上孔煤业3号煤层瓦斯涌出量预测分析

李健

（晋能控股集团阳城晋圣上孔煤业有限公司，山西 晋城 048006）

1 概 况

上孔煤业有限公司位于阳城县城60°方向直距约5 km处，行政隶属阳城县凤城镇、润城镇及町店镇管辖。井田东西宽5.5 km，南北长3.5 km，面积为11.598 8 km2。上孔煤业为兼并重组煤矿，目前矿井仅剩余井田中部（原柏沟煤业井筒和工业场地保护煤柱区）为实体煤资源赋存于山西组的下部，属3号煤层，煤层厚4.55～5.32 m，平均5.08 m，夹矸0～2层，结构简单—较简单，顶板为细砂岩、砂质泥岩底板为砂质泥岩，该区域煤层赋存稳定。矿井3号煤层采用长壁综采放顶煤采煤方法全部垮落法管理顶板，布置1个综放工作面、2个综掘工作面，设计生产能力0.6 Mt/a。

上孔煤业兼并重组之前没有3号煤层瓦斯含量井下测定数据，仅有整合后该矿补充地质勘查的瓦斯含量数据，目前处于基建阶段也没有条件对井下3号煤层瓦斯含量进行实测。因此，为保证生产安全，需对该矿3号煤层瓦斯涌出量进行预测。

2 3号煤层瓦斯数据分析

2.1 地勘资料分析

首先以上孔煤业矿井3号煤层地勘资料为依据进行分析。根据山西省第三地质工程勘察院2019年10月编写的《山西晋煤集团阳城晋圣上孔煤业有限公司3号煤层补充勘探地质报告》，3号煤层补勘钻孔瓦斯含量与成分测定结果见表1。

表1 3号煤层补勘钻孔瓦斯含量与成分测定结果Table 1 Gas content and composition determination results of No.3 coal seam supplementary exploration borehole

根据补勘钻孔煤样测得的水分和灰分，将可燃基瓦斯含量值换算成原煤瓦斯含量，3号煤层补勘钻孔瓦斯含量转换结果见表2。

表2 3号煤层补勘钻孔瓦斯含量转换结果统计Table 2 Conversion results statistics of gas content in drilling hole of No.3 coal seam

由以上数据可以看出，补勘测得3号煤层最大原煤瓦斯含量仅为1.0 m3/t。然而，邻近矿井西冯街煤业同为3号煤层的井下实测残存瓦斯含量为3.17 m3/t，由此可见，上孔煤业补勘钻孔测得的3号煤层原煤瓦斯含量数据不可靠，不能作为该矿开采3号煤层矿井瓦斯涌出量预测的基础数据。

经过分析研究，决定调研收集邻近矿井3号煤层瓦斯含量及气样分析测定数据，以此为依据进行上孔煤业3号煤层瓦斯涌出量预测。

2.2 西冯街煤业3号煤层瓦斯赋存规律

如上所述，由于上孔煤业无可用的3号煤层瓦斯含量数据，而上孔煤业与西冯街煤业、润东煤业属于同一地质单元，3矿中只有西冯街煤业属于生产矿井，有井下实测的3号煤层瓦斯含量数据，因此，可以利用西冯街煤业的井下实测瓦斯含量数据来分析同一瓦斯地质单元的赋存规律，从而计算得出上孔煤业的瓦斯含量。

根据山西太行矿业工程技术有限公司2017年4月编制的《山西阳城阳泰集团西冯街煤业有限公司煤矿生产地质报告》，该矿井下实测3号煤瓦斯含量数据见表3。

表3 西冯街煤业3号煤层井下实测瓦斯含量Table 3 The measured gas content in No.3 coal seam of Xifeng Street Coal Industry

对表3中西冯街煤业井下实测瓦斯含量与煤层埋藏深度进行拟合，拟合结果如图1所示（该图仅用于此次瓦斯涌出量预测）。

由图1煤层瓦斯含量与煤层埋深的关系可知，瓦斯含量具有随煤层埋深的增加而增大的趋势。根据模型预测，煤层埋深每增加100 m，相对应瓦斯含量增加2.78 m3/t。

图1 煤层瓦斯含量与埋深关系Fig.1 Relationship between coal seam gas content and buried depth

2.3 上孔煤业3号煤层瓦斯含量计算

根据上孔煤业3号煤层底板等高线图及井上下对照图，Ⅲ一盘区3号煤层埋深为90～150 m。根据西冯街煤业3号煤层瓦斯赋存规律计算，得到该地质单元埋深150 m对应的瓦斯含量为5.2 m3/t。考虑到上孔煤业3号煤层埋深150 m以浅区域处于瓦斯风化带，瓦斯排放程度较高，因此，以5.2 m3/t作为上孔煤业3号煤层Ⅲ一盘区的最大瓦斯含量较为可靠，可以用于此次瓦斯涌出量预测。

3 矿井瓦斯涌出量预测

3.1 涌出量预测基本条件及主要参数确定

根据上孔煤业的开拓开采设计，3号煤层仅布置一个Ⅲ一盘区进行生产，因此对Ⅲ一盘区生产过程中的瓦斯涌出量进行预测。

上孔煤业设计生产能力为0.6 Mt/a，矿井平均日产量为2 297 t，开采煤层为3号煤层，矿井布置1个综放工作面，2个综掘工作面，全矿井采掘比为1∶2，采用综采放顶煤采煤方法，割煤采出率为95%，放煤采出率为83%。

根据矿井开拓规划以及Ⅲ一盘区煤层瓦斯赋存范围，预测矿井Ⅲ一盘区的最大瓦斯含量为5.2 m3/t。残存瓦斯含量的取值参照邻近矿井西冯街煤业，西冯街煤业3号煤层残存瓦斯含量为3.17m3/t。

3.2 涌出量预测

目前国内现行的用于矿井瓦斯涌出预测的标准为《矿井瓦斯涌出量预测方法》（AQ1018-2006），但该标准不适用于放顶煤开采的工作面。2019年12月30日国家能源局第8号文批准发布了《综合机械化放顶煤工作面瓦斯涌出量预测方法》（NB/T 10364-2019）标准。因此，此次回采工作面瓦斯涌出量预测依据《综合机械化放顶煤工作面瓦斯涌出量预测方法》（NB/T 10364-2019）进行预测；掘进工作面、采区及矿井的瓦斯涌出量预测依据《矿井瓦斯涌出量预测方法》（AQ1018-2006）进行预测。矿井瓦斯涌出构成关系如图2所示。

图2 矿井瓦斯涌出量构成关系Fig.2 Composition relationship of mine gas emission

Ⅲ一盘区回采工作面瓦斯涌出量、掘进工作面瓦斯涌出量、生产盘区瓦斯涌出量以及矿井瓦斯涌出量的结果分别见表4～表7。

表4 Ⅲ一盘区回采工作面瓦斯涌出量Table 4 Gas emission of working face in III area

表5 掘进工作面瓦斯涌出量预测结果Table 5 Prediction results of gas emission in heading face

表7 矿井瓦斯涌出量预测结果Table 7 Prediction results of mine gas emission

表6 生产盘区瓦斯涌出量预测结果Table 6 Production panel gas emission prediction results

上孔煤业矿井Ⅲ一盘区3号煤层瓦斯含量为5.2 m3/t，产量为0.6 Mt/a时，矿井相对瓦斯涌出量为6.03 m3/t，矿井绝对瓦斯涌出量为9.62 m3/min。矿井瓦斯涌出量中，回采工作面瓦斯涌出量占42.74%，掘进工作面瓦斯涌出量占20.39%，采空区瓦斯涌出量占36.87%。回采工作面瓦斯涌出量中，本煤层瓦斯涌出量占88.81%，邻近层瓦斯涌出量占11.19%。

4 结 论

（1）鉴于上孔煤业3号煤层无可靠的瓦斯含量数据，且处于基建阶段没有条件对井下3号煤层瓦斯含量进行实测，因此参考同地质单元邻近矿井资料，确定出上孔煤业3号煤层埋深150 m以浅区域位于瓦斯风化带。3号煤层Ⅲ一盘区产量为0.6 Mt/a时，矿井相对瓦斯涌出量为6.03 m3/t，矿井绝对瓦斯涌出量为9.62 m3/min。

（2）上孔煤业3号煤层瓦斯涌出量预测的基础数据主要参考邻近矿井西冯街煤业瓦斯数据，因此矿井瓦斯涌出量预测结果与矿井今后实际情况可能会存在一定偏差。在矿井开拓后，应及时开展3号煤层瓦斯含量及瓦斯气体组分等测定工作，并根据测定结果，对3号煤瓦斯赋存规律进行研究，及时修正矿井瓦斯带分布及瓦斯涌出量预测结果。