平顶山天安煤业九矿有限责任公司 河南平顶山 467000
摘要：通过地质构造和钻孔取样瓦斯资料的分析，较详细地了解中兴煤矿2号煤层的瓦斯成分、含量、分布及其地质特征。研究表明：瓦斯赋存和含量同时还受顶底板岩性、煤层埋深、煤层上覆基岩厚度、底板标高等因素的控制和影响。
关键词：地质规律；瓦斯含量；构造
随着煤炭资源开采的强度和深度的不断增加，矿井瓦斯对煤矿安全生产的威胁将日趋严重，成为危害煤矿安全生产的主要因素之一。通过地质构造和钻孔取样瓦斯资料的分析，详细地了解中兴煤矿2号煤层的瓦斯成分、含量、分布及其地质特征。
1、矿井概况
中兴煤矿原为山西晋煤实业开发公司在交城县创办的聚鑫煤矿，矿井采用斜井开拓，采煤方法为长壁式采煤法，中兴煤矿主采2号煤层，其平均值33.38 m3/t，绝对瓦斯涌出量为7.71~55.37 m3/min，平均值39.77 m3/min。2号煤层瓦斯成分见表1。
表1 2号煤层瓦斯含量测定结果
2、矿井瓦斯地质规律
2.1 煤层埋藏深度及上覆基岩厚度对瓦斯赋存的影响
随着煤层埋藏深度和上覆基岩厚度的增加，煤层气主要成分甲烷的浓度增加，含量也增大。这说明煤层埋藏越深，上覆基岩厚度越大，瓦斯向地表运移的距离越长，同时地应力增高使煤层及围岩的透气性变差，煤层瓦斯越难通过覆盖地层逸散，瓦斯含量就越高。依据表1，回归分析瓦斯含量（y）与埋藏深度（x）的关系（图1），线性相关性较好，相关系数r=0.6423。建立了如下数学模型：
（1）
式中 y—瓦斯含量，m3/t•daf；
x—煤层埋深，m；
r—相关系数。
图1 2号煤层埋深与瓦斯含量关系图
依据表1，回归分析瓦斯含量（y）与上覆基岩厚度（x）的关系（图2），线性相关性较好，相关系数r=0.7702。建立了如下数学模型：
（2）
式中 y—瓦斯含量，m3/t•daf；
x—煤层上覆基岩厚度，m；
r—相关系数。
图2 2号煤层上覆基岩厚度与瓦斯含量关系图
2.2 顶、底板岩性对瓦斯赋存的影响
围岩的透气性对煤层瓦斯含量有着重要的影响，直接顶板属泥岩、炭质泥岩或砂质泥岩，一般透气性不好，对煤层中瓦斯起封闭作用，2号煤层的直接顶板以灰色、灰黑色泥岩或砂质泥岩为主，有利于瓦斯赋存。瓦斯含量总的变化趋势随着顶板泥岩厚度的增加而变大，相关性较好。
3、瓦斯含量分布及预测研究
通过前文定性、定量分析，可以看出煤层埋藏深度、上覆基岩厚度、顶底板泥岩厚度、底板标高是影响2号煤层瓦斯含量分布的重要因素，其关系见表3。
表3 煤层瓦斯含量与主要因素关系表
注：y—煤层瓦斯含量；x—表中所对应的主要因素。
由表3可知，2号上覆基岩厚度、顶底板泥岩厚度、底板标高对瓦斯
含量的影响都较大，相关系数都在0.7以上；煤层埋藏深度对瓦斯含量的影响也较大，相关系数0.65左右。
由瓦斯含量与煤层埋深回归方程（1）得：
301 m处的瓦斯含量趋势值是2 m3/t•daf；
440 m处的瓦斯含量趋势值是4 m3/t•daf；
579 m处的瓦斯含量趋势值是6 m3/t•daf；
717 m处的瓦斯含量趋势值是8 m3/t•daf；
856 m处的瓦斯含量趋势值是10 m3/t•daf；
瓦斯含量梯度为1.44 m3/t•daf / 100 m。
2号煤层为低中灰、低硫的焦煤。若以瓦斯含量2 m3/t•daf作为划分瓦斯风化带下界的指标值，深度为301 m，结合钻孔瓦斯测试数据分析，井田2号煤层基本处于沼气带内，为高瓦斯矿井。
2号煤层瓦斯含量变化具有以下特征：
（1）2号煤层埋深为384.05~825.3 m，瓦斯含量为2.15~11.94 m3/t•daf。煤层瓦斯含量随煤层埋深的增大而增大，随甲烷组分含量的增加而增高。
（2）地质构造是瓦斯赋存的主要控制要素之一，瓦斯含量随着构造的变化而发生变化。在井田西部及东南部向斜轴部瓦斯含量较高，而井田东北部背斜轴部瓦斯含量较低，且随着井田中西部褶皱构造的叠加，瓦斯含量亦增大。
5、结 论
（1）依据矿井地质构造特征、煤层埋深、顶底板岩性等要素对煤层瓦斯的控制作用进行分析，可知井田内发育的断层及褶曲影响煤层瓦斯的赋存，在井田西部及东南部向斜轴部瓦斯含量较高，而井田东北部背斜轴部瓦斯含量较低，且随着井田中西部褶皱轴部的叠加，瓦斯含量亦增大。
（2）瓦斯赋存规律受煤层埋藏深度及上覆基岩厚度的影响，随着煤层埋藏深度加大、上覆基岩厚度加大，瓦斯含量就越高；瓦斯赋存规律与煤层顶、底板岩性关系较密切，瓦斯含量总的变化趋势随着顶板泥岩厚度的增加而变大，相关性较好；底板标高变化对瓦斯含量的影响较明显，瓦斯含量总的变化趋势随着煤层底板标高的增加而变小。
参考文献：
[1] 张子敏. 瓦斯地质学[M]. 徐州：中国矿业大学出版社，2009.
[2] 张子敏，张玉贵. 瓦斯地质规律与瓦斯预测[M]. 北京：煤炭工业出版社，2006.
[3] 张玉贵. 构造煤演化与力化学作用[D]. 太原：太原理工大学，2006.
[4] 俞启香. 矿井瓦斯防治[M]. 徐州：中国矿业大学出版社，1992：14-18.
论文作者:任艳普
论文发表刊物:《基层建设》2018年第27期
论文发表时间:2018/9/18
标签：瓦斯论文; 煤层论文; 含量论文; 基岩论文; 泥岩论文; 厚度论文; 底板论文; 《基层建设》2018年第27期论文;