鹤煤六矿二1煤层瓦斯含量影响因素综合分析

张冠军

(河南煤业化工集团鹤煤公司六矿， 河南鹤壁市 458000)

鹤煤六矿二1煤层瓦斯含量影响因素综合分析

张冠军

(河南煤业化工集团鹤煤公司六矿， 河南鹤壁市 458000)

为了研究鹤煤六矿二1煤层的瓦斯赋存规律，找出影响瓦斯含量分布的主控因素，在瓦斯含量实测资料的基础上，进行了统计分析，结果表明:煤层基岩厚度(埋藏深度)和煤层顶板30 m内砂岩比是影响瓦斯含量的主要因素，其次是煤层厚度，煤质(水分)、煤的变质程度(挥发分)对瓦斯含量的影响较小。研究结果对于鹤煤六矿准确确定煤层瓦斯含量、预防各种瓦斯事故具有重要意义。

瓦斯含量;影响因素;基岩厚度;砂岩比;煤层厚度

0 引言

煤层瓦斯含量是计算瓦斯涌出量的基础，也是预测煤与瓦斯突出的重要参数之一。《防治煤与瓦斯突出规定》第四十三条规定:在没有或者缺少煤层瓦斯压力资料时，也可根据煤层瓦斯含量值(临界值为8 m3/t)进行煤与瓦斯突出区域预测。因此，研究鹤煤六矿二1煤层瓦斯赋存和分布规律，研究影响瓦斯赋存的主控因素，准确确定煤层瓦斯含量对于六矿实施科学的矿井瓦斯管理、预防各种瓦斯事故具有重要意义。

研究和开发实践表明，瓦斯的赋存与分布在一定范围内，具有一定的分布规律性。目前，在生产实际过程中，建立瓦斯含量与煤层埋深的定量关系，利用直接梯度法和间接梯度法成为预测深部瓦斯含量的主要方法。这种方法虽然简单、实用，但由于地质构造和盖层岩性等条件的变化往往造成瓦斯含量梯度的显著差异，仅考虑埋深的单因素瓦斯含量预测方法具有严重的应用局限性。

1 煤层基岩厚度对瓦斯赋存的影响

煤层基岩厚度为煤层埋藏深度减去第四系地层沉积厚度。第四系地层主要为黄土层，一般分布于地表，胶结性不好，孔隙度大，连通性好，容易释放瓦斯。由于第四系松散沉积物易于搬运，厚度变化较大，则造成煤层上覆地层垂向上变化较大。在第四纪松散沉积厚度较小、垂向差异不大的矿井，上覆基岩厚度和埋藏深度对瓦斯的影响基本上相当。就煤层瓦斯自然流场的纵、横向上的运移而言，以沿煤层的横向运移为主导;由于煤与围岩性质的差别，垂直煤层层面及其它方向的纵向运移往往是微弱的。一般来讲，随着煤层上覆基岩厚度的增大，煤层承受的静压力增大，不仅使瓦斯的纵向和横向运移条件变差，而且使煤对瓦斯的吸附能力增强，赋存条件变好。但若上覆基岩厚度较小，且与地表有连通的断层和裂隙，造成煤层瓦斯与大气的相互交换，瓦斯的纵向和横向运移又是明显的。所以，煤层上覆基岩厚度或煤层埋藏深度的变化，往往是影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素。

表1列出了井田内选取的29个瓦斯含量点的基岩厚度值。依据表1绘制了瓦斯含量与基岩厚度相关关系图，见图1。

图1 鹤煤六矿二1煤层基岩厚度与瓦斯含量相关关系

从图1可以看出，煤层基岩厚度与瓦斯含量的相关系数为0.46，相关性一般，仍需要结合其它影响因素，采用某种建模方法，建立多变量的瓦斯含量预测模型。

2 煤层顶板岩性和砂岩比对瓦斯赋存的影响

煤层顶板岩性是指与研究煤层直接接触的伪顶或直接顶岩性。一般煤层顶板为砂质泥岩、泥岩类或致密灰岩时有利于瓦斯的保存，顶板岩层的岩性越疏松、颗粒及孔隙越大，则越利于瓦斯的运移和逸散。顶板砂岩比是间接反映煤层围岩透气性的一项瓦斯地质指标，是指煤层顶板一定厚度层段内砂岩厚度与统计厚度的比值。砂岩比为0～1，砂岩比越大，反映统计层段内砂质岩层厚度大，不利于瓦斯的保存。鹤煤六矿二1煤层老顶为大占砂岩(S10)，直接顶板大多灰黑色泥岩或砂质泥岩，不利于瓦斯逸散。

表1 鹤煤六矿二1煤层基岩厚度瓦斯含量数据

表2列出了井田内选取的29个瓦斯含量点的顶板砂岩比数据(10，20，30 m范围内)。依据表2绘制了瓦斯含量与不同厚度范围内砂岩比相关关系图，分别见图2、图3和图4。

图2 煤层顶板10 m范围内砂岩比与瓦斯含量相关关系

图3 煤层顶板20 m范围内砂岩比与瓦斯含量相关关系

由图可知，瓦斯含量与顶板10，20，30 m范围内砂岩比均呈负相关关系，即砂岩比越大，煤层瓦斯含量越高;从相关性系数可知，鹤煤六矿二1煤层瓦斯含量与顶板30 m范围内砂岩比的相关性相对较好。

表2 鹤煤六矿二1煤层不同范围内砂岩比与瓦斯含量

图4 煤层顶板30 m范围内砂岩比与瓦斯含量相关关系

3 煤层厚度对瓦斯赋存的影响

煤层厚度是影响瓦斯含量的重要因素。在同等条件下，煤层厚度越大，稳定性越好，瓦斯生成量就越多，瓦斯含量相对就越大。

鹤煤六矿二1煤层煤厚 0.72～17.51 m，平均7.48 m。煤厚横向上具有北厚南薄的趋势，北翼煤厚为3.45～17.51 m，一般厚度为 8 ～10 m，煤厚较大，但变化亦大。而南翼煤厚为4.64～11.48 m，一般厚度为6～8 m，煤层厚度较北翼小，但煤厚变化亦小。另外，自西向东煤厚呈递增的趋势。因此，二1煤层厚度在平面上总体反映出由北东向南西呈递减的趋势。垂向上煤厚具有浅部薄(南翼浅部90%以上煤厚点为5～7 m，北翼浅部93%的煤厚点为6～12 m)，而深部煤层较厚(8～14 m)的特点。

依据前面的方法，绘制了瓦斯含量与不同煤层厚度范围的相关关系图，如图5所示。可知，煤层厚度与瓦斯含量的相关系数为0.12，相关性一般，在结合其他影响因素条件下，可把煤层厚度作为一个影响煤层瓦斯含量的因素。

图5 煤层厚度与瓦斯含量相关关系

4 煤层水分对瓦斯赋存的影响

煤层是瓦斯生成和储集的场所，也是瓦斯涌出和突出的物质基础。煤层水分、灰份变化对瓦斯的赋存有一定的影响。依据同样的方法绘制了瓦斯含量与煤层水分相关关系图，见图6所示。

图6 煤层水分与瓦斯含量相关关系

从图6可以看出，鹤煤六矿二1煤层瓦斯含量与水分成负相关关系，即水分含量越大，瓦斯含量越低，但相关系数仅为0.04，相关性很差，说明水分是影响瓦斯赋存的次要因素。

5 煤层挥发分对瓦斯赋存的影响

煤是天然的吸附体，煤的煤化程度越高，其存贮瓦斯的能力就越强。随煤的变质程度的增强，产生的瓦斯量也越多，相对来说，瓦斯含量也越大。

据区域资料，鹤壁煤田二1煤层北东段深部为一瘦煤区，浅部生产区及南段为贫瘦煤～无烟煤区，并呈带状分布，变质程度总体呈西南高北东低的渐变趋势。经分析，鹤壁煤田西、南、北三面均有明显的燕山期中酸性侵入岩，岩浆热必然引起低温梯度的增高与变化，形成现今由西南向东北煤变质程度逐渐降低的格局。所以，本矿范围内煤变质应是深成变质和区域岩浆热变质综合作用的结果。

依据同样的方法，绘制了瓦斯含量与煤层水分相关关系图，见图7。

图7 煤层挥发分与瓦斯含量相关关系

从图7可以看出，鹤煤六矿二1煤层瓦斯含量与原煤挥发分成负相关关系，即挥发分越大，瓦斯含量越低，但相关系数仅为0.08，相关性很差，说明煤的变质程度是影响瓦斯赋存的次要因素。

6 结论

(1)对影响鹤煤六矿二1煤层瓦斯含量的诸因素进行了统计分析，结果表明:煤层基岩厚度(埋藏深度)和煤层顶板30 m内砂岩比是影响瓦斯含量的主要因素，其次是煤层厚度，煤质(水分)、煤的变质程度(挥发分)对瓦斯含量的影响较小，不作为影响煤层瓦斯含量的主要因素。

(2)综合考虑煤层基岩厚度(埋藏深度)、煤层顶板30 m内砂岩比和煤层厚度与瓦斯含量之间的内在关系，采用合适的数学建模方法，建立多因素瓦斯含量预测模型，能更客观地反映鹤煤六矿二1煤层的瓦斯赋存规律。

[1] 连承波，赵永军，李汉林，等.煤层含气量的主控因素及定量预测[J].煤炭学报，2005，30(6):39 －41.

[2] 王生全.煤层瓦斯含量的主要控制因素分析及回归预测[J].煤炭科学技术，1997，25(9):45 －47.

[3] 汤友谊，王言剑.煤层瓦斯含量预测方法研究[J].煤地质与勘探，1997，16(2):68 －72.

2011－01－26)

张冠军(1974－)，男，河南漯河人，工程师，副总工程师，长期从事煤矿“一通三防”管理工作。