新疆焦煤集团一八九〇煤矿5号煤层瓦斯与埋深关系分析

王宝群　王志辉

（1.新疆焦煤（集团）有限责任公司，新疆乌鲁木齐 830025；2.中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400037）

新疆焦煤集团一八九〇煤矿5号煤层瓦斯与埋深关系分析

王宝群1王志辉2

（1.新疆焦煤（集团）有限责任公司，新疆乌鲁木齐 830025；2.中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400037）

煤层瓦斯是影响煤矿安全生产的重要因素，掌握煤层瓦斯赋存规律是瓦斯治理的重要前提保障。一八九〇煤矿根据地勘瓦斯参数推测的瓦斯赋存与实际相差较大，对矿井瓦斯治理造成不利影响。通过对一八九〇煤矿5号煤层埋深因素的分析研究，结合井下实测瓦斯数据，研究并掌握了一八九〇煤矿5号煤层的瓦斯赋存规律。

瓦斯抽采 瓦斯含量 瓦斯含量梯度 数据拟合

瓦斯是与煤的演化作用相伴生而形成的，它生产与煤层、赋存与煤层及其围岩之中，其生产条件、保存条件、赋存和分布规律都受到十分复杂的地质演化作用控制；由于不同煤层成煤条件不同，其瓦斯分布规律也存在差异。一八九〇煤矿5号煤层在巷道掘进及回采过程中，与利用地勘瓦斯数据推测的瓦斯涌出量相比差别较大，同水平标高存在多处瓦斯涌出异常区域。这对矿井瓦斯治理造成较大影响，对瓦斯治理的规划造成不便。利用井下实测瓦斯数据并结合地质分析，研究确定5号煤层准确的瓦斯赋存规律成为矿井瓦斯治理的前提条件。

1　瓦斯含量测定

采用井下瓦斯含量直接测定法（DGC）测定了矿井5号煤层的瓦斯含量。测点布置见图1，测定结果见表1。

表1　5号煤层瓦斯含量测定结果

2　埋深对瓦斯赋存的影响

煤层埋藏深度的增加不仅会因地应力增高而使煤层和围岩的透气性降低，而且瓦斯向地表运移的距离也增大，这两者的变化均朝着有利于封存瓦斯而不利于放散瓦斯方向发展。在煤层瓦斯风化带之下的甲烷带内，煤层的瓦斯压力、瓦斯含量和矿井瓦斯涌出量与煤层的埋藏深度之间都存在正相关系，即随着煤层埋藏深度的增加而增加。所以在研究中一般使用埋深和瓦斯含量的关系来说明不同埋深条件下瓦斯含量的发展趋势。1890煤矿5号煤层埋深与瓦斯含量、压力线性关系如图2所示。5号煤层瓦斯含量与埋深关系数学模型为:

W:y=0.0254x+2.6273 R2=0.8099

一般认为，在定量分析各因素对瓦斯赋存的影响时，当拟合相关性系数R2大于0.6时，认定为影响煤层瓦斯赋存的主控因素；相关性系数R2为0.36～0.6时，认为对瓦斯赋存的影响有一定影响；相关性系数R2小于0.36时，认为对瓦斯赋存的影响很小。5号煤层的瓦斯含量相关性系数均大于0.6，因此埋深是影响瓦斯赋存的主控因素。

根据煤层的瓦斯含量预测模型，可对矿井不同阶段埋深的瓦斯参数进行预测，具体预测结果如表2所示。

表2　煤层埋深200～500m瓦斯含量、压力预测表

表3　5号煤层临近层涌出量分源预测参数表

表4　5号煤层回采工作面瓦斯涌出量预测

3　埋深对瓦斯涌出量的影响

首先对5号煤层进行分源预测法尽心预测。分源预测法的实质是按照矿井生产过程中的瓦斯涌出源的多少，各个涌出源瓦斯涌出量的大小来预测矿井、采区、回采面和掘进工作面等的瓦斯涌出量，各个瓦斯涌出源涌出瓦斯量的大小是以煤层瓦斯含量、瓦斯涌出规律及煤层开采技术条件为基础通过计算确定的。

分源预测法的计算公式如下:

（1）回采工作面开采煤层（包括围岩）瓦斯涌出量:

式中，q1——开采煤层（包括围岩）相对瓦斯涌出量，m3/t；

k1——围岩瓦斯涌出系数，对于陷落法顶板管理的工作面，取k1=1.3；

k2——工作面丢煤瓦斯涌出系数，其值为工作面回采率的倒数，工作面回采率按95%，则k2=1.05；

k3——顺槽掘进预排瓦斯对工作面煤体瓦斯涌出影响系数，采用长壁后退式回采时，系数k3按下式确定:

式中，L——回采工作面长度，m；

h——巷道瓦斯预排等值宽度，m，取h=18m；

m——煤层厚度，m，依据各煤层实际煤层厚度选取；

M——煤层采高，m，由于采用一次采全高，故取1；

W0——煤层瓦斯含量，m3/t，

Wc——煤的残存瓦斯含量，m3/t。

（2）回采工作面邻近层瓦斯涌出量:

式中，q2——邻近层相对瓦斯涌出量，m3/t；

mi——第i个邻近层煤层厚度，m，根据实际情况取值；

m0——工作面采高，m；

ηi——第i个邻近层瓦斯排放率，%，根据《矿井瓦斯涌出量预测方法》附录D取值；

Woi——第i个邻近层煤层原始瓦斯含量，m3/t；

Wci——第i个邻近层煤层残存瓦斯含量，m3/t。

本次计算按照煤层的开采顺序为从上至下，先采上部煤层，后采下部煤层。计算各煤层瓦斯涌出量时取的取值参数见表3。

预测结果见表4。

4　结语

（1）矿井5号煤层依据地勘钻孔的瓦斯数据推测的煤层瓦斯含量偏低，主要原因是地勘钻孔收集的瓦斯数据偏低，导致以此为依据的预测结果并不准确。

（2）采掘过程中的瓦斯涌出量局部异常，这些异常点分布在地面成山构造下，埋深较深，瓦斯含量较正常区域高，造成瓦斯涌出异常。

（3）矿井5号煤层随埋深的加大瓦斯含量增加较快，经计算埋深每增加百米瓦斯含量增加2.5m3。