文/趙仁樂

瓦斯是煤礦生產(chǎn)過程中與煤伴生的有害氣體，既威脅煤礦安全生產(chǎn)，又容易影響環(huán)境。對賦存于煤層中并具有一定儲量的瓦斯進行抽采，不僅可以獲得安全效益，而且能夠獲得經(jīng)濟效益。一般情況下，地質(zhì)構造、煤層厚度、煤層埋深、煤層圍巖、水動力條件、巖漿巖等都會影響煤層瓦斯的賦存。

基于此，為了掌握邱集煤礦東八采區(qū)的瓦斯賦存特征，以便進行有效治理，技術人員測試了該采區(qū)的各項瓦斯參數(shù)，分析了其指示意義，計算了該采區(qū)的瓦斯儲量，探討了該采區(qū)煤層瓦斯賦存特征的影響因素。結(jié)果表明：邱集煤礦東八采區(qū)煤層瓦斯放散初速度大，煤體結(jié)構破碎，瓦斯含量與壓力中等、滲流能力高，煤層吸附能力一般，適合應用瓦斯抽采方法治理該采區(qū)的瓦斯；該采區(qū)瓦斯儲量約5.858×106m3；影響瓦斯賦存的主要地質(zhì)因素為斷層、煤

層頂?shù)装鍘r性和埋藏深度。

通過上述對邱集煤礦東八采區(qū)瓦斯賦存特征的系統(tǒng)分析和探究，為礦井瓦斯安全風險防控提供了理論指導和實踐借鑒。

一、礦井地質(zhì)概況

1.地質(zhì)構造

邱集煤礦的大地構造位置為華北板塊（Ⅰ級）魯西地塊（Ⅱ級）魯中隆塊（Ⅲ級）泰山-沂山隆起（Ⅳ）東阿-齊河潛凸（Ⅴ級）。井田整體為向北平緩傾斜的單斜構造，地層走向50°，北西傾向，傾角一般5°～8°，南側(cè)為泰山凸起，出露太古代變質(zhì)巖及古生代地層，在井田內(nèi)出現(xiàn)新生代沉積，保留隱伏煤系地層，成為黃河煤田，期間發(fā)育小規(guī)模褶皺，構造復雜程度中等。

2.煤層與瓦斯

邱集煤礦為全隱蔽式井田，全部被第四系覆蓋，井田地層自下而上依次為奧陶紀馬家溝組，石炭-二疊紀月門溝群本溪組、太原組、山西組，二疊紀石盒子組、新近系和第四系（圖1）。主要含煤地層為山西組和太原組，平均總厚度為249.27m。可采煤層為7、10、11、13四層，均賦存于太原組，煤層平均厚度9.19m，可采煤層的含煤系數(shù)為3.9%。其中，7、10兩個上部煤層平均厚度之和為2.13 m，占可采煤層總厚度的23.2%，因此為本井田先期開采的煤層。

東八采區(qū)主采煤層為7煤。本區(qū)7煤層位于上石炭統(tǒng)太原組中上部，厚約45m，該層段含煤3層（5、6、7層煤），以砂巖、泥巖為主，夾粉細砂巖互層、灰?guī)r及煤層，所含煤層除7煤可采外，其余均不可采。7煤為黑色，塊狀、粒狀、粉狀伴生，塊狀煤體具玻璃光澤，以亮煤為主，次為暗煤，夾少量鏡煤條帶，以條帶狀結(jié)構和層狀結(jié)構為主，局部含黃鐵礦結(jié)核，煤層局部夾矸一層，偶見兩層。

二、瓦斯參數(shù)及分析

1.瓦斯參數(shù)

技術人員研究測定了邱集煤礦東八采區(qū)的瓦斯放散初速度、煤的堅固性系數(shù)、透氣性系數(shù)、煤層瓦斯含量、瓦斯壓力、吸附常數(shù)等（表1）。除煤層瓦斯壓力、煤層瓦斯含量井下直接解吸部分的測定在井下現(xiàn)場進行外，其余參數(shù)測定均在中國礦業(yè)大學煤礦瓦斯治理工程研究中心檢驗檢測實驗室內(nèi)完成。22.05m2·MPa-2·d-1，均高于 10m2·MPa-2·d-1，屬于容易抽采的煤層，室內(nèi)滲透率測試顯示該采區(qū)煤層滲透率在4mD以上，滲流能力較高，利于瓦斯抽采及治理。

測定結(jié)果顯示，采區(qū)煤的吸附常數(shù)a值為17.79 m3/t，b值為 0.71MPa-1。 從吸附常數(shù) a、b值來看，煤層的吸附能力一般。

3.瓦斯儲量

儲量計算單元的邊界，最好由查明的各類地質(zhì)邊界，如斷層、地層變化（變薄、尖滅、剝蝕、變質(zhì)等）、含氣量下限、煤層凈厚下限（0.5～0.8m）等邊界確定；若未查明地質(zhì)邊界，主要由達到產(chǎn)量下限值的瓦斯井圈定，由于各種原因也可由礦權區(qū)邊界、自然地理邊界或人為儲量計算線等圈定。采區(qū)儲量計算邊界和區(qū)塊位置見圖2，南以7煤底板標高-620m和7煤的沉積缺失邊界為界，北、東以礦區(qū)邊界為界。

表1 采區(qū)瓦斯參數(shù)

圖2 東八采區(qū)煤層底板等高線及瓦斯儲量計算區(qū)塊圖

2.瓦斯參數(shù)指示意義

采區(qū)瓦斯放散初速度較大，介于14.00～16.00m3·min-1，增加了割煤瞬間瓦斯的管控難度。采區(qū)煤的堅固性系數(shù)介于0.44～0.59，表明該采區(qū)煤層的煤體結(jié)構較為破碎，與該區(qū)7煤塊狀、粒狀、粉狀相伴生的煤體結(jié)構相吻合。采區(qū)煤層瓦斯含量為5.08m3/t，瓦斯壓力為0.54MPa，煤層瓦斯含量與壓力中等。

煤層透氣性表征煤層對瓦斯流動的阻力，反映瓦斯沿煤層流動的難易程度，通常用透氣性系數(shù)來衡量。煤層透氣性系數(shù)是評價煤層瓦斯能否實行預抽的基本參數(shù)。其物理意義是：在1m長煤體上，當壓力平方差為1MPa2時，通過1m2煤層斷面，每晝夜流過的瓦斯量 （m3）。采區(qū)實測煤層透氣性系數(shù)為14.84～應用體積法計算煤層瓦斯的儲量，計算公式為：

式中：W1—可采煤層瓦斯儲量m3；

A—煤層含氣面積，取 51.25×104m2；

H—煤層真厚度，取1.4m；

D—煤的容重，取1.34t/m3；

C—瓦斯含量，取5.08m3/t；

計算得W1=48.82×105m3

式中：W—瓦斯地質(zhì)儲量，m3；

K—兼顧鄰近層及圍巖的瓦斯儲量，取0.20；

計算得 W=5.86×106m3。

三、瓦斯賦存影響因素

1.斷層

斷層破壞了地層的連續(xù)性，改變了瓦斯的保存與逸散環(huán)境。一般而言，壓性或壓扭性斷層利于瓦斯保存，張性斷層利于瓦斯逸散。此外，小斷層發(fā)育的密集程度在一定程度上影響煤層的瓦斯含量，小斷層越密集，構造應力越大，煤體結(jié)構破壞越嚴重，裂隙越發(fā)育，煤層中吸附態(tài)的瓦斯易向游離態(tài)轉(zhuǎn)化，導致小斷層發(fā)育區(qū)瓦斯含量較小，而瓦斯涌出量卻較大。礦區(qū)內(nèi)發(fā)育有兩組較大斷層，以北東～北北東向斷層為主，近東西向斷層次之，主要為張性正斷層，由于據(jù)東八采區(qū)較遠，對該采區(qū)瓦斯含量影響不大；但是，礦井經(jīng)過井筒、大巷等開拓工程，以及采區(qū)工作面，共揭露100余條小斷層，落差大都在5m左右，平均652條/km2，且有部分斷層就處于該采區(qū)的邊界部位（圖2），表明該采區(qū)所處的構造應力較大，瓦斯含量較小而涌出量可能很大。

2.頂?shù)装鍘r性

含煤地層的巖性組合及其透氣性對煤層瓦斯含量有重大影響，煤層圍巖條件影響煤層頂?shù)装鍘r性及透氣性，其好壞直接影響瓦斯賦存量的大小。東八采區(qū)7煤位于太原組中上部，老頂主要為粉、細砂巖，厚度6.06m，直接頂為泥巖，厚度2.26m，直接底為粘土巖，老底為中砂巖。該采區(qū)煤層直接頂為泥巖且較厚，隔氣性較好，利于煤層對瓦斯的保存；直接底為粘土巖，也有利于瓦斯的保存。因此，該采區(qū)煤層頂?shù)装宸浅Ｓ欣诿簩訉ν咚沟谋４妗?/p>

3.埋藏深度

埋藏深度與瓦斯賦存特征存在較大關系。隨著煤層埋藏加深，地應力增加，煤層中的瓦斯逐漸由游離態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槲綉B(tài)，不利于瓦斯的逸散；同時，煤的變質(zhì)程度增強，瓦斯生成量增加。在瓦斯風化帶以深，瓦斯含量隨埋藏深度的增大而增加。地形起伏較大地區(qū)，瓦斯含量與覆蓋層的厚度關系密切。邱集礦7煤在二階段底板標高為-480m～-560m時為氣煤、肥煤，到了三階段底板為-620m～-670m后，變?yōu)?/3焦煤，煤的變質(zhì)程度增強。東八采區(qū)7煤主要位于三階段，說明埋深對該采區(qū)瓦斯的生成與保存有較大影響。

四、結(jié)論

1.邱集煤礦東八采區(qū)瓦斯放散初速度介于14.00～16.00m3·min-1，煤的堅固性系數(shù)介于 0.44 ～0.59，煤層瓦斯含量5.077m3/t，瓦斯壓力為0.54MPa，實測煤層透氣性系數(shù)為 14.84 ～22.05m2·MPa-2·d-1；具有煤層瓦斯放散初速度大、煤體結(jié)構破碎、瓦斯含量與壓力中等、吸附能力一般、滲流能力高的特點，利于瓦斯抽采方法治理。

2.根據(jù)地質(zhì)、礦權區(qū)、自然地理等邊界劃定采區(qū)的瓦斯儲量計算單元，應用體積法計算得該采區(qū)的瓦斯地質(zhì)儲量約為5.86×106m3。

3.根據(jù)瓦斯地質(zhì)的相關理論和采區(qū)所在位置的地質(zhì)情況分析，影響該區(qū)煤層瓦斯賦存的主要地質(zhì)因素為斷層、煤層頂?shù)装鍘r性和埋藏深度等。