基于Surfer的矿井瓦斯地质编图技术研究与应用

李凯

【摘  要】针对矿井瓦斯地质图传统绘制方法效率和准确率低，难以动态预测煤层瓦斯赋存和分布情况，论文提出了基于Surfer软件的矿井瓦斯地质编图方法，阐述了绘制矿井瓦斯地质图中瓦斯含量等值线的过程。通过在鹤煤中泰矿业3107和3108工作面的应用显示，Surfer软件在瓦斯地质管理中的应用，能够准确预测煤层瓦斯赋存和分布情况，划分工作面范围内的瓦斯富集区，为采取针对性的防突措施提供了重要的指导和参考。

【关键词】Surfer;瓦斯地质图;瓦斯含量等值线;瓦斯富集区

【中图分类号】TD171 【文献标志码】A【文章编号】1673-1069（2022）05-0129-03

1 引言

矿井瓦斯地质图能够揭示瓦斯地質规律和概括瓦斯预测成果，直观反映煤层瓦斯赋存状况，为矿井瓦斯灾害预测与防治工作、瓦斯抽采设计以及采掘工作面布置提供科学的指导。以往的矿井瓦斯地质图中各个瓦斯参数点都是彼此孤立的，当突出危险性指标达到或者超过临界值时，一般的解决办法是在超限点周围半径100 m范围内采取补充防突措施，但是瓦斯赋存状态受地质条件影响，在煤层中的分布并不是简单的一个面积范围，并且随着煤矿采掘工作面消突评价的执行标准愈加严格，对于区域突出危险性预测、区域措施效果检验不达标的采掘工作面，其突出危险程度和突出危险范围的大小以及采取防突措施达标后采掘工作面内是否仍存在瓦斯富集区等，都需要有一个明确的认识，只有这样才能在实施补充防突措施时做到有的放矢。为保证煤矿安全生产，确保实现采掘工作面消突，需要建立一个模型来动态预测采掘工作面的各项瓦斯参数，划分瓦斯异常区域范围，以指导防突措施的实施。

2 基于Surfer软件编制瓦斯地质图的目的

瓦斯在煤储层中的赋存和分布受地质条件控制，并存在明显的瓦斯地质规律。同时，瓦斯参数能够反映出控制瓦斯赋存的隐蔽地质构造分布情况。在同一个地质单元内，通过搜集整理已揭露的、有限的瓦斯地质资料，可建立瓦斯含量、瓦斯压力、瓦斯涌出量等煤与瓦斯突出危险性预测模型，划分出瓦斯参数的预测等值线，超前判识局部瓦斯富集区域的大小，指导煤层掘进、回采时的瓦斯防治措施及“四位一体”防突措施的具体执行。瓦斯含量、瓦斯压力以及瓦斯涌出量等值线是瓦斯地质图的重要组成部分，其中涉及大量实测数据，绘制这些等值线的传统方法是根据各实测点瓦斯参数，与煤层等高线相结合的绘图方法，不仅速度慢，效率和准确率低，且绘图的质量也存在较大差异。Surfer软件具有多种插值功能，能够有效地对瓦斯参数等数据进行处理，基于Surfer软件编制矿井瓦斯地质图，可以有效提高瓦斯地质图的准确性、制图质量以及制图效率[1-3]。

3 瓦斯地质图编制过程分析

本文以鹤煤中泰矿业三一采区3108工作面残余瓦斯含量预测等值线为例，分析Surfer软件在瓦斯地质图绘制中的应用过程。

3.1 建立基本数据源

首先对3108工作面实测的残余瓦斯含量及孔深等数据进行统计，使用AutoCAD软件标明其坐标位置，在Excel中建立瓦斯含量数据库，其中第一列为区域内实测点的X坐标，第二列为Y坐标，第三列为实测瓦斯含量值。其次根据绘图区域大小及区域内断层等地质构造划分出数据边界点及空白区域。

3.2 利用Surfer软件绘制瓦斯含量等值线

①建立网格文件。打开建立的瓦斯含量数据文件，选择合适的数据插值方法。根据该工作面实际情况选用克里金（Kriging）插值法[4，5]生成网格文件，即完成煤层瓦斯含量测点网格化。

②生成等值线。在Surfer软件中选择菜单命令“地图”→“等值线图”→“新建等值线图”，选择并打开网格文件，即绘制完成瓦斯含量初始等值线，如图1所示。

③修改等值线。根据绘制的瓦斯含量初始等值线图，在等值线属性对话框中可对等值线之间填充颜色、增减或移动等值线标注及等级等进行修改，即可得到瓦斯含量等值线，如图2所示。

④输出等值线。将以上修改后的瓦斯含量等值线图与瓦斯地质图进行合并，得到整个采掘工作面范围内的瓦斯含量等值线，并利用AutoCAD软件完善瓦斯含量等值线图。由图3可以看出，瓦斯含量预测等值线与已知的实测点瓦斯含量基本吻合，说明基于Surfer软件编制的矿井瓦斯地质图具有较高的准确性。

4 应用效果分析

基于Surfer软件编制矿井瓦斯地质图的方法首先应用在鹤煤中泰矿业三一采区3107、3108这两个回采工作面，通过绘制瓦斯参数等值线，预测并划分工作面内瓦斯富集区，以采取针对性的防突措施，确保取得较好的瓦斯防治效果。

4.1 试验地点概况

鹤煤中泰矿业位于鹤壁矿区北部，所采二1煤层是井田范围内唯一可采煤层，属煤与瓦斯突出煤层。3107工作面位于鹤煤中泰矿三水平一采区，该工作面相邻采空区较多为孤岛煤柱工作面，工作面沿二1煤层底板回采，煤层埋藏较深，周围及巷道附近应力集中程度高，压力较大，且位于突出危险区，因此导致工作面范围内瓦斯含量较大。3108工作面位于该矿三水平一采区的3个采空区正下方，为二层回采工作面，视为“零距离”保护层掩护工作面，可不采取区域防突措施，采用直接测定回采区域煤层残余瓦斯含量的方法进行效果检验。

4.2 Surfer软件在瓦斯地质管理中的应用

在3108工作面上下顺槽内布置18个瓦斯含量检验钻孔，钻孔间距45～48 m，孔深45～60 m，由13号钻孔测得该工作面最大残余瓦斯含量为5.3 m³/t。通过已揭露的这些瓦斯含量点数据，使用Surfer软件绘制瓦斯含量预测等值线，可以清楚地了解3108工作面瓦斯赋存状况。如图3所示，在采取“零距离”保护层开采后，3108工作面残余瓦斯含量均在6 m³/t以下，瓦斯防治取得了较好的效果，不存在瓦斯富集区。但其中残余瓦斯含量在5 m³/t以上的椭圆形区域（长26 m，宽29.4 m）瓦斯含量相对较大，在回采至此区域内时应适当增加煤层注水钻孔数量等瓦斯防治措施。

按照同样的方法，在3107煤柱工作面内更能体现出Surfer软件对于瓦斯富集区划分的特点。3107工作面以对接巷为界，划分为前期和后期工作面。3107工作面四周均临近采空区，前期工作面内老巷较多，斜长又短，瓦斯已得到充分释放，实测残余瓦斯含量值均小于6 m³/t。后期工作面实测12号钻孔瓦斯含量为6.3 m3/t，15号钻孔瓦斯含量为7 m³/t。根据实际测定的3107工作面33个残余瓦斯含量检验钻孔的瓦斯含量值，利用Surfer软件绘制瓦斯含量预测等值线，3107前期工作面内无瓦斯富集区，因此，主要展示Surfer软件在后期工作面内判识瓦斯富集区的应用特点。

由图4可以看出，在3107后期工作面超限点钻孔附近存在瓦斯富集区域，此范围内瓦斯含量梯度较大，说明煤层透气性系数较低，可能存在一定的应力集中或利于瓦斯积聚的小构造，其中瓦斯含量在6 m³/t以上的不规则区域最长110.8 m。在采取补充防突措施时，应在此区域内增加瓦斯抽放钻孔，检验测点也宜布置在此范围内。

由现场试验结果表明，在采取补充防突措施后，检验3107工作面残余瓦斯含量均在6 m³/t以下，根据补充的检验测点瓦斯含量绘制3107工作面瓦斯含量等值线中不存在瓦斯富集区，因此，评判3107后期工作面防突措施有效。

5 结语

①利用Surfer软件绘制矿井瓦斯地质图，可通过有限的瓦斯参数准确绘制预测等值线，具有较高的可靠性、制图效率和较好的制图质量。

②将Surfer软件应用在瓦斯地质管理中，能够准确地预测煤层瓦斯赋存和分布情况，有效地划分瓦斯富集区域，为瓦斯治理及煤矿安全管理提供了指导依据，是采取瓦斯防治针对性措施的一个重要参考资料。

【参考文献】

【1】邵海，李春香，蒋星星，等.矿井瓦斯地质图自动生成方法研究[J].煤炭技术，2020，39（2）：46-48.

【2】赵方，周荣福，耿咏梅，等.Surfer与AutoCAD结合在绘制等值线中的应用[J].地理空间信息，2011，9（2）：46-48+8.

【3】赵宇，王志新.Surfer软件借助AutoCAD实现计算机绘制煤层顶底板等高线图[J].煤炭技术，2005（4）：101-102.

【4】林海飞，陈勇，李树刚，等.Surfer和AutoCAD软件在编制矿井瓦斯地质图中的应用[J].中国煤炭，2010，36（9）：88-90.

【5】張淦星，杨胜强，展勇，等.煤矿瓦斯地质图中绘制等值线的技巧[J].煤炭技术，2015，34（4）：180-182.