对西山矿区瓦斯地质规律的分析

付君华，张志震

(西山煤电(集团)公司地质处，山西 太原 030053)

1 矿井瓦斯赋存规律

1．1 概 况

相对涌出量随开采深度增大而增大，以屯兰井田近期内开采的10个工作面回采地质说明书中的瓦斯相对涌出量数据与埋深数据做成相关图显示其瓦斯梯度为32m/(m3/t)，其统计误差为±5 m3/t，如屯兰井田的以煤层埋深Hi/32即可得到本层煤的瓦斯相对涌出量数据来。需要说明的是，这仅仅是本层煤层的瓦斯相对涌出量，而且未考虑到构造的影响，故而较粗，但也能反映出一个井田之内的瓦斯赋存的大趋势，如屯兰井田2#煤层的瓦斯相对涌出量自北东向南西呈递增规律，与埋深加大呈正相关。而杜儿坪井田瓦斯梯度平均为50 m/(m3/t)，但局部地段梯度变化较大，如北三采区62314面与北五采区62508面之间的瓦斯梯度为14 m/(m3/t)，其间瓦斯递变的明显。

据2007年《官地矿生产地质报告》各主采煤层瓦斯地质图分析显示出这样的规律：官地井田从6#煤到8#、9#煤层的钻孔瓦斯含量均呈现出自东向西随埋藏深度加大的趋势，3层煤钻孔瓦斯含量之最高值均位于井田最西部，分别为官15孔(6#煤25 m3/t)、官9孔(8#煤12 m3/t)和官4孔(9#煤8 m3/t)，自西向东排列于井田西部。

一般来说同一处地点埋藏越深的煤层其瓦斯压力、瓦斯含量与相对涌出量越高，如屯兰井田22110面与 28102面相对涌出量分别为 6．3 m3/t、15．0 m3/t;据2000年《杜儿坪矿生产地质报告》：杜儿坪井田各煤层的钻孔瓦斯含量分别为：2#煤3．76 mL/g·r，3#～9#煤5．77 ～6．71 mL/g·r(7#煤为最大值17．64 mL/g·r)。马兰井田2008年在南八采区(新的接替采区)施工的6个钻孔，各煤层瓦斯含量取诸孔的平均数据：02#煤 1．38 mL/g·r、2#煤1．36 mL/g·r、6#煤 1．40 mL/g· r、8#煤 1．43 mL/g·r、9#煤1．07mL/g·r;可见总体上是越往下的煤层受埋藏越深与瓦斯压力增大的影响，瓦斯含量越高。

1．2 构造控制对瓦斯赋存的影响

瓦斯赋存主要受向斜构造的控制，其次受压扭性断裂构造的控制。位于杜儿坪井田中部断层之北的石千峰向斜处，瓦斯含量居全井田为最高值，此处北五采区瓦斯含量为10～12 m3/t，其东面北三采区为7～8 m3/t。而向斜外围瓦斯含量则相对较低：该向斜之南面跨过中部断层的南八、南九与南三诸采区瓦斯含量区均在2～3 m3/t之间，南七采区较高也不过4～5 m3/t之间。该向斜北面的北四采区，瓦斯含量也低于向斜区内的值，为2～3 m3/t。从全井田构造方面分析，可大致总结出这样的规律：井田内瓦斯赋存受构造控制表现为，中部断层(应属压扭性断裂)以北的石千峰向斜区为最高值区，而中部断层至杜儿坪断层区间为瓦斯含量低值区。这主要是西山煤田受燕山期构造运动背景之影响，杜儿坪断层与随老母—赛庄断层间断块发生北东偏东走向的左型平移力偶作用，与此同时产生了北东偏北走向的次一级的张扭裂隙，即从赛庄至梅洞沟一线之东南为前山矿区地下水主要迳流带，是奥灰岩与其它含水层的相对富水区，也是前山矿区陷落柱发育最密集的地段，同时还是前山矿区典型的瓦斯逸散排放区。

褶曲构造的控制作用的表现例子还有：据马兰井田南八采区最新钻探瓦斯成果反映，位于马兰向斜西翼次一级向斜构造的钻孔瓦斯含量值明显高(为1．64～1．93 mL/g·r)、而其它地段值仅为 0．59 ～0．87 mL/g·r;另处位于屯兰河背斜轴倾伏部位的MB4孔瓦斯含量值也有异常高的特征，为1．87 mL/g·r。上述数据均为同一钻孔诸可采煤层按煤厚加权计算所得值。

1．3 开采顺序对瓦斯涌出量的影响

同一采区，在构造类型接近的前提条件下，先采区域的瓦斯绝对涌出量较后采区域的要高。如屯兰井田南二盘区下组煤由上自下进行解放式开采，据各面回采地质说明书上的瓦斯绝对涌出量依次为：18201 面37．4 m3/min、18203 面 32．8 m3/min、18205面27．4 m3/min，可见 18201面埋深最浅，较最深的18205相差达60 m，但因为最先采煤，其瓦斯绝对涌出量反而最大。

2 采面瓦斯涌出量之预测

1)采面瓦斯相对涌出量采后实际值与采前预测值之比较：以屯兰井田12311面2007年9月—2008年9月的瓦斯涌出量累计数，包括抽放量与风排量1 830．24 万 m3，除以该面累计产量 54．35 万 t，这样就得出采面采后鉴定瓦斯相对涌出量采后实际值33．67 m3/t，而采前预测值仅为 13．4 m3/t，二者比值为2．51(用同样方法，得出12211采面采后鉴定瓦斯相对涌出量采后实际值19．15 m)。12311采面采后鉴定瓦斯相对涌出量实际值Q采33．67 m3/t与面内442煤田孔2#煤层瓦斯含量值Q钻7．12 m3/t相比为4．7倍。具体分析本面的煤岩层综合柱状图，开采层2#煤平均厚度为3．1 m，而邻近的煤层包括开采层之上的02#与03#煤以及之下的3#与4#煤总计厚度2．9 m。这样开采层与邻近层厚度总计为6．0 m，是2#煤厚度的1．94倍，即作为采煤瓦斯来源煤层影响系数K1。将开采层采面瓦斯相对涌出量与采区内煤田钻孔同煤层瓦斯含量值的比值作为K2，据统计计算其值一般为2左右(该项系数不考虑邻近煤层与构造的影响)。由于本面处于古交断层西端尖灭处，为马兰向斜东翼一次级向斜部位，故构造影响系数K3确定为1．2，据公式：

可以求出，Q采预=33．15 m3/t，与前面交待的采后鉴定瓦斯相对涌出量实际值Q采33．67 m3/t相比较，其预测精度为98．5%。得出结论：据采区内煤田钻孔同煤层瓦斯含量值结合公式(1)对采面生产中瓦斯相对涌出量Q采进行预测是完全可行和有效的。

瓦斯相对涌出量与绝对涌出量变化曲线图见图1，瓦斯涌出量构成及变化曲线图见图2。

2)利用瓦斯赋存规律对采面瓦斯相对涌出量进行预测。在没有内钻孔瓦斯含量数据供参考时，可利用煤科院重庆分院2007年底提交的《西山矿区瓦斯赋存状况及规律研究》对采面瓦斯相对涌出量进行预测。该报告将官地矿、杜儿坪矿、马兰矿与屯兰矿4个高瓦斯井田归为一类，建立了瓦斯赋存数学模型。如2#煤瓦斯含量W与埋藏深度H的关系式：

8#煤瓦斯含量W与埋藏深度H的关系式：

式中：

K—地质构造影响系数。

上述公式是经过对4个井田内14个2#煤瓦斯含量数据与10个8#煤瓦斯含量数据与相应的埋藏深度分别拟合而建立的。瓦斯含量数据是通过间接法在同一测定地点，选用瓦斯压力测定最大值为测定结果，结合实验室对煤样的工业分析及吸附常数确定的。并用实际测定结果对地质勘探孔所测的瓦斯含量进行修正，以实测及修正后的地勘钻孔瓦斯成果来分析瓦斯含量与相应的埋深的数学关系。

现就屯兰井田12311面的情况，利用式(2)预测采面瓦斯相对涌出量。将H=552、K=1．2代入该式中，得到瓦斯含量预测值W=7．38;再令Q钻=7．38，代入式(1)，其它参数取值同前，由此可以求出Q采预=34．36 m3/t，与前面交待的采后鉴定瓦斯相对涌出量实际值 Q采33．67 m3/t相比较，其预测精度为102%。预测效果显著。

同理，对12211 面预测，令 K=1．1、H=500，代入式(2)得出，W=5．98 m3/t;再令 K1=1．42、K2=2、K3=1．1、Q钻=5．98 代入 式 (1)，得出 Q采预=16．9 m3/t，与12211采面采后鉴定瓦斯相对涌出量采后实际值19．15 m3/t相比较，其预测精度为97．5%，预测效果同样显著。

3)采面采后鉴定瓦斯涌出量之涌出方式。据屯兰12311与12211两个综采工作面采后总结的数据看，瓦斯抽放率在48．3% ～49．5%，瓦斯风排率在51．7% ～50．5%。抽放总量中由尾巷布置的对邻近层冒落裂隙带抽出部分占66．2%、由胶带顺槽布置的对开采层结合邻近层冒落裂隙带抽出部分占33．8%。

4)利用采面瓦斯相对涌出量结合每月平均日产量，计算采面瓦斯绝对涌出量：

经屯兰矿12311与12211两个综采工作面诸月平均瓦斯绝对涌出量实际值，约64%的值在采面诸月瓦斯绝对涌出量预测值范围内，大部分的值在采面预测值1．5倍内范围，但试采与收尾阶段由于产量很小，而抽放照常进行，预测值与实际值很不一致，但不会超过正常产量时计算出的瓦斯绝对涌出量预测值。

3 结束语

结合矿区与井田勘探、生产各个阶段的瓦斯地质资料与《瓦斯地质学》一般规律，在分析研究的基础上，总结出井田与采区的瓦斯赋存的具体规律，可以对采煤工作面瓦斯涌出量进行分析与预测。尤其是要注意对科研成果的充分利用，使之与生产中积累的数据有机结合，注意区别影响因素的主次，重视井田与采区地质构造对瓦斯赋存与涌出的控制作用，编制与完善瓦斯地质图、不断完善与丰富有关公式与规律，有利于对瓦斯的科学预测与防治。

［1］ 张子敏．瓦斯地质学［M］．徐州：中国矿业大学出版社，2009：241－242，252 －258．