋



海天煤业3号煤层瓦斯地质规律及防治措施

李朋朋

(山西晋煤集团泽州天安海天煤业有限公司，山西 晋城市 048000)

为了研究海天煤业3号煤层瓦斯地质规律，以瓦斯地质学理论为基础，结合地勘和生产时揭露的瓦斯地质资料，采用定性定量相结合的方法建立数学模型，多维度、多层次分析了影响瓦斯赋存的地质因素，结果表明：煤层埋藏深度、瓦斯压力与瓦斯含量呈正相关关系，地质构造、煤层顶底板岩性、埋藏深度是影响瓦斯赋存的主导因素，对天海煤业瓦斯灾害防治和煤矿安全高产高效开采具有现实意义。

瓦斯地质规律；地质构造；瓦斯含量；回归分析

煤矿瓦斯是一种非常复杂的气体地质体，其形成、分布和赋存规律主要受瓦斯地质的控制[1]。随着开采深度的逐渐增加，瓦斯含量、瓦斯压力势必出现增大现象，煤与瓦斯突出危险性也会增加，为了从根本上解决瓦斯问题，掌握煤层瓦斯赋存和煤层特征就显得尤为重要。因此，对海天煤业3号煤层瓦斯突出危险性、涌出量进行准确预测，多角度、多层次深入研究其瓦斯地质规律，最大程度地从根本上解决瓦斯问题，进而有效地预防瓦斯事故，保证海天煤业安全高效 开采[2]。

1 矿井地质构造及控制特征

海天煤业有限公司核定生产能力0.6 Mt/a，矿井采用“一井一面”集约化生产方式，其中3号煤层位于山西组下部，煤层埋藏较深，井田内无露头及风氧化现象，是主要可采煤层之一，厚度5.60~8.86 m，平均6.40 m，一般含一层夹矸，厚度为0~0.76 m，夹矸岩性多为泥岩或粉砂泥质岩，结构简单一复杂，属稳定可采煤层。顶板多为粉砂岩、泥岩，底板为粉砂岩、中砂岩、泥岩。煤层瓦斯含量为8.62~9.3 m3/t，瓦斯压力为0.94 MPa，绝对瓦斯涌出量24.45 m3/min，相对瓦斯涌出量19.37 m3/t，批复等级为高瓦斯矿井。矿井采用斜井、立井混合开拓方式单水平开采3号煤层，采用全部垮落法管理顶板。

井田区域总体构造形态是一个倾向北西~北西西的单斜构造，而在此基础上还发育一个构造形迹北北东向的宽缓褶皱，岩(煤)层呈波状起伏形态，并伴有规模不大、落差较小的正断层及低角度的逆断层。

井田内地层大体走向北东、倾向北西，地层倾角变化也不大，基本在1°~4°之间。此外，在靠近井田东南部边界处有一条比较发育的正断层，走向北北东，断层面倾向北西，倾角70°，落差15~30 m。该断层沿井田边界延伸，对井田内煤层开采影响不大。

由此可见，井田整体为一单斜构造，地层倾角相对平缓，除在井田东南部边界处发育1条断层外，井田内未发现岩浆岩等其它构造，井田构造属简单。

2 矿井瓦斯地质规律

2.1 断层褶曲对煤层瓦斯赋存的影响

煤层顶底板的渗透性高低，会直接影响瓦斯的逸散、保存，如背斜可以保存更多的瓦斯，而且顶板越封闭，瓦斯向上运移的阻力越大，瓦斯排放不了只能保存下来，因此，大部分瓦斯只能通过两翼的流通通道发育的区域逸散[3]。

海天煤业开采区域内总体为一宽缓的单斜构造，并有起伏不大的次一级褶曲发育，不影响井田的整体构造形态，对瓦斯赋存影响不大。

2.2 顶底板岩性对瓦斯赋存的影响

一般情况下，顶、底板岩石的孔隙率要比煤层的小，若孔隙-裂隙间没有很好的连通性，渗透性差且隔气，则可以提供瓦斯赋存的空间条件，瓦斯不容易逸散[4]。通常情况下，当煤层顶底板是比较致密、完整的页岩、油母页岩和泥岩等岩层时，煤层中的瓦斯基本上被保存下来；反之，瓦斯很容易逸散。海天煤业3号煤层顶板多为粉砂岩、泥岩，底板为粉砂岩、中砂岩、泥岩，在这种环境下，遗留下来的瓦斯很少。

2.3 煤层厚度对瓦斯赋存的影响

煤层厚度对瓦斯生成量也有一定的影响，因为煤厚变化破坏了瓦斯分布的均衡性、规律性，因此，在其他条件不变的情况下，煤厚变化也会导致瓦斯不均衡分布。

海天煤业3号煤的煤层厚度、瓦斯含量数据见表1，对煤层瓦斯含量与煤厚关系(见图1)进行拟合，得出其煤厚()与瓦斯含量()的关系为=0.5319+ 5.6958。

表1 煤层厚度与瓦斯含量对应关系

图1 煤厚与瓦斯含量关系

2.4 埋藏深度对瓦斯赋存的影响

地应力会随着采深的增加而增大，表现为：煤层、围岩的透气性降低，增大了瓦斯从煤层到地表的运移距离，这种情形下就有利于瓦斯赋存[5]。根据海天煤业3号煤层瓦斯含量与埋深散点图可知(如图2所示)，瓦斯含量与埋藏深度呈正相关关系。

2.5 瓦斯含量分布规律及预测

根据大量文献所述[6]，埋藏深度与瓦斯含量间的关系可进行定量的回归分析，以埋深作为瓦斯含量的主要影响因素建立线性回归模型，可以更直观地分析二者之间的关系。

=0+11(1)

式中：1为煤层埋深。埋藏深度与瓦斯含量的对应关系见表2，用3号煤层11个实测数据为样本[(x1，x2，…，x；y)，其中=1，2，…，11]，代入式(3)，拟合计算得出3号煤层埋深与瓦斯含量关系如图2 所示。

表2 埋藏深度与瓦斯含量实测数据

图2 瓦斯含量与埋深关系

依据表2，采用回归分析法，生成瓦斯含量()与煤层埋深()的关系曲线(见图2)，相关系数2=0.6752。建立了如下线性关系：

=0.0216−1.2834

式中，为瓦斯含量，m3/t；为煤层埋深，m。

由以上线性关系结合数据分析显示，瓦斯含量随埋深的增加有增大的趋势，线性相关性较好。瓦斯含量增长梯度为1.97 m3/t/100 m。

一般来说，煤层瓦斯含量受到煤种、煤的变质程度、构造、埋深以及顶、底板岩性等多种地质因素的影响，不同的矿井所具有的地质条件不同，甚至同一矿井的同一煤层在不同区域差异性也很大，解决瓦斯问题的根本就是掌控瓦斯地质规律，这样才能从真正意义上治理瓦斯问题。

通过对海天煤业的实际地质条件进行分析可知，海天煤业地质构造简单，如构造、褶曲等只在局部地区存在，这些地质构造只对小区域煤层瓦斯赋存规律会产生影响，而埋藏深度在整个范围内主导瓦斯含量的高低，煤层厚度的变化也在一定程度上影响瓦斯含量的高低。综上可知，煤层的埋深是控制海天煤业瓦斯含量变化的主导因素，在开采过程中尤其要注意煤层厚度变化给安全生产带来的不利影响。

3 瓦斯防治措施

海天煤业3号煤层在开采前应以瓦斯赋存、瓦斯涌出及瓦斯地质规律为依据，设计合理的瓦斯抽采系统，优化通风系统，完善监测监控体系，保证安全 生产。

(1) 完善瓦斯监测监控。采用多指标、多手段的综合预测方法，提高瓦斯压力测定和突出危险性预测的准确性。

(2) 加强瓦斯抽采。根据本矿实际，采用井下多种方法综合抽采或井上下立体联合抽采模式，将瓦斯含量及瓦斯压力降低到临界值以下。

4 结 论

(1) 在统计分析海天煤业相关数据的基础上，结合其地质特征，得出了瓦斯含量、瓦斯压力随开采深度的增加而增加的线性关系。

(2) 定性分析断层、褶曲、顶底板岩性等因素对瓦斯分布规律的影响，并通过回归分析得到了控制瓦斯含量的主要因素是埋藏深度。

[1] 舒龙勇,程远平,等.地质因素对煤层瓦斯赋存影响的研究[J].中国安全科学学报,2011,21(2):121−125.

[2] 贾永勇,娄 芳.阿艾矿区瓦斯地质规律研究[J].煤矿安全,2016, 47(7):14−17.

[3] 王凌鹤,李庆源,孔维一.沙曲矿井瓦斯地质规律研究[J].河南理工大学学报(自然科学版),2010,29(6):720−724.

[4] 杨峰峰,张巨峰,郑 超,等.永红煤矿3号煤层瓦斯地质规律之研究[J].陇东学院学报,2017,28(3):90−93.

[5] 陈金涛.打通一矿区瓦斯地质规律研究[J].山西煤炭,2017,37(5):47−49.

[6] 杨宏民,王 松,陈向军,等.长平煤矿3号煤层瓦斯赋存规律分析[J].煤矿安全,2011(5):117−119.

2018−08−03

李朋朋(1989—)，男，河南焦作人，助理工程师，主要从事一通三防技术管理工作,Email: 2356059065@qq. com。