煤层瓦斯含量分布规律分析

吴玉才

【摘 要】 针对新建煤矿亟需掌握瓦斯赋存情况以便更好地指导矿井安全生产，文章采用实验室试验结合理论分析的研究方法，研究结果表明5号、9号煤层瓦斯含量与埋深关系均呈线性关系，通过5号、9号煤层的线性方程绘制出5号、9号煤层的瓦斯含量等值线图;井田西部5号、9号煤层瓦斯含量较其他区域更大，其最大值分别为1.90m3/t、2.10m3/t，但均小于4m3/t，依据《煤矿地质工作规定》综合评价煤矿内5号、9号煤层瓦斯类型属简单型。

【关键词】 瓦斯含量;分布规律;瓦斯组分;线性方程

【中图分类号】 TD712 【文献标识码】 A 【文章编号】 2096-4102（2021）03-0011-03

瓦斯是煤矿的主要自然灾害之一，为煤矿正常安全高效生产带来巨大隐患，由于瓦斯原因而引起的煤矿事故将会造成特别严重的人员伤亡、财产损失。本文基于某矿实际地质条件，对矿井煤层瓦斯含量分布规律进行分析研究，是制定矿井相应瓦斯治理方案的前提基础，进而实现矿井的安全高效生产。

1矿井概况

某煤矿位于离柳矿区北端，整体上是一单斜构造。地层倾角范围为15～25°，在井田北东部的局部地区倾角较大;断层构造比较发育，但大部分断层落差都小于10m;无岩浆岩侵入情况。主要开采山西组的5号煤层和太原组的9号煤层，平均煤厚分别为2.36m和9.56m，两层煤平均层间距为50.63m。

本矿井田平面形态呈一近似长方形，南北长约20km，东西宽约3km，井田总面积为60.731km2，位于吕梁山脉中段西部，属河东煤田中段，总体上为一走向近南北、向西缓倾斜的单斜构造，地层倾角一般15～25°。断层较发育，但落差多小于10m，地质构造较为简单。

2煤层瓦斯测试结果

根据该井田地勘期间采用地勘解吸法测定各钻孔瓦斯含量的测定结果，在+200标高以上范围内共有30个瓦斯钻孔，其中5号煤层瓦斯钻孔有14个，9号煤层瓦斯钻孔有16个，依据化验室测试成果对其瓦斯含量、瓦斯成分进行统计。

由于钻孔煤样采集深度、质量、密封和测定方法等不同影响因素，其瓦斯含量数据的可靠性会有差异，因此必须首先依据下述的4个方面基本原则对瓦斯含量数据进行可靠性评价：采集煤样试验灰分数据小于40%，否则认定为煤样产品不合格;采集煤样现场瓦斯解吸测定后要及时装罐封闭，并确保脱气前不会漏气，否则认定为煤样产品不合格;若相同瓦斯钻孔同一煤层有大于等于2个的瓦斯含量测定数据，则以其最大值为准;对于断层等地质构造及其附近区域的煤样测定数据只作为控制断层等地质构造带瓦斯含量数据变化参考依据，而不以其作為最终瓦斯含量规律分析研究依据。

3煤层瓦斯组分分析

根据以往研究成果，在煤层有露头或者位于冲积层下时，并且依据煤层瓦斯气体组分的不同，在垂直方向上煤层瓦斯具有如表1所示的分带划分规律。

根据该井田地勘期间采用地勘解吸法测定各钻孔瓦斯含量的测定结果：

5号煤层甲烷含量0.92～1.90ml/g·r，平均为1.47ml/g·r;瓦斯成分甲烷占1.61～43.89%，平均占20.06%;二氧化碳占0.19～18.32%，平均为6.69%;氮气占44.58～92.21%，平均为72.81%;C2～C8占0.00～3.46%，平均为0.44%。依据以上瓦斯成分推断：该井田范围内5号煤层属二氧化碳～氮气带、氮气带、氮气～甲烷带、甲烷带，其中以氮气～甲烷带为主。

9号煤层甲烷含量1.06～1.96ml/g·r，平均为1.63ml/g·r;瓦斯成分甲烷占2.23～71.01%，平均占31.09%;二氧化碳占4.63～24.15%，平均为11.48%;氮气占3.5～81.72%，平均为55.27%;C2～C8占0.00～15.15%，平均为2.16%。依据以上瓦斯成分推断：该井田范围内9号煤层属二氧化碳～氮气带、氮气带、氮气～甲烷带、甲烷带，其中以氮气～甲烷带为主。

4煤层瓦斯含量分布规律

根据该矿井周边区域情况调整系数为1.10～1.25之间，由于本井田煤层埋深相对较深，这里取1.25。校正后的某煤矿5号、9号煤层地勘瓦斯含量测值见表2。

对表2进行分析可以看出，各瓦斯钻孔的原煤瓦斯含量与煤层埋深之间有着直接关系，煤层埋深越深，其原煤瓦斯含量也越大。通常煤层瓦斯含量会受煤层岩石力学特性、煤质、埋深、地质构造、围岩性质等各种不同因素影响，不同矿井所受各项影响因素的影响程度有所不同。针对某煤矿，上述各项影响因素当中煤层埋深是影响整个井田范围的煤层瓦斯含量变化的最主要因素，而其他影响因素只是对井田局部范围的煤层瓦斯含量变化有所影响。

某煤矿井田构造简单，整体上是一单斜构造，断层构造比较发育，但大部分断层落差都小于10m;无岩浆岩侵入情况，属于一个瓦斯地质单元。图1是5号、9号煤层瓦斯含量与埋深关系图。

（1）5号煤层

（2）9号煤层

通过图1可以得出，5号、9号煤层瓦斯含量与埋深关系均呈线性关系，其中5号煤层的线性方程为W=0.0015H+0.7712，9号煤层的线性方程为W=0.0019H+0.5706，公式当中W、H分别表示为煤层瓦斯含量、埋深;5号、9号煤层瓦斯含量百米增长梯度分别为0.15m3/t/100m、0.19m3/t/100m。由此可以得出，该井田煤层瓦斯含量随着埋深增大也会出现线性增大的规律。通过井田内瓦斯含量与埋深关系绘制如图2所示的5号、9号煤层瓦斯含量等值线图。

通过图2可以得出，在该井田西部5号、9号煤层瓦斯含量较其他区域更大，其最大值分别为1.90m3/t、2.10m3/t，但均小于4m3/t。矿井瓦斯等级为低瓦斯矿井，5号、9号煤层均无突出危险区域，依据《煤矿地质工作规定》综合评价煤矿内5号、9号煤层瓦斯类型属简单型。

5结论

根据垂直方向上煤层瓦斯气体组分带划分规律，基于某煤矿5号、9号煤层瓦斯实际成分测定结果，分析得出：井田范围内5号煤层属二氧化碳～氮气带、氮气带、氮气～甲烷带、甲烷带，其中以氮气～甲烷带为主;9号煤层属二氧化碳～氮气带、氮气带、氮气～甲烷带、甲烷带，其中以氮气～甲烷带为主。

对某煤矿各瓦斯钻孔的原煤瓦斯含量与煤层埋深之间关系进行分析得出，煤层埋深越深，其原煤瓦斯含量也越大，并且5号、9号煤层瓦斯含量与埋深关系均呈线性关系，利用线性回归分别得到5号、9号煤层瓦斯含量与埋深关系的线性方程，从而绘制得出5号、9号煤层的瓦斯含量等值线图。

在井田西部5号、9号煤层瓦斯含量较其他区域更大，其最大值分别为1.90m3/t、2.10m3/t，但均小于4m3/t。矿井瓦斯等级为低瓦斯矿井，5号、9号煤层均无突出危险区域，依据《煤矿地质工作规定》综合评价煤矿内5号、9号煤层瓦斯类型属简单型。

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