呂振繪

（西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司 屯蘭礦，山西 古交 030200）

屯蘭礦隸屬于西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司，位于太原地區(qū)古交市西南。屯蘭礦主要可采煤層為2#煤層、8#煤層和9#煤層。2#煤層埋深72m以淺為風(fēng)氧化帶區(qū)，煤層埋深在200～400m，氮?dú)庠?.7% ～13.24%，二氧化碳在0.01% ～0.86%，甲烷在86.68%～97.84%，但均處于風(fēng)氧化帶以下。2#煤層位于山西組中上部，上距03#煤層6.90m左右，下距4#煤層9.09m左右。煤層厚1.47 ～5.22m，平均3.28m，井田東部和西部厚度小，中部厚度大，435#孔一帶厚度最大，一般含1～3層夾矸，局部不含夾矸，煤層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，為全井田可采的穩(wěn)定煤層。頂板以砂質(zhì)泥巖和泥巖為主，次為細(xì)粒砂巖和炭質(zhì)泥巖，底板以炭質(zhì)泥巖為主，次為砂質(zhì)泥巖。

1 礦井瓦斯地質(zhì)規(guī)律分析

2#煤層瓦斯的賦存特征主要是受以下地質(zhì)因素控制：煤層埋藏深度及上覆基巖厚度，頂、底板巖性，水文地質(zhì)條件。煤層瓦斯含量沿傾向分布規(guī)律常用瓦斯含量與上覆基巖厚度之間關(guān)系表示。覆蓋層厚度的大小往往直接影響成煤過(guò)程中產(chǎn)生的瓦斯在煤層中保存條件的好壞。研究成果表明：覆蓋層厚度越大，煤層瓦斯含量越高，線性關(guān)系能較好描述兩者，能夠客觀揭示煤層瓦斯含量沿傾向的分布規(guī)律。2#煤層的頂板巖性基本為泥巖和炭質(zhì)泥巖，封閉性較好，對(duì)煤層中瓦斯起封閉作用，圍巖的透氣性對(duì)煤層瓦斯含量有著重要的影響。由本區(qū)水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析可知，瓦斯含量在地下水徑流作用較強(qiáng)的地方相對(duì)較大。但不同埋藏深度煤層，與地下水之間聯(lián)系不同，受地下水影響也不同。

2 2#煤層瓦斯含量分布及預(yù)測(cè)

影響2#煤層瓦斯含量的不同因素及其相關(guān)關(guān)系見(jiàn)表1.通過(guò)表1分析可知，2#煤層瓦斯含量受埋藏深度、上覆基巖厚度影響較大，其相關(guān)系數(shù)都大于0.8，而頂板20m內(nèi)泥巖厚度、底板標(biāo)高對(duì)瓦斯含量的影響較小，說(shuō)明影響2#煤層瓦斯含量分布的重要因素是煤層埋藏深度、上覆基巖的厚度。

表1 影響因素與2#煤層瓦斯含量相關(guān)關(guān)系表

本文預(yù)測(cè)瓦斯含量，主要是通過(guò)利用含量與埋藏深度之間的回歸關(guān)系。

由表1分析可知，影響屯蘭礦2#煤層瓦斯含量的主要因素是煤層埋藏深度。2#煤層瓦斯含量與煤層埋藏深度回歸方程：

其中：煤層埋藏深度為x（m）；瓦斯含量為y（daf，m3／t）；相關(guān)回歸系數(shù)為R.

由方程（1）得出不同位置處的瓦斯含量趨勢(shì)值見(jiàn)表2.

表2 不同位置處的瓦斯含量趨勢(shì)值

劃分瓦斯風(fēng)化帶的下界的指標(biāo)值取瓦斯含量2 m3／t·daf，2.7m3／t·daf／100m為瓦斯含量梯度，2#煤層的瓦斯風(fēng)化帶下界可取72m.2#煤層瓦斯含量的大體趨勢(shì)是由礦井的東北向西南方向，含量逐漸增加。

3 2#煤層瓦斯涌出量預(yù)測(cè)

3.1 分源預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)

分源預(yù)測(cè)法：基于煤層賦存條件和開(kāi)采技術(shù)條件，根據(jù)瓦斯涌出源的瓦斯涌出規(guī)律并結(jié)合煤層瓦斯含量和礦井瓦斯涌出的源匯關(guān)系，最后計(jì)算工作面瓦斯涌出量，獲得采區(qū)和礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果。其計(jì)算公式如下：

1）開(kāi)采煤層（包括圍巖）瓦斯涌出量。

相對(duì)瓦斯涌出量q1由式（3）確定：

式中：煤層厚度為m0（m），2#煤層平均厚度m0=3.28m，煤層采高為m1（m），開(kāi)采煤層（包括圍巖）相對(duì)瓦斯涌出量為q1（m3／t），工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)為k2取工作面回采率的倒數(shù)，屯蘭礦2#煤層工作面k2取1.05，煤層瓦斯含量為X0（m3／t），圍巖瓦斯涌出系數(shù)為k1，取1.2，兩巷掘進(jìn)預(yù)排瓦斯對(duì)工作面煤體瓦斯涌出影響系數(shù)為k3，根據(jù)回采方法的不同k3的取值也不同，其中采用長(zhǎng)壁后退式回采時(shí)，k3由式（4）確定：

其中：工作面長(zhǎng)度為L(zhǎng)（m），巷道瓦斯預(yù)排等值寬度為h（m）.

2）鄰近層瓦斯涌出量。

鄰近層瓦斯涌出量q2由式（5）確定：

其中：鄰近層瓦斯涌出量q2（m3／t）；第i鄰近層殘存瓦斯含量為Xli（m3／t）；第i個(gè)鄰近層厚度mi（m）；開(kāi)采層的開(kāi)采厚度ml（m）；第i鄰近層原始瓦斯含量Xoi（m3／t）；取決于層間距離的第i鄰近層瓦斯排放率為ki.

3）煤壁瓦斯涌出量。

煤壁瓦斯涌出量q3由式（6）確定：

其中：煤壁瓦斯涌出量為q3（m3／t）；煤壁暴露面數(shù)為n其中單巷送道n取2；煤層厚度m（m）；掘進(jìn)平均速度為v（m／min）；巷道長(zhǎng)度為L(zhǎng)（m）；煤壁瓦斯涌出初速度為Q0（m3／m2·min），按式（7）計(jì)算：

4.2 2#煤層分源法瓦斯預(yù)測(cè)

由于2#煤層上距1#煤層3.78m，距03#煤層6.73 m，距02#煤層8.06m。下距3#煤層0.71m，距4#煤層7.83m，距5#煤層13.07m，距6#煤層34.95m，距7#煤層58.53m，距8#煤層76.1m，除8#煤層外，其余煤層均不穩(wěn)定，進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，鄰近層只考慮來(lái)自8#煤層的瓦斯涌出。預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3.

表3 2#煤層分源法瓦斯預(yù)測(cè)結(jié)果表

屯蘭礦北翼與南翼煤層瓦斯含量相差較大，采用分源預(yù)測(cè)法對(duì)整個(gè)礦井進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，北盤(pán)區(qū)與南盤(pán)區(qū)誤差較大，因此，在對(duì)2#煤層分源預(yù)測(cè)結(jié)果基礎(chǔ)上，分別在北盤(pán)區(qū)和南盤(pán)區(qū)已采工作面瓦斯相對(duì)涌出量進(jìn)行比較，比較結(jié)果見(jiàn)表4.

表4 南、北盤(pán)區(qū)已采工作面瓦斯相對(duì)涌出量比較表

根據(jù)表4，北一盤(pán)區(qū)煤層平均產(chǎn)量3067t／d，平均相對(duì)瓦斯涌出量為7.79m3／t，采用分源預(yù)測(cè)法在此產(chǎn)量下相對(duì)瓦斯涌出量為13.86m3／t，因此，對(duì)北一盤(pán)區(qū)同樣埋深進(jìn)行相對(duì)瓦斯涌出量預(yù)測(cè)時(shí)，需要乘以修正系數(shù)0.562.

根據(jù)表4，南二盤(pán)區(qū)煤層平均產(chǎn)量4507t／d，在采取瓦斯抽放措施下平均相對(duì)瓦斯涌出量為8.27 m3／t，采用分源預(yù)測(cè)法在此產(chǎn)量下瓦斯相對(duì)涌出量為35.50m3／t，若不采取瓦斯抽放措施，預(yù)測(cè)瓦斯相對(duì)涌出量與實(shí)際差別不大，幾乎不再需要修正。

根據(jù)表4，南三盤(pán)區(qū)煤層平均產(chǎn)量2142t／d，平均相對(duì)瓦斯涌出量為21.50m3／t，采用分源預(yù)測(cè)法在此產(chǎn)量下相對(duì)瓦斯涌出量為20.06m3／t，預(yù)測(cè)結(jié)果較準(zhǔn)確，因此，對(duì)南三盤(pán)區(qū)，不必再進(jìn)行修正。南四盤(pán)區(qū)瓦斯含量與南三盤(pán)區(qū)相差無(wú)幾，可以以此方法進(jìn)行瓦斯涌出量預(yù)測(cè)。

南五、南六盤(pán)區(qū)埋藏深度比南三埋藏深度深，平均產(chǎn)量按2142t／d計(jì)算時(shí)，采用分源預(yù)測(cè)法在此產(chǎn)量下相對(duì)瓦斯涌出量為20.06m3／t，但該區(qū)瓦斯含量明顯增加，因此，應(yīng)根據(jù)預(yù)測(cè)的瓦斯含量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

目前，屯蘭礦2#煤層在北一盤(pán)區(qū)、南二盤(pán)區(qū)和南三盤(pán)區(qū)，平均產(chǎn)量分別在3067t／d，4507t／d和2142t／d，而3個(gè)盤(pán)區(qū)工作面煤層埋深相對(duì)淺，因此，對(duì)深部預(yù)測(cè)時(shí)，主要根據(jù)南三盤(pán)區(qū)預(yù)測(cè)公式進(jìn)行，即煤層埋深在150m 時(shí)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為15m·min-1，在埋深300m時(shí)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為30m3·min-1，在埋深為450m時(shí)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為45m·min-1.

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)屯蘭礦礦井瓦斯地質(zhì)規(guī)律分析，煤層瓦斯的賦存特征主要受煤層埋藏深度及上覆基巖厚度，頂、底板巖性，水文地質(zhì)條件等地質(zhì)因素控制。根據(jù)2#煤層瓦斯含量與主要因素的回歸關(guān)系方程，確定了煤層埋藏深度是影響屯蘭礦2#煤層瓦斯含量的主要因素。最后應(yīng)用分源預(yù)測(cè)法對(duì)屯蘭礦各個(gè)盤(pán)區(qū)的2#煤層進(jìn)行了瓦斯涌出量預(yù)測(cè)。

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