五里堠煤业15号煤层瓦斯分布规律与突出危险性分析

李新宇

(山西潞安矿业(集团)有限责任公司 晋中分公司，山西 晋中 030600)

长期以来，煤炭一直是我国的主要消费能源之一，并且短期内其消费地位不会改变，预计到2030年，煤炭在我国一次能源消费结构中占比仍在50%以上。对于煤矿开采，瓦斯是煤矿生产中重大安全隐患之一，在瓦斯综合防治中，为了避免盲目治理，要求瓦斯管理工作必须做到有效性、可靠性和有预见性[1-2]。近年来，一些矿井在建井过程中就曾发生过煤与瓦斯突出事故，造成了巨大的人员伤亡和财产损失，有些虽然未发生突出事故，但随着开采深度和强度的不断增大，发生煤与瓦斯突出事故的概率也逐渐增加。因此，为防患于未然，开展煤层瓦斯分布规律研究，分析并预防煤与瓦斯突出危险性是十分必要的[3-5]。

1 工程概况

五里堠煤业井田位于太行山西麓，井田内地形西高东低，区内沟谷比较发育，地形较复杂，井田范围内有少量断层、陷落柱分布，未发现岩浆岩，属简单构造。本井田主要含煤地层为太原组和山西组，可采煤层自上至下有3号、4号、7号、8号、9号、15号共计6层，其中7号、8号、9号煤层属于高硫煤，暂不考虑回采，根据矿井开拓与开采方案，全井田共划分为4个采区，其中15号煤层划分为2个采区，为双翼采区。资料显示，五里堠煤业邻近正明煤业开采的15号煤层为煤与瓦斯突出煤层，为了防患于未然，需开展五里堠煤业15号煤层瓦斯分布规律与突出危险性的研究与分析。

2 煤层瓦斯分布规律

2.1 煤层瓦斯含量分布规律

井下钻孔瓦斯解吸法是一种常用的煤层瓦斯含量测试方法，其具体方法如下：①4号、5号、6号井下采集新鲜原始煤样；②实测煤样瓦斯解吸量；③推算煤样瓦斯损失量；④测定煤样的瓦斯残存量，⑤根据煤样瓦斯损失量、瓦斯解吸量、瓦斯残存量等综合计算煤层瓦斯含量[5]。采用井下钻孔瓦斯解吸法测定五里堠煤业15号煤层瓦斯含量，测试结果见表1。

表1 五里堠煤业15号煤层瓦斯含量测试结果

根据五里堠煤业15号煤层瓦斯含量测试结果绘制瓦斯含量与埋深关系曲线，如图1所示。

由表1、图1可知，五里堠煤业15号煤层瓦斯含量与埋深呈线性相关(y=0.016 4X-0.525 7，R2=0.968 4)，15号煤层瓦斯含量梯度为1.64 m3/(t ·100 m)，目前，五里堠煤业15号煤层开采范围内最大埋深约500 m，预测该区域煤层瓦斯含量为7.67 m3/t。

2.2 煤层瓦斯压力分布规律

煤层瓦斯压力是指煤体孔隙中所含游离瓦斯的气体压力，一般来说，煤层瓦斯压力越高，煤层瓦斯含量也就越大[6]。采用直接测定方法测定五里堠煤业15号煤层瓦斯压力，有效结果共计7组，见表2。

图1 五里堠煤业15号煤层瓦斯含量与埋深关系图

表2 五里堠煤业15号煤层瓦斯压力测试结果

根据五里堠煤业15号煤层瓦斯压力测试结果绘制15号煤层瓦斯压力与埋深关系曲线，如图2所示，由表2和图2可知，五里堠煤业15号煤层煤层瓦斯压力与埋深呈线性相关(P=0.002 1X-0.377 6，R2=0.965 9)，五里堠煤业15号煤层埋深每增加100 m，相对瓦斯压力增加0.21 MPa，即瓦斯压力梯度为0.21 MPa/100 m。

图2 五里堠煤业15号煤层瓦斯压力与埋深关系图

3 煤与瓦斯突出危险性分析

煤与瓦斯突出是多种因素共同作用下产生的复杂动力现象，采用单一指标难以进行准确预测，必须考虑多种因素共同作用效应，目前常采用共采用煤层原始瓦斯压力、煤的瓦斯放散初速度、煤的坚固性系数以及煤的破坏类型等作为判定煤与瓦斯突出危险性的4个单项突出危险性指标[7]。本文综合采用上述4个突出危险性单项指标，分析确定五里堠煤业15号煤层突出危险性，各项指标测定结果见表3。

表3 五里堠煤业15号煤层实测突出危险性指标结果

由表3可知,五里堠煤业15号煤层破坏类型为Ⅱ类，未达到临界值，15号煤层相对瓦斯压力0.66 MPa，小于临界值0.74 MPa，15号煤层坚固性系数0.37，小于临界值0.5，15号煤层瓦斯放散初速度指标30.9，大于临界值10。综上所述，仅有1个指标超过了临界值，同时，根据实测最大瓦斯含量为7.37 m3/t(埋深490 m)，预测开采范围内最大埋深(500 m)处瓦斯含量为7.67 m3/t，均未超过临界值(8 m3/t)。因此，综合分析确定五里堠煤业15号煤层目前开采范围煤层无突出危险性。

4 结 语

为了防患于未然，开展煤层瓦斯分布规律研究、分析煤与瓦斯突出危险性是十分必要的。井下实际测定了五里堠煤业15号煤层瓦斯含量和压力，测定结果显示五里堠煤业15号煤层瓦斯含量、压力与埋深呈线性相关，且相关性系数均大于0.9，15号煤层瓦斯含量和压力梯度分别为1.64 m3/(t ·100 m)、0.21 MPa/100 m。基于此，综合采用4个突出危险性单项指标测试结果，分析确定五里堠煤业15号煤层目前开采范围无煤与瓦斯突出危险性。