王家岭矿4号煤层瓦斯赋存规律研究及主要影响因素分析

冯家正

(山西王家岭煤业有限公司，山西 保德 036600)

王家岭煤矿隶属于晋能控股有限责任公司，为高瓦斯矿井。随着矿井开采深度的增加，瓦斯突出问题已经逐渐成为制约矿井生产的较大隐患。研究4号煤层瓦斯赋存特征及影响因素能够对矿井采掘工作面的瓦斯治理工作提供指导依据。瓦斯赋存于煤层及围岩之中，其生成、存储及赋存规律都受复杂的地质演化作用控制[1]。本文结合王家岭矿地质条件，分析了4号煤层瓦斯赋存规律及影响因素。

1 矿井地质条件

王家岭煤矿井田位于河东煤田北端，区内构筑简单， 井田南北长约8.32 km，东西宽约5.43 km，为向W倾斜的单斜构造，倾角为6°。可采煤层为4号、7号上、7号、8号、9号煤层。目前，矿井主采4号煤层，属于可抽放煤层，煤厚4.02～11.70 m，平均7.69 m，夹矸为2～3层，不存在大型断裂和岩浆岩侵入以及陷落柱等构造，煤层顶板为砂质泥岩、粉砂岩及泥岩，底板为高岭质泥岩及粉、细砂岩。

2 煤层瓦斯含量整体变化趋势

2.1 瓦斯含量测定

王家岭煤矿通风实验室于2013年12月份建成并投入使用，配有瓦斯含量测定仪、瓦斯压力测定仪、瓦斯突出参数测定仪等成套仪器设备及其它大小仪器设备共计20件，可随时测定煤层瓦斯各项基础参数。2018年委托重庆煤科院测定了4号煤层一采区瓦斯基本参数，结果见表1。

表1 王家岭煤矿4号煤层一采区瓦斯基本参数测定情况

2.2 瓦斯含量整体变化趋势分析

煤层埋深是决定煤层瓦斯含量的因素之一。随着埋深的增加，一方面煤岩体的透气性变差，煤的吸附瓦斯量增加；另一方面瓦斯向地表运移的距离增长，因此采深越大瓦斯含量一般越高。

随着标高的加大，瓦斯含量增大。但两者并不是简单的线性关系，当标高相对较浅时，随着深度的增加，瓦斯含量增加较快，标高较深时，瓦斯含量增加相对较慢。

如图1所示，知王家岭4号煤层原始瓦斯含量和煤层埋深之间的规律符合以下方程：y=0.011 3x+0.977 1,R2=0.536 7,即埋深每增加100 m，瓦斯含量增加1.13 m3/min。此外，可利用测点数据和坐标[2-3]，绘制4号煤层的瓦斯含量等值线，预测未开采区域的瓦斯赋存情况。

图1 4号煤层原始瓦斯含量随埋深的变化趋势

3 煤层瓦斯涌出特性分析

3.1 煤层瓦斯涌出量预测分析

结合王家岭煤矿地勘时期的瓦斯含量测定数据，采用分源预测法对矿井分采区进行了瓦斯涌出量预测，预测结果见表2、表3。

王家岭煤矿瓦斯涌出来源主要是本煤层开采过程中瓦斯涌出及采空区瓦斯涌出，同时，邻近层瓦斯涌出量较小。

表2 矿井瓦斯涌出量预测结果

表3 回采工作面瓦斯涌出量构成预测结果

3.2 煤层瓦斯涌出量实测分析

2018年度王家岭煤矿瓦斯涌出量测定的相关人员经煤炭行业管理部门培训合格后，自行组织了矿井瓦斯涌出量测定工作，并取得集团公司批复。测定结果如下：

测定结果1：全矿井绝对瓦斯涌出量为31.55 m3/min，其中回采工作面、备用工作面、掘进工作面绝对瓦斯涌出量分别为13.52 m3/min、9.04 m3/min、2.16 m3/min，分别占全矿井绝对瓦斯涌出量的42.9%、28.7%、6.8%；其他通风行人巷道、采空区等地点绝对瓦斯涌出总量为6.83 m3/min，占全矿井绝对瓦斯涌出量的21.6%.

测定结果2：矿井布置有1个采区，采区风排瓦斯量为19.36 m3/min，抽采量为12.19 m3/min，其中回采工作面、备用工作面风排瓦斯量分别为6.74 m3/min、3.63 m3/min，抽采量分别为6.78 m3/min、5.41 m3/min。

根据2018年矿井瓦斯涌出量实测结果，知矿井瓦斯涌出量主要来源于采煤工作面，工作面瓦斯主要来源于本煤层和采空区涌出。

最终根据王家岭煤矿瓦斯涌出量预测结果和实测结果综合分析，确定王家岭煤矿4号煤层瓦斯涌出来源主要是采工区及本煤层开采过程中的瓦斯涌出。

4 煤层围岩的透气性

煤层本身、围岩性质及其透气性对煤层瓦斯含量有较大影响。煤层及其围岩透气性越大，瓦斯含量越小，反之则越大。煤层顶底板透气性低的岩层越厚，则煤层的瓦斯含量越高。通常泥岩、页岩、粉砂岩和致密的灰岩的透气性差，而中粗砂岩、砾岩或是裂隙溶洞发育的灰岩则透气性较好。目前，王家岭煤矿开采的4号煤层顶板为砂质泥岩、粉砂岩及泥岩，底板为高岭质泥岩及粉、细砂岩，透气性差，因此瓦斯含量较高。

5 地质构造

5.1 单斜构造

地质构造是影响瓦斯含量最重要的条件之一，王家岭煤矿井田总体为向西倾斜的单斜构筑，倾角一般为6°左右。结合图2所示，4号煤层瓦斯含量分布整体呈现出由东向西逐渐增大的趋势，与井田整体构造保持了较好的一致性，即井田位置较高瓦斯含量越小，反之则越大。

图2 4号煤层瓦斯含量等值线

5.2 断裂构造

断层对煤层瓦斯含量的影响比较复杂，一方面要看断层(带)的封闭性，另一方还要看与煤层接触的对盘岩层的透气性。开放性断层是煤层排放瓦斯的通道，当与煤层接触的对盘岩层透气性大时，瓦斯含量较低。封闭性断层且与煤层接触的对盘岩层透气性低时，隔断了深部煤层与地表的联系，可以阻止煤层瓦斯的排放，其煤层瓦斯含量较高。

目前王家岭煤矿4号煤层未发现较大断层，小型断层对瓦斯赋存影响不大，断距最大为1.8 m，经测定，断层附近煤层瓦斯含量均在2 m3/t左右，瓦斯涌出量较小。

6 冲刷带对瓦斯赋存的影响

冲刷带对瓦斯赋存的影响主要看进入冲刷带后煤层顶板透气性的变化情况，若顶板透气性增大则煤层瓦斯含量降低，反之则升高。

王家岭煤矿18102工作面运输巷、回风巷在掘进期间进入冲刷带后，瓦斯含量分别从4 m3/t、2.7 m3/t降至2 m3/t、1.3 m3/t。经分析，进入冲刷带前，煤层顶板以砂质泥岩为主，透气性差；进入冲刷带后，顶板以中、粗砂岩为主，透气性较大，瓦斯含量降低。

图3 18102胶带、回风巷进入冲刷带示意

7 结 语

1) 王家岭煤矿4号煤层瓦斯含量随煤层埋深增大而增大，瓦斯梯度为1.13 m3/(t·100 m)。

2) 王家岭煤矿4号煤层围岩的透气性差，利于瓦斯的存储。

3) 冲刷带对瓦斯赋存的影响主要看进入冲刷带后煤层顶板透气性的变化情况，若顶板透气性增大则煤层瓦斯含量降低，反之则升高。

4) 王家岭煤矿4号煤层瓦斯涌出来源主要是本煤层开采过程中瓦斯涌出及采空区瓦斯涌出。