基于主成分分析的煤层气赋存影响因素分析

安鹏瑞

【摘 要】为评价煤层气赋存影响因素的影响程度，引入主成分分析法。以黄河北煤田某煤矿为例，在系统收集和分析地质资料的基础上，确定影响煤层气的赋存影响因素，应用主成分分析法对煤层气赋存影响因素做出定量资源评价，并确定其影响程度。评价结果对赵官煤矿煤层气开发利用和防治瓦斯突出提供依据。

【关键词】主成分分析法；煤层气赋存影响因素；煤层气定量评价

煤层气（矿井瓦斯）是一种清洁环保能源，合理开发利用煤层气，对于能源的充分利用，改善我国能源结构，保障国家能源安全，减少煤矿瓦斯灾害，保护大气环境，具有重要的经济、社会、环境效益。同时，它又是煤矿安全生产一大危害[1]，能引起瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出，直接威胁着煤矿的安全生产，因此，通过对煤层气赋存影响因素的分析，将减少或解除煤矿安全生产的不利影响。

1 水文地质条件

煤层气主要以吸附状态赋存在煤的孔隙中，地下水系统通过地层压力对煤层气吸附聚集起控制作用，地下水的流动对煤层气起溶解、逸散作用[2]。因此，水文地质条件对煤层气赋存、运移影响很大。

从黄河北煤田及矿井水文地质资料分析：影响上组煤7和10煤层气含量的含水层主要为一灰、二灰、三灰，局部受四五灰和下层岩浆岩含水层影响。影响下组煤11和13煤层气含量的含水层主要为四灰、五灰、下层岩浆岩含水层及徐灰、奥灰含水层。

2 地质构造

煤矿矿井内规模较大的断层主要分布在矿井边界，矿井内部多为较小规模断层，对煤层瓦斯分布影响不大。由各煤层气含量测试孔数据分析，位于矿井北部、西部边界主要断层对煤层瓦斯保存有利，越向深部规律越明显，且沿倾向方向，煤层气含量有增大趋势。东部断层局部为导水断层，其对煤层气保存不利。矿井内发育的32-6号孔背斜、744号孔向斜基本都为轴向NW的倾伏，与矿井整体地层倾向一致，并且这些褶曲规模较小，对煤层气分布影响较小。

3 岩浆岩入侵

矿井内下组煤（即11煤和13煤）主要受下层岩浆岩直接侵入影响，矿井范围内11煤层广泛遭受下层岩浆岩直接侵入，使11煤层大部分的煤层厚度变薄，焦化或全部吞蚀，主要分布在矿井北部及西南部。据钻孔资料显示，13煤层没有揭露其受岩浆岩直接侵入或吞蚀情况。由于11与13煤层距离较近，平均距离仅为6.87m，煤层受岩浆岩影响其不同变质区域分布趋势基本一致。矿井内下组煤主要受下层岩浆岩直接侵入影响，矿井范围内11煤层广泛遭受下层岩浆岩直接侵入，使11煤层大部分的煤层厚度变薄，焦化或全部吞蚀，主要分布在矿井北部及西南部。

4 煤层埋深

据矿井内钻孔资料，矿井内下组煤主要受下层岩浆岩直接侵入影响，矿井范围内11煤层广泛遭受下层岩浆岩直接侵入，使11煤层大部分的煤层厚度变薄，焦化或全部吞蚀，主要分布在矿井北部及西南部。据钻孔资料显示，13煤层没有揭露其受岩浆岩直接侵入或吞蚀情况。由于11与13煤层距离较近，平均距离仅为6.87m，煤层受岩浆岩影响其不同变质区域分布趋势基本一致。同时，7煤层上覆基岩厚度分布与埋深变化趋势基本一致，说明矿井范围内，煤层埋深变化趋势基本反映了煤层上覆基岩厚度分布情况。

5 主成分分析法

根据主成分分析法模型及其计算步骤[3]，结合研究的某煤矿资料，以7煤、10煤、11煤、13煤煤层气赋存控制影响为例，采用主成分分析法对煤层气赋存主要控制影响因素进行评价。

（1）根据研究区影响因素的特征分析，本次评价选取的主要影响因素为煤层埋深、地质构造、水文条件、岩浆岩侵入。（2）主成分分析过程：采用SPSS软件对影响煤层气赋存的4个因素进行主成分分析，评价结果见表1和表2。

根据表1可知，第1、第2主成分特征根大于1且解释方差的累积为95.039%已包含了评价中所需大部分信息。故选用第1、第2个主成分即可。再次调用SPSS软件对表2中的第1、第2主成分因子载荷阵进行运算得到主成分得分系数矩阵

得到主成分的表达式：

Y1=0.381X煤层埋深+0.379X地质构造-0.272 X岩浆侵入+0.153X水文条件；Y2=0.118X煤层埋深-0.022X地质构造+0.518X岩浆侵入+0.683X水文条件

从而算得W煤层埋深= |0.381×64.754℅+0.118×33.376℅|=0.286。同理可得W地质构造=0.238，W岩浆侵入=0.418， W水文条件=0.327。归一化后，得各影响因素的权重向量即为（W煤层埋深，W地质构造，W岩浆侵入，W水文条件）=（0.225，0.187，0.330，0.257）。因此W岩浆侵入>W水文条件>W煤层埋深>W地质构造。

从以上评价结果看出，在黄河北煤田某煤矿煤层气赋存控制影响因素的影响次序为：岩浆侵入>水文条件>煤层埋深>地质构造。

6 结论

通过对黄河北煤田某煤矿煤层气影响因素的分析，得到主要结论如下：

（1）对黄河北煤田某煤矿煤层气赋存控制主要影响因素进行了分析。主要影响因素次序为：岩浆侵入、水文条件、煤层埋深、地质构造。

（2）主成分分析法定量评价影响因素的影响程度并赋与一定的权重，其方法较为科学，为正确评价煤层气赋存提供有力依据，对制定和利用煤层气开采和防治瓦斯突出的措施具有重要的指导意义。

【参考文献】

[1]Wang Y. Coal resource evaluation and manage ment information system in underground mines[J]. Computer Application in the Mineral Industries， Netherlands， 2001， 65（1）：155-158.

[2]李增学，魏久传，刘莹.煤层气地质学[M].北京：地质出版社，2007，10.160-161.

[3]赵鹏大.定量地学方法及应用[M].北京：高等教育出版社，2004.62-64.

[责任编辑：王伟平]