李健

（晉能控股集團(tuán)陽城晉圣上孔煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048006）

1 概 況

上孔煤業(yè)有限公司位于陽城縣城60°方向直距約5 km處，行政隸屬陽城縣鳳城鎮(zhèn)、潤城鎮(zhèn)及町店鎮(zhèn)管轄。井田東西寬5.5 km，南北長3.5 km，面積為11.598 8 km2。上孔煤業(yè)為兼并重組煤礦，目前礦井僅剩余井田中部（原柏溝煤業(yè)井筒和工業(yè)場地保護(hù)煤柱區(qū)）為實(shí)體煤資源賦存于山西組的下部，屬3號煤層，煤層厚4.55～5.32 m，平均5.08 m，夾矸0～2層，結(jié)構(gòu)簡單—較簡單，頂板為細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖底板為砂質(zhì)泥巖，該區(qū)域煤層賦存穩(wěn)定。礦井3號煤層采用長壁綜采放頂煤采煤方法全部垮落法管理頂板，布置1個綜放工作面、2個綜掘工作面，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力0.6 Mt/a。

上孔煤業(yè)兼并重組之前沒有3號煤層瓦斯含量井下測定數(shù)據(jù)，僅有整合后該礦補(bǔ)充地質(zhì)勘查的瓦斯含量數(shù)據(jù)，目前處于基建階段也沒有條件對井下3號煤層瓦斯含量進(jìn)行實(shí)測。因此，為保證生產(chǎn)安全，需對該礦3號煤層瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測。

2 3號煤層瓦斯數(shù)據(jù)分析

2.1 地勘資料分析

首先以上孔煤業(yè)礦井3號煤層地勘資料為依據(jù)進(jìn)行分析。根據(jù)山西省第三地質(zhì)工程勘察院2019年10月編寫的《山西晉煤集團(tuán)陽城晉圣上孔煤業(yè)有限公司3號煤層補(bǔ)充勘探地質(zhì)報(bào)告》，3號煤層補(bǔ)勘鉆孔瓦斯含量與成分測定結(jié)果見表1。

表1 3號煤層補(bǔ)勘鉆孔瓦斯含量與成分測定結(jié)果Table 1 Gas content and composition determination results of No.3 coal seam supplementary exploration borehole

根據(jù)補(bǔ)勘鉆孔煤樣測得的水分和灰分，將可燃基瓦斯含量值換算成原煤瓦斯含量，3號煤層補(bǔ)勘鉆孔瓦斯含量轉(zhuǎn)換結(jié)果見表2。

表2 3號煤層補(bǔ)勘鉆孔瓦斯含量轉(zhuǎn)換結(jié)果統(tǒng)計(jì)Table 2 Conversion results statistics of gas content in drilling hole of No.3 coal seam

由以上數(shù)據(jù)可以看出，補(bǔ)勘測得3號煤層最大原煤瓦斯含量僅為1.0 m3/t。然而，鄰近礦井西馮街煤業(yè)同為3號煤層的井下實(shí)測殘存瓦斯含量為3.17 m3/t，由此可見，上孔煤業(yè)補(bǔ)勘鉆孔測得的3號煤層原煤瓦斯含量數(shù)據(jù)不可靠，不能作為該礦開采3號煤層礦井瓦斯涌出量預(yù)測的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

經(jīng)過分析研究，決定調(diào)研收集鄰近礦井3號煤層瓦斯含量及氣樣分析測定數(shù)據(jù)，以此為依據(jù)進(jìn)行上孔煤業(yè)3號煤層瓦斯涌出量預(yù)測。

2.2 西馮街煤業(yè)3號煤層瓦斯賦存規(guī)律

如上所述，由于上孔煤業(yè)無可用的3號煤層瓦斯含量數(shù)據(jù)，而上孔煤業(yè)與西馮街煤業(yè)、潤東煤業(yè)屬于同一地質(zhì)單元，3礦中只有西馮街煤業(yè)屬于生產(chǎn)礦井，有井下實(shí)測的3號煤層瓦斯含量數(shù)據(jù)，因此，可以利用西馮街煤業(yè)的井下實(shí)測瓦斯含量數(shù)據(jù)來分析同一瓦斯地質(zhì)單元的賦存規(guī)律，從而計(jì)算得出上孔煤業(yè)的瓦斯含量。

根據(jù)山西太行礦業(yè)工程技術(shù)有限公司2017年4月編制的《山西陽城陽泰集團(tuán)西馮街煤業(yè)有限公司煤礦生產(chǎn)地質(zhì)報(bào)告》，該礦井下實(shí)測3號煤瓦斯含量數(shù)據(jù)見表3。

表3 西馮街煤業(yè)3號煤層井下實(shí)測瓦斯含量Table 3 The measured gas content in No.3 coal seam of Xifeng Street Coal Industry

對表3中西馮街煤業(yè)井下實(shí)測瓦斯含量與煤層埋藏深度進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果如圖1所示（該圖僅用于此次瓦斯涌出量預(yù)測）。

由圖1煤層瓦斯含量與煤層埋深的關(guān)系可知，瓦斯含量具有隨煤層埋深的增加而增大的趨勢。根據(jù)模型預(yù)測，煤層埋深每增加100 m，相對應(yīng)瓦斯含量增加2.78 m3/t。

圖1 煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系Fig.1 Relationship between coal seam gas content and buried depth

2.3 上孔煤業(yè)3號煤層瓦斯含量計(jì)算

根據(jù)上孔煤業(yè)3號煤層底板等高線圖及井上下對照圖，Ⅲ一盤區(qū)3號煤層埋深為90～150 m。根據(jù)西馮街煤業(yè)3號煤層瓦斯賦存規(guī)律計(jì)算，得到該地質(zhì)單元埋深150 m對應(yīng)的瓦斯含量為5.2 m3/t?？紤]到上孔煤業(yè)3號煤層埋深150 m以淺區(qū)域處于瓦斯風(fēng)化帶，瓦斯排放程度較高，因此，以5.2 m3/t作為上孔煤業(yè)3號煤層Ⅲ一盤區(qū)的最大瓦斯含量較為可靠，可以用于此次瓦斯涌出量預(yù)測。

3 礦井瓦斯涌出量預(yù)測

3.1 涌出量預(yù)測基本條件及主要參數(shù)確定

根據(jù)上孔煤業(yè)的開拓開采設(shè)計(jì)，3號煤層僅布置一個Ⅲ一盤區(qū)進(jìn)行生產(chǎn)，因此對Ⅲ一盤區(qū)生產(chǎn)過程中的瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測。

上孔煤業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為0.6 Mt/a，礦井平均日產(chǎn)量為2 297 t，開采煤層為3號煤層，礦井布置1個綜放工作面，2個綜掘工作面，全礦井采掘比為1∶2，采用綜采放頂煤采煤方法，割煤采出率為95%，放煤采出率為83%。

根據(jù)礦井開拓規(guī)劃以及Ⅲ一盤區(qū)煤層瓦斯賦存范圍，預(yù)測礦井Ⅲ一盤區(qū)的最大瓦斯含量為5.2 m3/t。殘存瓦斯含量的取值參照鄰近礦井西馮街煤業(yè)，西馮街煤業(yè)3號煤層殘存瓦斯含量為3.17m3/t。

3.2 涌出量預(yù)測

目前國內(nèi)現(xiàn)行的用于礦井瓦斯涌出預(yù)測的標(biāo)準(zhǔn)為《礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法》（AQ1018-2006），但該標(biāo)準(zhǔn)不適用于放頂煤開采的工作面。2019年12月30日國家能源局第8號文批準(zhǔn)發(fā)布了《綜合機(jī)械化放頂煤工作面瓦斯涌出量預(yù)測方法》（NB/T 10364-2019）標(biāo)準(zhǔn)。因此，此次回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測依據(jù)《綜合機(jī)械化放頂煤工作面瓦斯涌出量預(yù)測方法》（NB/T 10364-2019）進(jìn)行預(yù)測；掘進(jìn)工作面、采區(qū)及礦井的瓦斯涌出量預(yù)測依據(jù)《礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法》（AQ1018-2006）進(jìn)行預(yù)測。礦井瓦斯涌出構(gòu)成關(guān)系如圖2所示。

圖2 礦井瓦斯涌出量構(gòu)成關(guān)系Fig.2 Composition relationship of mine gas emission

Ⅲ一盤區(qū)回采工作面瓦斯涌出量、掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量、生產(chǎn)盤區(qū)瓦斯涌出量以及礦井瓦斯涌出量的結(jié)果分別見表4～表7。

表4 Ⅲ一盤區(qū)回采工作面瓦斯涌出量Table 4 Gas emission of working face in III area

表5 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果Table 5 Prediction results of gas emission in heading face

表7 礦井瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果Table 7 Prediction results of mine gas emission

表6 生產(chǎn)盤區(qū)瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果Table 6 Production panel gas emission prediction results

上孔煤業(yè)礦井Ⅲ一盤區(qū)3號煤層瓦斯含量為5.2 m3/t，產(chǎn)量為0.6 Mt/a時，礦井相對瓦斯涌出量為6.03 m3/t，礦井絕對瓦斯涌出量為9.62 m3/min。礦井瓦斯涌出量中，回采工作面瓦斯涌出量占42.74%，掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量占20.39%，采空區(qū)瓦斯涌出量占36.87%?；夭晒ぷ髅嫱咚褂砍隽恐?，本煤層瓦斯涌出量占88.81%，鄰近層瓦斯涌出量占11.19%。

4 結(jié) 論

（1）鑒于上孔煤業(yè)3號煤層無可靠的瓦斯含量數(shù)據(jù)，且處于基建階段沒有條件對井下3號煤層瓦斯含量進(jìn)行實(shí)測，因此參考同地質(zhì)單元鄰近礦井資料，確定出上孔煤業(yè)3號煤層埋深150 m以淺區(qū)域位于瓦斯風(fēng)化帶。3號煤層Ⅲ一盤區(qū)產(chǎn)量為0.6 Mt/a時，礦井相對瓦斯涌出量為6.03 m3/t，礦井絕對瓦斯涌出量為9.62 m3/min。

（2）上孔煤業(yè)3號煤層瓦斯涌出量預(yù)測的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要參考鄰近礦井西馮街煤業(yè)瓦斯數(shù)據(jù)，因此礦井瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果與礦井今后實(shí)際情況可能會存在一定偏差。在礦井開拓后，應(yīng)及時開展3號煤層瓦斯含量及瓦斯氣體組分等測定工作，并根據(jù)測定結(jié)果，對3號煤瓦斯賦存規(guī)律進(jìn)行研究，及時修正礦井瓦斯帶分布及瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果。