趙黨偉 張百勝

（太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西省太原市，030024）

新建礦井煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)評(píng)估

趙黨偉 張百勝

（太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西省太原市，030024）

通過對(duì)桑峨礦井2#煤層突出危險(xiǎn)性預(yù)評(píng)估，闡述了新建礦井在煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)評(píng)估過程中評(píng)估方法的選取、地勘鉆孔瓦斯含量的篩選及修正、瓦斯分布規(guī)律的研究、瓦斯地質(zhì)圖的繪制等。

新建礦井 煤與瓦斯突出 危險(xiǎn)性預(yù)評(píng)估 瓦斯含量

新建礦井在礦井建設(shè)的可行性研究階段進(jìn)行突出危險(xiǎn)性評(píng)估是非常必要的工作。突出礦井和非突出礦井在采掘部署、巷道布置、采煤方法甚至通風(fēng)系統(tǒng)等涉及礦井全局性的問題上都有很大的不同?！斗乐蚊号c瓦斯突出規(guī)定》第九條規(guī)定：新建礦井在可行性研究階段應(yīng)當(dāng)對(duì)礦井內(nèi)采掘過程可能揭露的所有平均厚度在0.3 m以上的煤層進(jìn)行突出危險(xiǎn)性評(píng)估。評(píng)估結(jié)果作為礦井立項(xiàng)、初步設(shè)計(jì)和指導(dǎo)建井期間揭煤作業(yè)的依據(jù)。

1　礦井概況

山西霍州煤電集團(tuán)大地煤業(yè)公司桑峨礦井位于山西省西南部臨汾市吉縣境內(nèi)，為新建礦井。地理位置為南起王家河～灣里一線，北止毛家?guī)X～岔口村，東以杏虎山-拉拉溝一線為界，西至四十畝坪，東西長(zhǎng)11～13 km，南北寬7～9 km，面積103.26 km2。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力5 Mt/a，前期工作已經(jīng)完成，正在進(jìn)行可研、初步設(shè)計(jì)、安全專篇等編制工作。為了保障礦井在建井階段的安全生產(chǎn)，桑峨礦井需要對(duì)井田內(nèi)平均厚度在0.3 m以上的1#、2上#、2#、3#、5#、6#、7#、8#、9#、10#共計(jì)10層煤進(jìn)行突出危險(xiǎn)性評(píng)估。本文以2#煤層為例介紹突出預(yù)評(píng)估的方法。

2　突出預(yù)評(píng)估方法的選擇

新建礦井在可行性研究階段大都未開始建井施工，未揭露煤層，不能在井下進(jìn)行實(shí)測(cè)，缺少井下的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。目前主要利用地質(zhì)勘探鉆孔測(cè)定的煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)對(duì)新建礦井突出危險(xiǎn)性評(píng)估。由于地勘鉆孔取樣從數(shù)百米以至于超千米的地下提到地面，因此其測(cè)量結(jié)果偏小，應(yīng)對(duì)其測(cè)定值進(jìn)行修正。地勘瓦斯含量測(cè)值校正方法有兩種：一是該礦附近有其他生產(chǎn)礦井，可以在鄰近礦井進(jìn)行瓦斯參數(shù)的實(shí)測(cè)，經(jīng)過分析比對(duì)，對(duì)該礦地質(zhì)勘探鉆孔測(cè)定的煤層瓦斯參數(shù)進(jìn)行修正，最終確定該礦的瓦斯概況，繪制瓦斯地質(zhì)圖；另一種是該礦附近無生產(chǎn)礦井，采用經(jīng)驗(yàn)法，取修正系數(shù)。

桑峨礦井未開始施工，不具備井下實(shí)測(cè)條件，桑峨礦井南側(cè)有明珠煤礦，開采2#煤層。根據(jù)明珠煤礦地勘鉆孔數(shù)據(jù)，明珠煤礦2#煤層最大埋深970 m處瓦斯含量為7.4 ml/g，對(duì)比桑峨礦井2#煤層地勘鉆孔S1508，取樣深度868.63 m，瓦斯含量測(cè)值14.55 ml/g，以及地勘鉆孔S1305，取樣深度1026.55 m，瓦斯含量測(cè)值17.13 ml/g。因桑峨礦井地勘鉆孔測(cè)值遠(yuǎn)大于明珠礦最大瓦斯含量值，分析其原因是桑峨礦井煤層埋藏深，賦存瓦斯的含量梯度遠(yuǎn)比明珠礦大。綜上所述，桑峨礦井地勘鉆孔瓦斯含量測(cè)值修正采用經(jīng)驗(yàn)法，按照經(jīng)驗(yàn)取1.2～1.5修正系數(shù)。

3　地勘鉆孔瓦斯含量的篩選及修正

地勘鉆孔瓦斯含量可靠性評(píng)價(jià)原則如下：

（1）煤樣灰分不得大于40%，否則視為不合格；

（2）煤樣現(xiàn)場(chǎng)瓦斯解吸測(cè)定后必須密封裝罐，保證脫氣前不漏氣，否則視為不合格；

（3）同一鉆孔同一煤層有兩個(gè)或兩個(gè)以上的瓦斯含量測(cè)值，按最大瓦斯含量取值；

（4）位于或靠近斷層的含量測(cè)值只起控制斷層帶含量變化作用，不作為煤層瓦斯含量?jī)A向變化規(guī)律分析的依據(jù)；

（5）甲烷帶內(nèi)煤層瓦斯含量一般不小于2 ml/g。

按照上述原則從36組地勘數(shù)據(jù)中選擇出了21組作為有效值，并對(duì)其進(jìn)行修正。本次修正采用經(jīng)驗(yàn)法，按照經(jīng)驗(yàn)取1.2～1.5修正系數(shù)。在地勘鉆孔測(cè)定瓦斯含量過程中，埋深越深，煤樣從地下提到地面所需的時(shí)間越長(zhǎng)，所損失的瓦斯越多，修正系數(shù)越大。桑峨礦井的有效地勘鉆孔數(shù)據(jù)及修正結(jié)果見表1。

表1　桑峨礦井2#煤層有效地勘鉆孔數(shù)據(jù)及修正結(jié)果

4　瓦斯含量分布規(guī)律研究

煤層瓦斯含量受多種地質(zhì)因素的制約，諸如煤質(zhì)、埋藏深度、構(gòu)造、煤的物理化學(xué)性質(zhì)、煤層頂?shù)装鍘r性等。不同礦區(qū)的各種地質(zhì)因素施加影響的顯著性可能是不相同的。對(duì)某一個(gè)具體井田而言，在諸多地質(zhì)因素中總有一個(gè)主導(dǎo)因素控制瓦斯含量在全井田范圍內(nèi)變化的總體趨勢(shì)，其他地質(zhì)因素只能在局部范圍內(nèi)影響煤層瓦斯含量。

由于桑峨礦井總體為單斜構(gòu)造，斷層不發(fā)育，未發(fā)現(xiàn)陷落柱及巖漿巖侵入，構(gòu)造簡(jiǎn)單，且從地勘鉆孔瓦斯含量測(cè)值綜合分析來看，控制煤層瓦斯含量的主導(dǎo)因素是煤層埋藏深度。根據(jù)地勘報(bào)告中對(duì)區(qū)內(nèi)瓦斯地質(zhì)類型的分析來看，井田屬封閉瓦斯地質(zhì)類型，煤層氣風(fēng)化帶深度一般為±700 m。造成本井田瓦斯賦存規(guī)律的基本原因是隨著煤層埋藏深度增加，地層厚度增加，地應(yīng)力增高，煤巖層致密性增加，煤巖層的透氣性降低；煤的變質(zhì)程度加深，煤層吸附甲烷能力增強(qiáng)，從而有利于瓦斯的保存。從瓦斯生成條件看，各煤層厚度變化較小，煤層分岔尖滅現(xiàn)象少見，說明成煤環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定。桑峨礦井瓦斯含量與埋深的關(guān)系如圖1所示。

2#煤層瓦斯含量隨埋深增加遵循如下公式：

式中：y——煤層瓦斯含量，ml/g；

x——煤層埋深，m。

5　瓦斯地質(zhì)圖的繪制

礦井瓦斯地質(zhì)圖是礦井瓦斯地質(zhì)規(guī)律和瓦斯預(yù)測(cè)成果的直觀表達(dá)和高度概括。新建礦井瓦斯地質(zhì)資料缺乏，突出預(yù)評(píng)估報(bào)告應(yīng)包含標(biāo)有瓦斯含量等值線的瓦斯地質(zhì)圖。

圖1　2#煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系圖

Surfer軟件具有強(qiáng)大插值功能和繪制圖件能力。本文采用Suffer軟件的克里金插值法（建立在變異函數(shù)理論分析基礎(chǔ)上，對(duì)有限區(qū)域內(nèi)的區(qū)域化變量取值進(jìn)行無偏最優(yōu)估計(jì)的一種方法），結(jié)合瓦斯含量與埋深的關(guān)系繪制了2#煤層的瓦斯地質(zhì)圖。

6　桑峨礦井煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)評(píng)估

《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》第四十三條規(guī)定：在劃分突出危險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)煤層瓦斯壓力進(jìn)行預(yù)測(cè)。如果沒有或者缺少煤層瓦斯壓力資料，也可根據(jù)煤層瓦斯含量進(jìn)行預(yù)測(cè)。瓦斯含量預(yù)測(cè)臨界值為8 m3/t。

通過對(duì)地勘鉆孔中取出的煤樣進(jìn)行堅(jiān)固性系數(shù)和瓦斯放散初速度的測(cè)定，桑峨礦井2#煤層的最小堅(jiān)固性系數(shù)為0.32，說明2#煤層比較軟，抵擋煤與瓦斯突出的能力較弱，容易發(fā)生突出；最大瓦斯放散初速度為18 mm Hg，說明瓦斯放散速度很快，容易發(fā)生突出。根據(jù)這兩項(xiàng)指標(biāo)判定2#煤層具有突出危險(xiǎn)性。

結(jié)合煤層賦存、地質(zhì)條件、瓦斯含量、堅(jiān)固性系數(shù)、瓦斯放散初速度等因素，評(píng)估桑峨礦井2#煤層具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。

7　結(jié)論

（1）新建礦井煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)評(píng)估主要依靠地勘鉆孔瓦斯參數(shù)，并利用鄰近礦井的實(shí)測(cè)參數(shù)進(jìn)行修正，如無鄰近生產(chǎn)礦井，需以經(jīng)驗(yàn)值修正，埋深越深，修正值越大。

（2）地勘鉆孔的瓦斯含量數(shù)據(jù)要進(jìn)行篩選，煤樣灰分不得大于40%，甲烷帶內(nèi)煤層瓦斯含量一般不小于2 ml/g，同一鉆孔同一煤層有兩個(gè)或兩個(gè)以上的瓦斯含量測(cè)值，按最大瓦斯含量取值，靠近斷層的含量不作為煤層瓦斯含量?jī)A向變化規(guī)律分析的依據(jù)。

（3）桑峨礦井控制煤層瓦斯含量的主導(dǎo)因素是煤層埋藏深度。隨著煤層埋藏深度增加，地層厚度增加，地應(yīng)力增高，煤巖層致密性增加，煤巖層的透氣性降低。

（4）新建礦井瓦斯地質(zhì)資料缺乏，突出預(yù)評(píng)估報(bào)告應(yīng)包含標(biāo)有瓦斯含量等值線的瓦斯地質(zhì)圖。

（5）評(píng)估桑峨礦井2#煤層具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。

［1］ 俞啟香，程遠(yuǎn)平.礦井瓦斯防治 ［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2011

［2］ 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.防治煤與瓦斯突出規(guī)定［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2009

［3］ 張鄭軍，崔永國(guó)，曹家琳.基于未確知測(cè)度理論的煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性評(píng)估［J］.中國(guó)煤炭，2013（11）

［4］ 于不凡，王佑安.煤礦瓦斯災(zāi)害防治及利用技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2000

（責(zé)任編輯 張艷華）

Preliminary risk assessment of coal and gas outburst in newly-built mine

Zhao Dangwei，Zhang Baisheng
（College of Mining Engineering of Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi 030024，China）

Trough Preliminary risk assessment of coal and gas outburst of No.2 coal seam in the Sang'e Coal Mine，selection of assessment methods，selection and correction of gas content of geological exploration drilling，research of the gas distribution law and plotting the gas geological map were elaborated during the preliminary risk assessment of coal and gas outburst in newlybuilt mine.

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TD712

A

趙黨偉（1990-），男，漢族，山西忻州人，研究方向：礦山壓力。