煤矿现代化 ２０１４年第６期 总第１２３期 发耳煤矿瓦斯赋存条件与涌出量预测研究 黄明 （贵州民族大学建筑工程学院，贵州贵阳５５００２５） 摘要为更好地治理瓦斯灾害，对发耳煤矿５一ｓ煤层的瓦斯赋存条件进行了分析，认为煤层埋深、断 层和围岩性质是该煤层瓦斯赋存的主控因素。采用矿山统计法对５ 煤层的瓦斯涌出量进行了预测， 得出了埋深与瓦斯涌出量的线性表达式，结果表明瓦斯涌出量随埋深的增加而增长。 关健词 瓦斯赋存；瓦斯涌出量预测；矿山统计法；线性回归分析 中图分类号：ＴＤ７１２．５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００９—０７９７（２０１４）０６—００４４—０２ 煤炭是我国现今的主要能源，在国民经济建设中 形成相对封闭的场所，造成煤层瓦斯的富集。 ２．１．２褶皱 占据着重要地位，在我国一次性能源消费结构中，煤 炭占２０１３年能源消费的６５．９％，而矿井瓦斯是煤矿安 全生产的主要灾害和威胁。近几年来，国内发生的瓦 斯事故，特别是煤与瓦斯突出和瓦斯爆炸事故，不仅 给国家财产造成了重大损失，也给矿工的生命安全造 成重大伤害。因此，研究发耳煤矿５ 煤层瓦斯赋存条 件，采用矿山统计法对其工作面瓦斯涌出量进行预 测，对矿井瓦斯治理和安全生产管理具有重大意义。 矿井处于杨梅树向斜的ｓＥ翼，井田内也发育有 ４条褶皱，并伴生不同类型的断裂构造。煤层顶板的 完整性和连续性遭到严重破坏的区域，不利于瓦斯 的储存。 ２．２顶底板岩性 ５ 煤层顶板距５之煤层１３．０ｍ，直接顶板为泥质 粉砂岩，局部为粉砂质泥岩、泥岩。中部为细砂岩，局 部夹薄煤层。该煤层顶一般为Ⅲ类难冒落顶板。局部 为Ⅱ～Ⅲ类难冒落～中等冒落顶板。该煤层直接底 板０．２１—５．００ｍ泥岩，按１０ｍ左右统计，一般为粉砂 １矿井概括 发耳煤矿位于贵州省六盘水市水城县南部的发 耳矿区，设计生产能力为３００万妇，现为生产矿井。 以斜井～立井综合开拓全井田，采用倾斜或走向长 壁式采煤法，后退式回采，全部冒落法管理顶板。开 采区主采煤层最深部标高＋６００ｍ，湾河以南部分煤 层露头标高在１２００ｍ左右。矿井瓦斯等级为煤与瓦 斯突出矿井。 质泥岩夹粉砂岩及泥质粉砂岩，上部时含１～２层薄 煤层。 井田内５。煤层顶底板多为岩性致密的泥岩、粉 砂质泥岩等透气性较差的岩石，煤层中的瓦斯不易 逸散，为瓦斯保存创造了有利条件。 ２．３岩浆岩分布 发耳井区内揭露岩浆岩地层为二叠系上统峨眉 Ｌ【Ｊ玄武岩组（Ｉ）３ Ｂ），其岩性为灰、深灰绿色凝灰岩，灰 白绿色凝灰质泥岩等，且该组厚度区内较薄，风化后 ５ 煤层为大部可采煤层，位于煤系的上部，上距 ５ 煤层７．０～２０．６ｍ，平均１２．９７ｍ；下距７号煤层顶界 １０．５～２９．０ｍ，平均２１．６３ｍ。煤层总厚０．２９～２．７７ｍ，平 均１．３３ｍ；可采５０点，煤层总厚０．８０ ２．７７ｍ，平均 １．４８ｍ，一般１．３０—１．９０ｍ。 ５ 煤层为简单至较简单结构，含矸石者占 ４１％，绝大多数含矸石１层；矸石总厚０．０３ ０．３５ｍ， 平均０．１６ｍ；岩性多为泥岩，其次为泥质粉砂岩。 呈浅黄、黄褐色，块状构造。分布于二叠系龙潭组的 底部，与龙潭组呈假整合接触，对煤系地层及煤层的 赋存及开采影响甚微或无影响。 ２．４煤层埋深及上覆基岩厚度 ２ ５ 煤层瓦斯赋存条件 ２．１断层、褶皱构造 ２．１．１ 断层 发耳井田内５ 煤层上覆基岩厚度总体上由南 向北逐渐增厚，并在井田北部边界处达到最大。从瓦 斯储存条件分析，煤层上覆基岩赋存厚度小，煤层瓦 斯储存的盖层薄，瓦斯容易逸散；煤层上覆基岩赋存 厚度大，煤层瓦斯储存的盖层厚，易于瓦斯的储存。 煤层上覆基岩厚度对瓦斯赋存有明显的影响和控制 作用。发耳井田内煤层瓦斯含量随上覆基岩厚度的 增大而增大 井田内规模较大的断层共发育２７条，其中逆断 层２条，正断层２５条；按落差分大于３０ｍ的１２条， 小于３０ｍ的１５条。断层发育部位煤层结构破坏严 重，常形成透气性很差、储气能力很强的构造煤；同 时矿区发育的断层多被厚层方解石脉很好的充填， ・３ ５。煤层瓦斯涌出量预测 ４４・ 煤矿现代化 ２０１４年第６期 总第１２３期 煤矿瓦斯涌出量预测是煤矿瓦斯治理的基础性 工作，它是矿井通风设计、瓦斯抽采系统设计和矿井 及工作面产量确定的重要依据【“。现有的煤矿瓦斯涌 出量预测方法可概括为两大类，一类是矿山统计预 测法，一类是根据煤层瓦斯含量进行预测的分源预 测法Ｉ２１。 矿山统计法是根据对本矿井或邻近矿井实际瓦 斯涌出资料的统计分析得出矿井瓦斯涌出量随开采 深度变化的规律，预测新井或新水平瓦斯涌出量的 方法【 。 由于５ 煤层已有工作面回采，所以采用矿山统 计法预测瓦斯涌出量。根据生产矿井不同开采深度 已采水平的瓦斯涌出量的大量实测资料，通过统计 分析找出绝对瓦斯涌出量随深度增加而增长的规 律，以预测延伸水平的瓦斯涌出量。在风化带以下的 甲烷带内，当煤层瓦斯地质条件和开采条件变化不 大时，绝对瓦斯涌出量随采深呈近似线性关系。 绝对瓦斯涌出量的预测值ｑ可用下式确定 ： ｑ＝ａＨ＋ｂ （１） 式中：ｑ为回采工作面绝对瓦斯涌出量，ｍ３／ｍｉｎ；ａ为 线性回归系数，即绝对瓦斯涌出量梯度，ｍ３／（ｍｉｎ・ ｍ）．ｂ为线性回归常数，ｍ３／ｍｉｎ；Ｈ为埋深，ｍ。 根据整理的发耳煤矿５ 煤层３个回采工作面 瓦斯涌出量资料与煤层埋藏深度的关系，经过数据 统计，筛选合适的数据进行回归分析，得到５ 煤层 绝对瓦斯涌出量与煤层埋深的回归分析图，如图１ 所示。经过筛选后的５ 煤层回采工作面瓦斯涌出量 数据见表１。 －－＾…ｕ＇… ▲ １…Ｒｚ＝０…… ．７６３◆◆ ◆ ／ 、 ／ ◆ １，Ｕ １ｌＯ １９０ Ｚ１Ｕ ２３０ ２Ｓ０ Ｚ，Ｕ ２９０ 埋深，ｍ 图Ｉ发耳煤矿５ 煤层绝对瓦斯涌出量与煤层 埋深回归曲线 从图１可以看出，５ 煤层绝对瓦斯涌出量随埋 深的增加而加大，且具有较好的相关性。曲线符合矿 山统计法预测瓦斯涌出量的条件，下式可以作为该 矿井５ 煤层回采工作面瓦斯涌出量的预测模型。 ｑ＝Ｏ．０３５Ｈ一３．０８１ （２） 由此可得，不同埋深条件下对应的绝对瓦斯涌 出量，详见表２。 表１ 发耳煤矿５ 煤层回采工作面瓦斯涌出量统计表 表２发耳煤矿５。煤层埋深一绝对瓦斯涌出量关系表 埋深“ｎ１ ２００ ２５０ ３００ ３１６ ３５０ ４００ ４５０ 绝对瓦斯涌出量（ｍ３／ｍｉｎ）３．９２ ５．６７ ７．４２ ８ ９．１７ １０．９２ １２．６７ ４结论 （１）５ 煤层瓦斯赋存受断层、顶底板岩性和埋深 及上覆基岩厚度的影响较大。其中，矿区发育的断层 多被厚层方解石脉很好的充填，形成相对封闭的场 所，造成煤层瓦斯的富集；顶底板多为岩性致密的泥 岩、粉砂质泥岩等透气性较差的岩石，煤层中的瓦斯 不易逸散；煤层上覆基岩厚度对瓦斯赋存有明显的 影响和控制作用，煤层瓦斯含量随上覆基岩厚度的 增大而增大。 （２）５ 煤层瓦斯涌出量随着埋深增加而增加，成 正相关关系，瓦斯涌出量梯度为０．０３５ｍ３／（ｍｉｎ・ｍ）。外 推垂深２００ｍ以内，５ 煤层瓦斯涌出量为５ ｍ３／ｍｉｎ、８ ｍ３／ｍｉｎ和１０ ＩＴＩ。／ｍｉｎ对应的煤层埋藏深度分别为 ２３ｌｍ、３１６ｍ和３７４ｍ 参考文献： 【１］俞启香，程远平．矿井瓦斯Ｆ－Ｓ－￥￣［Ｍ］．徐州：中国矿业大学出 版社．２０１２． ［２】王魁军．矿井瓦斯技术优选一瓦斯涌出量预测与抽采［Ｍ】． 徐州：中国矿业大学出版社．２００８． 【３】生产监督管理总局．ＡＱ１０１８—２００６矿井瓦斯涌 出量预测方 ｓ］．北京：煤炭工业出版社，２００６． ［４］俞启香．矿井瓦斯防治【Ｍ】．徐州：中国矿业大学出版社． １９９２． 作者简介： 黄明（１９８６一），男，湖南湘乡人，硕士，助教，贵州民族大学 建筑工程学院，从事安全管理和矿山灾害防治方面的教学及 科研。 （收稿日期：２０１４—９—２８） ・４５・
