信湖煤矿瓦斯赋存规律研究及涌出量预测

张 伟 贲世连

（安徽省煤田地质局水文勘探队，安徽 宿州 234000）

信湖煤矿处于淮北煤田西南部，为新建矿井。主要含煤地层为二叠系，含10 个煤组，可采煤层7层，其中3、81、82煤层为大部可采较稳定煤层，53、6、7、11 煤层为局部可采不稳定煤层。矿井设计产能3.00 Mt/a，立井、分区开拓、分区通风、集中出煤的开拓方式；一水平标高-960 m，二水平标高-1160 m。矿井按高瓦斯矿井建设，目前准备81采区，设计首采面818 工作面，主采8 煤组。

1 瓦斯含量及分布特征

1.1 瓦斯含量分布特征

矿井勘查至建井阶段可利用可采煤层瓦斯样点280 个。CH4含量两极值在0～18.55 m3/t 之间，平均值为1.63 m3/t。测试结果见表1。

表1 信湖煤矿各煤层瓦斯测试成果汇总表

本次利用各瓦斯样点瓦斯含量高点分布相对集中，大部分低点分布，高点主要集中在正断层DF19 与F6 之间、14-15 线与22 线之间，形成一个闭合区。瓦斯含量中部逐渐向边界大断层递减，DF19 断层附近瓦斯含量几乎为0，F6 断层西翼存在信湖向斜，虽然信湖向斜两翼存在轴部围岩压力大，瓦斯不易散出，但向斜轴西翼大断层发育，增加瓦斯运移通道，瓦斯含量逐渐向西变小。

（1）瓦斯相对富集区位于DF19、DF13 断层以西、F6 断层以东，呈不规则状分布。CH4含量＞8 m3/t 的采样点大多数位于16-18 勘探线之间的块段内。2019-2 孔位于818 工作面上，82煤层瓦斯含量高达18.55 m3/t，是该矿区现有资料中的最大值。

（2）各煤层垂向上由上至下瓦斯含量有递增趋势，3 煤最低，平均值为0.83 m3/t，82煤最高，平均值为2.23 m3/t，其余煤层均存在不确定性，但瓦斯含量平均值均小，最小值为7 煤0.25 m3/t。

（3）地面钻孔解吸瓦斯显示，81、82煤有16个点瓦斯含量＞8.00 m3/t，其余采样点瓦斯含量均＜8.00 m3/t。井下各煤层实测瓦斯含量1.08～5.24 m3/t，实测最大瓦斯含量为81煤5.24 m3/t。同一区域内钻孔采集解析瓦斯含量比井下实测瓦斯含量偏大。

该矿首采81 采区瓦斯地质赋存规律示意图如图1、图2。

图1 81 煤层瓦斯地质示意图

图2 82 煤层瓦斯地质示意图

1.2 瓦斯成分分布特征

该矿煤层中瓦斯成分构成主要为CH4和N2，CO2所占比例较小，重烃含量甚微，绝大多数样品为0。总体特征为：CH4两极值0%～95.04%，平 均 值15.4%；CO2两 极 值0.43%～97.46%， 平均值14.42%；N2两极值1.33%～98.63%，平均值69.61%。

各 样 品 瓦 斯 成 分 中CO2＞20%、CH4＞80% 的所占比例都较小，且垂向上分布极为分散，最浅为-465.64 m，最深为-1 378.23 m。瓦斯成分中CO2＜20%、N2＞20%、CH4＜20%占主导趋势，总体处于瓦斯风化带中之N2-CH4带，局部为CH4带[1-5]。

2 影响瓦斯赋存特征因素分析

煤层瓦斯的形成、分布和赋存特征受瓦斯地质规律的控制。煤层瓦斯含量受多种地质因素的制约，如煤质、埋藏深度、构造、煤的物理化学性质、煤层顶底板岩性等，不同矿区，各种地质因素施加影响的显著性可能是不相同的[6-9]。结合以上各种地质条件，对该矿井瓦斯赋存规律进行了简单分析，结果如下：

（1）煤层埋深对瓦斯的影响

从各可采煤层瓦斯含量特征看，瓦斯含量与煤层埋深均呈线性关系，随煤层埋深增加瓦斯含量增大，说明深度应是影响本矿井瓦斯含量的主要因素。

（2）构造对瓦斯的影响

从构造看，信湖煤矿位于宿南向斜西部，总体形态为一单斜构造，呈浅部陡深部缓的趋势。受断层影响，发育信湖向斜、董心楼向斜和孙大庄背斜。

该矿井断层较发育，正断层886 条，逆断层3 条。对于正断层，有利于瓦斯逸散，因此，构造对该矿井瓦斯赋存影响较大。

（3）煤层顶、底板岩性对瓦斯的影响

煤层瓦斯的积聚或逸散，受煤层顶底板岩性成分、粒度、孔隙度、裂隙等影响较大。孔隙与裂隙发育的砂岩其透气系数非常大，一般比致密而裂隙不发育的泥岩、砂质泥岩等岩类透气系数高出几百倍。当煤层顶板为砂岩时，瓦斯易于逸散；顶板为砂质泥岩或泥岩时，孔隙度小，透气性能差，对瓦斯封闭条件较好，容易形成瓦斯聚集。

该矿各煤层顶板多以泥岩、砂质泥岩为主，少量粉、细砂岩，底板多为泥岩和砂质泥岩，有利于瓦斯的富集。

3 矿井瓦斯涌出量预测

根据81采区井下瓦斯含量实测数据，建立回归分析煤层埋藏深度与瓦斯含量的关系，对81采区不同标高处瓦斯含量进行预测，具体见表2。

表2 81 煤瓦斯含量计算表

根据表2 数据做81煤瓦斯含量与煤层埋深关系散点图（图3），得出81煤层瓦斯含量y随煤层底板标高x关系式为：

图3 81 煤瓦斯含量与煤层标高的关系

式中：y为瓦斯含量，m3/t；x为煤层底板标高，m。

根据表3 数据做82煤瓦斯含量与煤层埋深关系散点图（图4），得出82煤层瓦斯含量y随煤层底板标高x关系式为：

图4 82 煤瓦斯含量与煤层标高的关系

表3 82 煤瓦斯含量计算表

式中：y为瓦斯含量，m3/t；x为煤层底板标高，m。

根据回归方程可知，81煤层-1160 m 水平瓦斯含量为6.37 m3/t；82煤层-1160 m 水平瓦斯含量为4.39 m3/t，小于《防治煤与瓦斯突出细则》的临界值8 m3/t，均无突出危险。

4 结论

（1）从各可采煤层瓦斯含量特征看，煤层瓦斯含量与煤层埋深均呈线性关系，随煤层埋深增加瓦斯含量增大，说明深度应是影响该矿井瓦斯含量的主要因素。

（2）经地面钻孔采集解析与井下测试对比，各煤层均无煤与瓦斯突出危险性。瓦斯含量同一区域地面钻孔采集解析值与井下实测值比偏大，建议以井下实测瓦斯含量为准，地面钻孔采集的瓦斯含量为参考。

（3）各煤层目前未发现瓦斯突出现象，瓦斯等级为低瓦斯矿井。矿井地面钻孔取得瓦斯含量最大值超过8 m3/t，按照《煤矿地质工作规定》划分标准，瓦斯地质类型为复杂类型。随着矿井采掘范围增大，具备条件时应及时进行煤与瓦斯突出危险性鉴定，测定煤层原始瓦斯压力、含量等相关参数，指导矿井建设、生产和瓦斯治理。