夏店煤矿瓦斯赋存规律分析

杨万海，毕国生，张军义

（潞安集团慈林山煤业有限公司 夏店煤矿，山西 长治046000）

瓦斯为严重影响矿井安全生产的重要因素之一。瓦斯赋存规律是矿井瓦斯防治工作及通风设计重要的基础依据，为了科学规范地开展矿井瓦斯灾害防治与管理工作，提前预测瓦斯灾害，保证矿井的安全生产，必须要正确地对矿井所开采煤层的瓦斯赋存规律及其涌出量进行预测。夏店煤矿为了掌握井田内3＃煤层开采过程中矿井瓦斯赋存的规律性，结合本矿煤层赋存条件、开采技术条件和设计开采方案，采取进行相关实验室试验的方法，对瓦斯赋存规律进行研究，对夏店煤矿安全生产具有重要意义。

1 瓦斯基本参数测定

1.1 煤体瓦斯吸附常数及煤工业组分分析

采用实验室测定煤样吸附常数a、b值，同时，由于煤的工业组分直接影响着煤层瓦斯含量的计算，所以，同时对夏店矿3＃煤层的工业组分进行测定。煤层瓦斯吸附常数和工业组分测定结果见表1。

表1 煤层瓦斯吸附常数和工业组分测定结果

1.2 煤层瓦斯含量测定

煤层瓦斯含量是掌握瓦斯分布规律和预测煤与瓦斯突出的基础。目前，国内外测定瓦斯含量的方法有多种，为了分析3＃煤层瓦斯分布规律，夏店煤矿在井下选择合适位置，采用钻孔煤屑解吸法对3＃煤层瓦斯含量进行了实测。其原理为：井下采集新鲜原始煤样，实测煤样瓦斯解吸量，根据煤样瓦斯解吸规律推算取样过程煤样的损失瓦斯量，然后测定煤样的残存瓦斯量，最后根据煤样的取样损失瓦斯量、瓦斯解吸量、残存瓦斯量和煤样重量计算煤层瓦斯含量。根据钻孔煤屑解吸法的原理，结合夏店煤矿的现场实际条件，在3＃煤层选取了5个测点对该煤层瓦斯含量进行现场测定，其结果见表2。

表2 3＃煤层瓦斯含量结果汇总

2 矿井瓦斯赋存分布规律分析

2.1 煤层瓦斯组分分析

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，一般情况下，煤层瓦斯的垂直分带现象具有连续性。从3＃煤层钻孔煤层瓦斯样测试结果来看，煤层瓦斯中甲烷（CH4）成份为0%～93.74%，平均51.57%；二氧化碳（CO2）成份为0.16%～20.84%，平均4.74%；氮气（N2）成份为0.81%～92.46%，平均41.67%。根据煤层瓦斯垂直分带划分标准，本区3＃煤层埋深大于260m为甲烷带、小于260m为瓦斯风化带。因此，判定夏店煤矿3＃煤层风化带下限为煤层埋深260m。

2.2 煤层瓦斯分带主要原因分析

影响井田瓦斯含量及分带的主要因素为煤层埋藏深度和地质构造。随着煤层埋藏增加，瓦斯含量总体呈增加趋势，瓦斯分带也由风氧化带向甲烷带转变。在断层附近，由于岩性破碎、裂隙发育，有利于瓦斯逸散，瓦斯含量相对降低。3＃煤层在802号钻孔逆断层附近，瓦斯分带为氮气带；在井田南部由于断层发育，加之西川断层为导水断层，地下水的流动也会带走一部分瓦斯，瓦期含量较低，瓦斯分带亦为氮气带。矿区西部煤层埋深增加且少有断层等有利于瓦斯逸散的地质构造，瓦斯含量与甲烷成分较高，为甲烷带。

2.3 夏店煤矿煤层瓦斯赋存规律分析

众所周知，在影响煤层含量的因素当中，其埋深是主要的因素之一。一般情况下，浅埋煤层中的瓦斯含量小，反之，随着煤层埋藏深度的增加，地应力相应增高，同时，围岩的透气性降低，所以，煤层所含瓦斯向地表运移的距离相应也增大，不利于瓦斯的逸散。由此可知：瓦斯含量、涌出量及瓦斯压力主要随煤层埋藏深度增加而变大。夏店煤矿3＃煤层瓦斯含量与煤层埋藏深度关系如图1所示。

图1 3＃煤层瓦斯含量与煤层埋深变化

从图1中可以看出，3＃煤层的瓦斯含量随煤层埋藏深度增加而增加，且有较好的规律性。经线性回归分析：3＃煤层瓦斯含量（X）与埋藏深度（H），两者之间具有如下形式的线性统计规律（相关系数R2＝0.8984）。

式中：X为煤层瓦斯含量，m3／t；H为煤层埋藏深度，m。

夏店煤矿瓦斯含量大致呈西高东低的趋势，并且随着瓦斯含量的增大，煤层瓦斯中甲烷的含量也增大，井田范围内埋深大于260m的3＃煤层处于甲烷带。经回归分析瓦斯含量与埋深之间遵循X＝0.0251H＋1.086的线性统计规律，瓦斯含量增长梯度2.51m3／t／100m。

3 结语

1）综合分析3＃煤层瓦斯含量与煤层气成份，可以看出山西潞安集团夏店煤矿3＃煤层埋深大于260m为甲烷带、小于260m为瓦斯风化带。

2）3＃煤层瓦斯含量具有随埋藏深度增加而加大的整体趋势。经线性回归分析，3＃煤层两者之间遵循X＝0.0251H＋1.086的线性统计规律，瓦斯含量增长梯度2.51m3／t／100m。