肖家洼矿井8煤层瓦斯地质特征研究

杨鲜霞

摘要：煤层瓦斯含量是计算瓦斯涌出量的基础，同时也是预测煤与瓦斯突出的重要参数之一。本次对肖家洼矿井8煤层瓦斯赋存情况进行分析，分析影响煤层瓦斯赋存的主要因素。结果表明：煤层埋深是影响瓦斯赋存的主要因素，在生产过程中随着开采深度的增加，应加强对瓦斯数据的监测，并相应做好防治措施，确保矿井高效安全开采。

关键词：瓦斯含量 煤层埋深 地质构造

0 引言

瓦斯是地质作用的产物，其生成、储存、富集和运移受地质条件的制约[1-3]。同时煤层瓦斯含量是计算瓦斯涌出量的基础，也是预测煤与瓦斯突出的重要参数之一。因此，在研究煤层瓦斯赋存规律的基础上，确定煤层中的瓦斯含量，在此基础上可对矿井瓦斯进行管理，同时可预防各种矿井瓦斯事故[4-6]。

为高效安全开采煤炭资源，研究肖家洼矿井各因素（煤层埋深、地质构造、煤层围岩、煤层厚度等）对瓦斯赋存的影响，并合理的进行瓦斯含量预测，为矿区防治煤与瓦斯突出提供参考依据。

1 矿井简介

肖家洼煤矿位于鄂尔多斯断块东缘，兴县石楼南北向褶皱带的北部，井田面积约60km2，为一在建的大型矿井，矿井设计产量为8.0Mt/a，为一高瓦斯矿井。含煤地层为石炭系上统太原组（C3t）和二叠系下统山西组（P1s），可采煤层主要为山西组的4煤、6煤、8煤和太原组的13煤。其中8煤层位于山西组下部，为结构简单，层位较稳定的大部可采煤层，煤层平均厚度2.8m，倾角6～15°。井田内构造简单，总体为一走向近南北倾向西的单斜构造。

矿井在勘探期间在各可采煤层中采集钻孔瓦斯煤样41个，其中8煤有12个，勘探数据表明：8号煤层瓦斯含量为0.36～2.89ml/g，平均为1.66ml/g；瓦斯成分中以N2含量为主，其次为CH4，少量CO2，CH4含量为0.03～2.05 ml/g，平均为0.79ml/g；甲烷成分占瓦斯成分的0～79.43%，平均为43.28%，属氮气-甲烷带。

2 矿井瓦斯含量赋存特征研究

2.1 研究煤层的选择 矿井内可采煤层主要有4煤、6煤、8煤与13煤。8煤位于6煤与13煤之间；矿井设计分组开采，4煤、6煤、8煤为一组联合开采，13煤为一组开采。矿井投产时，所采煤层为13煤与8煤。本次研究选择的煤层为8煤，对8煤层瓦斯赋存规律的研究将为后期对4煤与6煤瓦斯赋存规律的研究提供依据，同时随着8煤层的回采，瓦斯资料不断的搜集与完善，对瓦斯赋存特征的研究将进一步详尽，可更加准确预测临近煤层4煤、6煤层瓦斯含量，为矿井生产期间的瓦斯治理提供必要的依据。

2.2 瓦斯含量数据的选择 本次共搜集8煤层钻孔瓦斯含量数据13个，数据主要来源于矿井地勘期间与补充勘探期间数据。对所搜集的数据进行分析，剔除一些不利因素的影响，选取瓦斯含量点的依据：①煤样灰分大于40%，视为样品不合格；②煤样现场瓦斯解析测定后必须进行密封装罐，保证脱气前不漏气，若存在漏气情况，则应剔除；③同一钻孔有两个瓦斯含量点时，选取瓦斯含量大的值；④钻取煤芯长度应大于0.4m，采取煤样质量大于250g，否则应剔除；⑤断层附近瓦斯含量值，不作为分析煤层瓦斯赋存规律的依据，仅做参考。本次共计选择8煤层满足上述要求的钻孔数据8个，并对所选取的钻孔瓦斯数据进行修正，详见表1。

2.3 煤层埋深对瓦斯赋存的影响 煤层上覆基岩或埋藏深度的变化，是影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素。随着煤层埋深的增加，煤层瓦斯含量呈现逐渐增加的趋势。

从肖家洼矿井勘探钻孔煤层瓦斯含量与煤层埋深之间的关系来看，肖家洼矿井8煤瓦斯含量分布特征如下：

肖家洼煤矿8煤层瓦斯含量与煤层埋藏深度随着煤层埋深增大，瓦斯含量线性增大，回归关系为（图1）：W= 0.0011H+1.1609

式中：W——埋深为H时的煤层瓦斯含量，m3/t；H——煤层埋深，m。

煤层瓦斯含量与埋深之间8号煤层瓦斯含量梯度为：0.11m3/t/100m。

根据煤层瓦斯含量与煤层埋藏深度关系曲线，+500m水平以浅区域内，8号煤层最大瓦斯含量为2.02m3/t，最大埋深730m，位于13采区东南+440m等高线左右；+500m水平以深区域内，8号煤层最大瓦斯含量为2.48m3/t，最大埋深1200m，位于13采区东南-220m等高线左右。

2.4 地质构造对瓦斯赋存的影响 褶皱对煤层瓦斯赋存的影响取决于其封闭性，背斜顶部裂隙一般较为发育，以形成瓦斯运移通道，则不利于瓦斯的储存，导致背斜轴部瓦斯含量较小，对于一些大型的向斜盆地构造，地层较为平缓，不利于瓦斯的排放。

矿井内地层走向北偏西，倾向西南，总体为一向西南倾斜的单斜构造，倾角为5～28°，仅在第10勘探线的ZK10-1、ZK10-2之间小范围内倾角达28°，其它绝大部分区域倾角为5～14°之间。整体上矿井内煤层较为平缓，不利于瓦斯的排放，局部煤层倾角变化较大的区域易造成瓦斯的富集。

井田在勘探期间未发现断层，故暂不考虑断层对煤层瓦斯赋存的影响。

2.5 煤层围岩对瓦斯赋存的影响 煤层顶板岩性是指与研究煤层直接接触的伪顶或者直接顶的岩性，当顶板为砂质泥岩、泥岩或者致密灰岩时，有利于瓦斯保存，顶板岩性越疏松，颗粒及孔隙度越大，越利于瓦斯逸散和运移。

肖家洼8煤层顶板岩性主要以砂质泥岩、粉砂岩与泥岩为主，底板岩性主要以泥岩、细砂岩与砂质泥岩为主。肖家洼8煤层顶底板岩性有较好的致密性，形成一个良好的封闭层，有利于瓦斯的保存。

2.6 煤层厚度对瓦斯赋存的影响 煤层是瓦斯的主要储集層，煤层厚度越大，储积瓦斯的能力越大。肖家洼8煤层厚度平均2.8m，属于中厚煤层，煤层厚度和结构在横向上有一定的变化，但变化较小，对煤层瓦斯运移的影响较小。因此煤层厚度及其变化对瓦斯含量有一定的影响，但不是影响瓦斯赋存的主要因素。

2.7 其他因素对瓦斯赋存的影响 井田内奥陶系岩溶水的补给主要是基岩裸露区大气降水和地表水的入渗补给，井田属区域岩溶水径流区，岩溶水由南东向北西运移，最终排向保德县天桥黄河峡谷中；石炭系和二叠系砂岩裂隙水，在裸露区接受大气降水和季节性河流补给后，顺岩层倾斜方向运移；第三系和第四系孔隙水的补给除大气降水的垂直入渗补给外，有地表水的入渗补给和较高基岩裂隙水的侧向补给。研究区煤系地层内的各含水层相对较闭塞，流动缓慢，地下水活动对煤层瓦斯影响较小。

井田内勘探期间暂未发现陷落柱与岩浆岩分布区域，故暂不考虑其对瓦斯赋存的影响。

3 结论

本文对影响肖家洼煤矿瓦斯赋存的各地质因素进行分析，结果表明：煤层埋深是影响瓦斯赋存的主要因素，随着煤层埋深的增大，煤层瓦斯含量呈现逐渐增高的趋势。煤层厚度、煤层围岩对煤层瓦斯赋存有一定的影响，但不是影响瓦斯赋存的主要因素。

在生产过程中，随着煤层回采深度的增加，矿井应加强瓦斯涌出数据的监测与搜集，并及时完善评价瓦斯赋存的评价数据，并根据实际的瓦斯涌出数据调整治理瓦斯涌出的相应措施，确保煤矿高效安全生产。

参考文献：

[1]张子敏，张玉贵.瓦斯地质规律与瓦斯预测[M].北京：煤炭工业出版社，2005.09.

[2]焦作矿业学院瓦斯地质研究室.瓦斯地质概论[M].北京：煤炭工业出版社，1990.

[3]袁亮，薛生，谢军.瓦斯含量法预测煤与瓦斯突出的研究应用[J].煤炭科学技术，2011，39（3）：47-51.

[4]周世宁，林柏泉.煤层瓦斯赋存与流动理论[M].北京：煤炭工业出版社，1999.02.

[5]汤友谊.利用钻孔资料预测矿井未采区煤层瓦斯含量[J].煤田地质与勘探，2001，29（5）：39-41.

[6]梁亚林.用测井资料预测煤层瓦斯含量[J].中国煤田地质，2001，13（3）：38-39.