火石咀煤矿瓦斯赋存规律分析研究

郝德会

（陕西火石咀煤矿有限责任公司，陕西 咸阳 713500）

1 矿井概况

火石咀煤矿位于陕西彬县县城西北约4 km 处，行政区划属城关乡管辖，地理坐标为东经108°01′15″～108°06′00″，北纬35°03′45″～35°07′15″。煤矿西部与小庄煤矿为界，北部与文家坡煤矿为界，南部以西安—平凉铁路为界，东部以4-2煤层可采边界为界。

2 煤层瓦斯勘查

2.1 勘查阶段测试瓦斯含量

在煤田各勘查阶段，对4-2煤层取芯进行了瓦斯含量测试，一共在13 个孔（210、212、GP4、GP5、GP8、GP9、GP12、GP13、GP16、H2、H3、H5、H6）进行测试，采集了15 个瓦斯含量数据。4-2煤层干燥无灰基瓦斯含量为0.00～0.86 m3/t，极其微弱，平均为0.08 m3/t，只有H3 号孔瓦斯含量较高，达到0.86 m3/t，见表1。

表1 各勘查阶段瓦斯含量数据统计表

2.2 井下瓦斯含量测试

依据井下测试资料，火石咀煤矿在井下对210 处进行了瓦斯采样测试。井下瓦斯测试结果表明：火石咀煤矿煤层瓦斯含量为0.10～1.89 m3/t，瓦斯含量整体较低。

2.3 煤层瓦斯成分

火石咀煤矿在各勘查阶段共采集了瓦斯样品15个，自然瓦斯成分以N2为主，如表2 所示，N2成分最高值99.05%（GP4 孔）。据瓦斯分带标准为CO2—N2带。

表2 各勘查阶段瓦斯成分数据统计表

3 矿井瓦斯赋存规律

3.1 瓦斯含量影响因素分析

煤层厚度对瓦斯赋存的影响，煤层既是生气层，也是储集层，在相同的保存条件下，一般厚煤层较薄煤瓦斯含量高。绘制了瓦斯绝对涌出量与4-2煤层厚度的散点图，如图1 所示。区内瓦斯含量与煤层厚度间表现出微弱的相关性，即随着煤层厚度的总体增大，瓦斯含量有缓慢增大的趋势，但这种相关性可能因其他因素的影响表现得不十分显著[1]。

3.2 煤层埋深及上覆基岩厚度对瓦斯赋存的影响

根据煤田各勘查阶段资料，火石咀煤矿4-2煤层埋深270～700 m，一般埋深为480 m 左右。矿井南部由于地表流水侵蚀切割，埋藏较浅，而中部较深，一般在550 m 以上。煤层埋藏较深，煤层上覆基岩厚度较厚，变化不大，埋深和上覆基岩厚度总的变化规律是矿井东、西及南部埋深较浅，向北部变深。目前生产区域集中于煤田的中南部、煤层埋深比较浅的区域，煤层瓦斯涌出量较小且变化不大。对回采工作面瓦斯绝对涌出量进行分析发现，随着煤层深度加深而变大，煤层瓦斯涌出量会略有增大。

3.3 顶底板岩性对瓦斯赋存的影响

火石咀煤矿主要可采煤层4-2煤层直接顶板以细粒砂岩、粉砂岩为主，个别钻孔为粗粒砂岩、中粒砂岩、泥岩和砂质泥岩。在GP1、GP9、160 三个钻孔出现伪顶，厚度0.37～0.5 m，煤层伪顶随煤层开采而垮落。煤层的直接顶板大部分为砂岩，且透气性差的泥岩厚度不大，煤系上覆基岩不致密，透气性好，不利于煤层瓦斯的赋存。煤层底板虽然多为砂质泥岩或粉砂岩，但厚度不大，煤系下伏基岩不致密，透气性能好，不利于煤层瓦斯的储存。

3.4 断层、褶皱构造对瓦斯赋存的影响

火石咀煤矿位于大佛寺向斜的东部以及彬县背斜的北部，为一倾向北西的单斜构造，断裂构造极不发育，因此，瓦斯的赋存及其变化特点主要受褶曲分布的控制和影响。由于在大佛寺向斜的基础上发育了西部隆起和中部弧形波谷，故其对煤田北部瓦斯的赋存有一定影响。火石咀煤矿向斜的弧形波谷区域瓦斯赋存量较大，而西部隆起部位瓦斯赋存量较小。同时靠近大佛寺向斜轴部瓦斯含量明显高于靠近彬县背斜轴部的瓦斯含量。

影响火石咀煤矿瓦斯赋存的主要因素为褶曲构造。依据矿井的瓦斯地质图，瓦斯涌出量相对较大（绝对涌出量大于2 m3/min）的区域主要分布在矿井北部的弧形波谷内，其和大佛寺向斜展布方向基本一致，而且越靠近向斜轴部，越有增大的趋势（预测绝对涌出量大于3 m3/min），沿着弧形波谷轴部，向两侧瓦斯涌出量依次递减。这说明向斜有利于瓦斯的储存，是良好的储气构造。矿井北部（即靠近大佛寺向斜轴部）明显比矿井南部（彬县背斜）的瓦斯含量高。矿井绝对瓦斯涌出量低的地方主要分布在煤田的南部，和彬县背斜展布的方向基本一致，这说明背斜构造不利于瓦斯的赋集。

4 矿井瓦斯量、瓦斯涌出量预测及预防措施

4.1 矿井瓦斯涌出量

通过系统地收集了火石咀煤矿2006—2021 年的瓦斯涌出量资料，包括8506、8508、8510、8512、8603、8612、8709、8710 等掘进工作面和8712 回采工作面的瓦斯涌出量，火石咀煤矿近些年绝对瓦斯涌出量均小于5 m3/min。

4.2 矿井回采工作面瓦斯涌出量预测

根据前述分析结果，火石咀煤矿4-2煤层处于构造简单和瓦斯赋存地质条件简单区内，构造对主要可采煤层破坏作用不大，但对瓦斯赋存起到一定的控制作用，整体的分布规律受煤田内的大佛寺向斜和彬县背斜褶曲控制，从而导致煤层埋深、含煤岩系厚度、煤层厚度以及瓦斯分布出现同步变化的规律，即在向斜区域煤层埋藏较深，主要可采的4-2煤层厚度较大，瓦斯赋存量较大，矿井瓦斯涌出量也较大，而在背斜区域，情况相反。

根据4-2煤层已采区域回采工作面绝对瓦斯涌出量与煤层厚度所建立的相关关系式，利用未采区域钻孔揭露的4-2煤层厚度资料，对4-2煤层未采区的回采工作面绝对瓦斯涌出量进行预测，预测区绝对瓦斯涌出量均小于3 m3/min，煤田内瓦斯赋存条件简单，瓦斯涌出量较小，对煤矿生产安全威胁不大，容易造成矿方对瓦斯地质资料的收集和保存忽视，导致后期资料利用困难，建议煤矿今后加强瓦斯地质资料的收集与管理。

4.3 瓦斯对矿井安全影响分析及预防措施

加强通风，矿井通风是防止瓦斯聚积的基本措施，只有供风稳定、连续、合理，才能保证及时冲淡和排除瓦斯。加强地质构造及瓦斯赋存的超前探测工作，超前探明煤层及地质构造赋存情况，切实掌握4-2煤层的瓦斯赋存及其变化情况。当4-2煤层瓦斯赋存变化较为明显或作业过程中出现瓦斯涌出异常或突出预兆时，应立即停止作业活动，申请相关资质单位重新对4-2煤层进行煤与瓦斯突出危险性鉴定。矿井在采掘过程中注意煤层赋存及瓦斯动态变化，并观察采掘活动中的瓦斯异常涌出、钻孔喷孔、钻屑粒度增多或变粗等异常现象，应及时采取安全技术措施，预防动力灾害发生。

5 结论

1）火石咀煤矿在井下对210 处进行了瓦斯采样测试，测定的4-2煤层瓦斯含量处于0.10～1.89 m3/t 之间，平均值1.09 m3/t。瓦斯含量测试中所有测点瓦斯含量小于4 m3/t，火石咀煤矿地质类型为“简单”型。

2）火石咀煤矿2005—2018 年矿井瓦斯绝对涌出量变化在1.73～4.46 m3/min 之间，相对涌出量变化在0.66～4.25 m3/t 之间，瓦斯等级划分为低瓦斯矿井。