田坤云

(河南工程学院 安全工程学院，河南 郑州 451191)

大量的科研成果及生产实际资料表明，在瓦斯矿井(煤层)的局部可能存在着一定的高瓦斯区域(条带)[1].在前期开采过程中，由于国投新登煤业浅部二1煤层上覆基岩较薄，封盖条件差，易于瓦斯逸散，并形成大面积瓦斯风化带，矿井瓦斯涌出量普遍较低.但随着开采水平的不断延伸(目前已经开采到埋藏深度较大的31采区北翼)，矿井瓦斯有逐渐增大的趋势,该采区11713钻孔的瓦斯含量为13.9 m3/t.此外，根据实测资料，31采区北翼三水平运输巷迎头的瓦斯含量达到9.39 m3/t，瓦斯压力为0.52 MPa，已经完全进入沼气带.截至目前，新登煤业二1煤层尚没有在任何地点和作业方式下出现过任何形式的瓦斯动力现象，属于瓦斯矿井.但伴随开采深度的增加，瓦斯含量及瓦斯压力也必将增加，矿井瓦斯等级极有可能升级.因此，研究矿井深部区域(31采区北翼)的瓦斯涌出规律并摸清瓦斯赋存特征对指导矿井安全生产有很大的意义.

1 矿井概况

国投新登煤业位于登封市东南24 km，行政区划属登封市告成镇,2007年经原河南省煤炭工业局核定矿井生产能力为84万t/a，当前实际生产能力为84万t/a.煤矿开采煤层为二叠系山西组二1煤层.目前，新登公司一水平(+155 m)已结束，现主要开采+90水平(31采区北翼)，2009—2012年瓦斯等级鉴定均为瓦斯矿井.

2 矿井构造情况

矿区总体构造形态为走向北东、南西的单斜构造，构造组合为一组NE向断裂和NE向褶皱.受褶皱的影响，地层和二1煤层产状变化较大，总体走向NE向，局部NW或SE向，总体倾向NW，倾角4°～15°.褶皱主要为新峰背斜和南烟庄向斜，断层主要有芦F1，郜F2，箕F14，箕F10，箕F7和箕F11等,另有井下揭露3条小型正断层(箕FB-1，箕FB-2，箕FB-3)及地表填图查明的小断层F80.

3 瓦斯含量分布及预测研究

众所周知，煤层瓦斯含量受多种地质因素的制约[2]，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，不同的矿区各种地质因素施加影响的显著性可能是不相同的.对某一个具体井田而言，在诸多地质因素中总有一个主导因素控制瓦斯含量在全井田范围内变化的总体趋势，其他地质因素只能在局部范围内影响煤层瓦斯含量[3].

3.1 测试煤样现场采集

在国投新登煤业31061机巷等地点布置了10个测点，进行深部钻孔取样测定瓦斯含量，并收集了其他单位实测的2个较可靠的瓦斯含量，见表1.通过分析对比，较好地掌握了新登煤业31采区北翼二1煤瓦斯赋存特征.

表1 国投新登煤业二1煤瓦斯含量实测值Tab.1 Gas content values about Xindeng coal mine of national investment and development company limited

图1 瓦斯含量分布预测图绘制步骤Fig.1 Drawing steps of gas content distribution prognostic map

3.2 瓦斯涌出规律研究

根据国投新登煤业二1煤现场实测的合格瓦斯含量值 (见表1)，分别绘制了瓦斯含量与埋深关系散点图及瓦斯含量等值线分布图(瓦斯含量分布预测图得出步骤见图1)，详见图2和图3.

从获得的12个瓦斯含量值分析可知，国投新登煤业二1煤瓦斯含量具有如下的分布规律：

图2 瓦斯含量与埋深关系散点图Fig.2 Scatter diagram about the relationship between gas content and buried depth

(1)二1煤瓦斯含量与埋藏深度散点关系如图2所示.经回归分析，瓦斯含量W具有随埋藏深度H的增大而增大的整体趋势，瓦斯含量与埋深之间具有如下良好的线性统计规律(相关系数R=0.81)：

W=0.05H-11.01，

式中，W表示煤层瓦斯含量，m3/t；H表示煤层埋藏深度，m.

(2)二1煤瓦斯含量增长梯度为5 m3/( t·100 m).

(3)据国投新登煤业二1煤瓦斯含量测点所测得的瓦斯组分结果(见表1)，煤层瓦斯中的甲烷(CH4)组分为83.20%～94.98%，瓦斯组分均大于80%，可以判断国投新登煤业目前开采的31采区北翼及深部区域基本上全部处于甲烷带[4]，见图3.

图3 国投新登煤业31采区北翼二1煤瓦斯含量分布预测图Fig.3 Gas content distribution prognostic map of 31 mining area north wing about Xindeng coal mine of the national investment and development company limited

4 煤与瓦斯突出的危险性区域预测

4.1 预测方法

《防治煤与瓦斯突出规定》[5]第42条规定，区域预测一般根据煤层瓦斯参数结合瓦斯地质分析的方法进行，也可以采用其他经试验证实有效的方法.国投新登煤业没有在任何地点发生过任何形式的突出或者较严重的瓦斯动力现象，故不具备应用瓦斯地质统计法来对矿井未开采区域进行区域预测的条件，现采用煤层瓦斯参数中的瓦斯含量来进行预测，其临界指标见表2.

表2 根据煤层瓦斯压力或瓦斯含量进行区域预测的临界值Tab.2 The critical values for regional prediction based on coal seam gas pressure or gas content

4.2 预测结果

根据瓦斯含量等值线图，在31采区北翼煤层埋藏较深的区域存在瓦斯含量大于8 m3/t的情况，尽管矿井建立了井下瓦斯抽放系统，但是由于抽放时间不是很长，瓦斯含量很难在短时间内降到临界值之下.因此，为安全起见，瓦斯含量等值线图上含量大于8 m3/t的区域应该视为突出危险区(图3中黑色区域).

在采掘过程中，应加强对地质构造的监测与监管，遇到地质构造破坏带、煤层赋存条件急剧变化带、采掘应力叠加带以及喷孔、卡钻、顶钻等动力现象及其他明显预兆时，应按照《防治煤与瓦斯突出规定》的有关规定，按照突出危险区进行管理，采取相对应的防突措施.断层影响带最容易发生瓦斯突出，在生产过程中应加强地质构造(特别是断层)超前探测、煤层厚度以及软煤分层厚度观测，当工作面前方存在断层、煤厚急剧变化带或软煤分层厚度异常区时，即便是处于非突出区，也应连续进行工作面预测，并保留不少于2 m的预测超前距，当预测有突出危险时，必须采取防突措施并进行效果检验[6].

5 结论

(1)勘探钻孔资料与现场瓦斯含量实测值表明，随着煤层开采深度的增加，国投新登煤业所开采煤层的瓦斯含量及压力具有增加趋势，目前开采的31采区北翼已经完全进入瓦斯带.

(2)对国投新登煤业而言，埋藏深度是影响瓦斯含量的主导因素，在全矿区范围内影响着瓦斯含量的分布.瓦斯含量W具有随埋藏深度H增加而加大的整体趋势，瓦斯含量与埋深之间具有如下良好的线性统计规律(相关系数R=0.81)：

W=0.05H-11.01.

(3)结合《防治煤与瓦斯突出规定》及瓦斯含量等值线图，31采区北翼可以划分为突出危险区及非突出危险区，含量大于8 m3/t的区域都应该视为突出危险区，在突出危险区进行采掘作业必须严格执行“四位一体”的防突措施.

参考文献：

[1] 俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1992:115-119.

[2] 胡殿明，林柏泉，吕有广,等.煤层瓦斯赋存规律及防治技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2006:102-110.

[3] 周世宁,林柏泉.煤层瓦斯赋存与流动理论[M].北京:煤炭工业出版社，1999:82-84.

[4] 于不凡.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M].北京: 煤炭工业出版社，2005:548-551.

[5] 国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.防治煤与瓦斯突出规定[M].北京:煤炭工业出版社,2009:85-114.

[6] 李振生.河北省煤系地层赋存特征及找煤方向[J].中国煤田地质，2006，18(4)：11-12.