瓦斯含量与埋深相关性研究

夏为双

（山西省忻州市煤炭工业局，山西 忻州 034000）

·试验研究·

瓦斯含量与埋深相关性研究

夏为双

（山西省忻州市煤炭工业局，山西 忻州 034000）

煤层原始瓦斯含量是指单位质量原始煤体所含有的瓦斯量（损失量、解析量、残存量的三者之和，换算成标准状态下的体积），它是矿井瓦斯涌出量预测的重要依据参数。本文以安茂煤业有限公司2＃煤工作面的瓦斯治理为背景，在收集、分析部分工作面的瓦斯地质资料，实际测量不同埋深、不同地点的瓦斯含量的基础上研究了2＃煤层瓦斯涌出规律和埋深的关系。

瓦斯含量；分布规律；埋深；底板标高；线性关系

1 矿井概况

山西忻州神达安茂煤业有限公司位于原平市西北方向，它是整合了原平市轩岗镇后林背煤矿、轩岗镇杏树卜煤矿和宁武县余庄乡寺儿上煤矿及周边空白区而组建的。整合后的井田面积为5．135 2 km2，开采侏罗系2＃煤层，批采标高1 719．99～1 399．99 m，设计能力30万t/a。采煤方式为单一走向长壁综合机械化采煤法，顶板管理方式为全部垮落法。

安茂煤业井田内可采煤层为侏罗系中统大同组2＃煤层，当地称为“丈八煤”。位于云岗组底砂岩下10 m左右，厚1．10～1．48 m，平均厚1．35 m。属结构简单煤层，直接顶为砂质泥岩，老顶为中细粒-中粗砂岩，底板为泥岩或砂质泥岩。

安茂煤业2011年度没有发生过煤与瓦斯突出灾害；2012年截至鉴定月没有发生过煤与瓦斯突出灾害。2＃煤层煤尘具爆炸性，为自燃煤层（Ⅱ级），发火期4个月。井田地质构造属简单，地压显现不大，未见冲击地压异常现象，属地压正常区。

2 煤层瓦斯含量分布规律

煤层原始瓦斯含量是指单位质量原始煤体所含有的瓦斯量（损失量、解析量、残存量的三者之和，换算成标准状态下的体积），常用m3/t或mL/g作为计量单位。它是矿井瓦斯涌出量预测的重要依据参数。

当煤层具有露头或煤层处于冲积层之下时，煤层瓦斯会出现垂直分带现象，即煤层瓦斯沿垂向可以分为两个带：瓦斯风化带和甲烷带；依气体组分的差异，瓦斯分化带还可细分为：二氧化碳-氮气带、氮气带和氮气-甲烷带。

2．1 煤层瓦斯含量测定

项目实施期间，项目组人员在山西忻州神达安茂煤业有限公司2＃煤层具备测试条件的地点，采用井下钻屑解吸法（直接方法）对2＃煤层的瓦斯含量进行了测定，测定结果见表1～3：

表1 安茂煤业有限公司2＃煤层瓦斯测点分布表

续表1

表2 2＃煤层瓦斯含量组成表

表3 安茂煤业有限公司2＃煤层瓦斯含量测定结果表

从表2～表3可以看出，安茂煤业有限公司2＃煤层瓦斯含量较低，对2＃煤层瓦斯含量进行线性回归见图1，图2。

图1 2＃煤层埋深与瓦斯含量线性关系图

图2 2＃煤层底板标高与瓦斯含量线性关系图

由图1可以看出，该公司2＃煤层瓦斯含量有随着埋深增加而增大的趋势明显，所以，在深部开采过程中要注意做好瓦斯防治。

由表2，3对2＃煤层瓦斯含量（残存量、解析量、损失量）进行线性回归得到图3，图4。

由图3可以看出，该公司2＃煤层瓦斯含量（解析量、损失量）随着埋深增加而增大的趋势明显，2＃煤层瓦斯的残存量的增大趋势并不明显。

2．2 测点瓦斯含量与埋深、底板标高相关性比较

1）煤层底板标高表示的是煤层的整体形态，通过煤层的底板等高线可以表示出煤层在走向和倾向方向上的起伏形状和煤层倾角的大小。一般情况下，煤层底板等高线越密，说明煤层的倾角越大，底板等

高线越近似直线，表明煤层越平缓，起伏不大。

图3 2＃煤层埋深与瓦斯含量（残存量、解析量、损失量）线性关系图

图4 2＃煤层底板标高与瓦斯含量（残存量、解析量、损失量）线性关系图

2）煤层埋深等值线表示的是煤层在整个井田范围内的埋深趋势。随着煤矿开采深度的增加，加之地质条件复杂多变，矿压问题频繁出现，深部开采已经严重影响着煤矿的安全高效生产。许多学者和专家一直在致力于研究煤层深部开采出现的各种问题，如何解决深部煤层高瓦斯和压力的问题。一般情况下，煤层埋深越大的地方，瓦斯含量和压力相对较高。

3）埋深等值线的绘制：技术人员通过CAD软件和SURFER软件结合的方法得出埋深等值线，具体程序如下：a）根据井田范围，在煤层开拓平面图或者煤层采掘工程平面图上均匀地布置20～30个测点，分别记录各个测点的井田地理坐标和底板标高。b）将煤层开拓平面图或者煤层采掘工程平面图上测点对应投映到相对的煤层井上下对照图或者地质地形图上，在煤层井上下对照图或者地质地形图上分别读取各个测点的井上标高（井上标高是结合当地的实际地理情况而定的，并非将地表看成是水平的）。c）将各个测点的井上标高和对应的底板标高做差，得到各个测点的埋深。结合各个测点的井田地理坐标和得到的埋深，用SURFER软件生成煤层的埋深等值线（生成的埋深等值线代表的是整个煤层埋藏深度的趋势）。结合当地煤矿具体的地理情况，得到的埋深等值线与地质勘探资料提供的钻孔埋深基本吻合。地面盖山与冲沟地形地貌趋势也能通过SURFER软件表示出来，煤层埋深等值线的趋势沿着煤层风氧化带的露头处逐渐增加，理论依据充足，可靠性高。

4）通过上述分析对比得出：煤层底板标高侧重在表述煤层的整体形态和倾角的大小；而煤层埋深等值线将地表地形地貌特征与煤层赋存状态相结合，能

够有效地表示煤层整体的埋藏深度趋势，众多学者侧重研究瓦斯赋存规律与煤层埋深相关的问题。

5）通过对图1，图2的观测对比，图3，图4的对比可以看出，实际的观测数据与线性回归线的离散性差异较大，其中瓦斯含量与埋深的实际观测数据集中于线性回归线，瓦斯含量与底板标高的实际观测数据离散于线性回归线。

3 结 论

1）安茂煤业公司煤层瓦斯含量和埋深的线性关系为主导因素，可靠性高。煤层埋藏深度是决定煤层瓦斯含量大小的重要因素，该公司2＃煤层井田东部边界范围遭受风化剥蚀，且有煤层露头，具有良好的瓦斯逸散通道，有利于煤层瓦斯的逸散，因此，该煤层瓦斯涌出量低。

2）由图1可以看出，2＃煤层瓦斯含量与埋深关系呈线性关系，线性方程为：

式中：

y—煤层瓦斯含量，m3/t；

x—煤层埋深，m。

瓦斯含量随埋深增长梯度为0．59 m3/t/100 m。因此，计算得出井田范围内最大埋深处（480 m）煤层瓦斯含量约为4．25 m3/t。

3）如图1所示的线性关系是采用各个测点的原煤瓦斯含量与埋深进行线性回归的，实验室测出的残存瓦斯含量是可燃质含量，为了计算方便，将残存的瓦斯含量转换成吨煤瓦斯含量，单位是m3/t。

表3 中的可燃质瓦斯含量是由2＃煤层各个测点的原煤瓦斯含量转换而来，其目的是为了说明可燃质瓦斯含量和原煤瓦斯含量之间的关系。

4）由图3可以看出，2＃煤层瓦斯含量（解析量、损失量）与埋深关系呈线性关系，线性方程分别：

式中：

y解—煤层瓦斯解析量，m3/t；

y损—煤层瓦斯损失量，m3/t；

x—煤层埋深，m。

瓦斯解析量、损失量随埋深增长梯度均为0．002 m3/t/100 m。

5）由于原煤中解析瓦斯和损失瓦斯含量为游离态瓦斯、残存量为吸附态瓦斯，所以，图3的线性关系是采用了各测点的原煤瓦斯残存量、解析量、损失量与埋深进行线性回归的，其图表和线性方程表现出了原煤中游离态的瓦斯和吸附态的瓦斯与煤层埋深和底板标高的关系：本矿区的游离态的瓦斯受埋深和底板标高影响较大，成线性相关；吸附态的瓦斯在此埋深阶段内基本不受埋深和底板标高影响，含量保持相对稳定。

［1］国家煤矿安全监察局．防治煤与瓦斯突出规定［M］．北京：煤炭工业出版社，2009：143-151．

［2］国家安全生产监督管理总局．AQ1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法［S］．北京：煤炭工业出版社，2006：9-13．

Preliminary Research on the Relatively Relationship between Gas Content and Buried Depth

Xia Wei-shuang

The original coal seam gas content refers to the unit quality original coal contains gas quantity（the sum of the three loss，analytic quantity and residual stock，converts to the volume under standard state），it is important basis parameters of mine gas emission prediction．This paper takes the gas control of No．2 coal working face in Anmao coal limited company as the background，on the basis of collecting and analyzing the gas geological material，actually measuring different buried depth and gas content of different place，the relationship of No．2 coal seam gas emission rule between the burial depth is studied．

Gas Content；Regularity of distribution；Burial depth；Floor elevation；Linear relation

TD712+．52

B

1672-0652（2013）05-0040-04

2013-02-05

夏为双（1968—），男，安徽无为人，主要从事煤矿安全管理工作，（E-mail）15993725293＠163．com