理论与实践：新建矿井煤与瓦斯突出危险性预评估

《防治煤与瓦斯突出规定》第九条规定：新建矿井在可行性研究阶段应当对矿井内采掘过程可能揭露的所有平均厚度在0.3 m以上的煤层进行突出危险性评估。评估结果作为矿井立项、初步设计和指导建井期间揭煤作业的依据。

1  矿井概况

    山西霍州煤电集团大地煤业公司桑峨矿井位于山西省西南部临汾市吉县境内，为新建矿井。地理位置为南起王家河～湾里一线，北止毛家岭～岔口村，东以杏虎山一拉拉沟一线为界，西至四十亩坪，东西长11～13 km，南北宽7～9 km，面积103. 26 km2。矿井设计生产能力5 Mt/a，前期工作已经完成，正在进行可研、初步设计、安全专篇等编制工作。为了保障矿井在建井阶段的安全生产，桑峨矿井需要对井田内平均厚度在0.3 m以上的1#、2上#、2#、3#、5#、6#、7#、8#、9#、10 #共计10层煤进行突出危险性评估。本文以2#煤层为例介绍突出预评估的方法。

2  突出预评估方法的选择

    新建矿井在可行性研究阶段大都未开始建井施工，未揭露煤层，不能在井下进行实测，缺少井下的实测数据。目前主要利用地质勘探钻孔测定的煤层瓦斯基础参数对新建矿井突出危险性评估。由于地勘钻孔取样从数百米以至于超千米的地下提到地面，因此其测量结果偏小，应对其测定值进行修正。地勘瓦斯含量测值校正方法有两种：一是该矿附近有其他生产矿井，可以在邻近矿井进行瓦斯参数的实测，经过分析比对，对该矿地质勘探钻孔测定的煤层瓦斯参数进行修正，最终确定该矿的瓦斯概况，绘制瓦斯地质图；另一种是该矿附近无生产矿井，采用经验法，取修正系数。

    桑峨矿井未开始施工，不具备井下实测条件，桑峨矿井南侧有明珠煤矿，开采2#煤层。根据明珠煤矿地勘钻孔数据，明珠煤矿2#煤层最大埋深970 m处瓦斯含量为7.4 ml/g，对比桑峨矿井2#煤层地勘钻孔S1508，取样深度868. 63 m，瓦斯含量测值14. 55 ml/g，以及地勘钻孔S1305，取样深度1026. 55 m，瓦斯含量测值17. 13 ml/g。因桑峨矿井地勘钻孔测值远大于明珠矿最大瓦斯含量值，分析其原因是桑峨矿井煤层埋藏深，赋存瓦斯的含量梯度远比明珠矿大。综上所述，桑峨矿井地勘钻孔瓦斯含量测值修正采用经验法，按照经验取1. 2～1.5修正系数。

3地勘钻孔瓦斯含量的筛选及修正

    地勘钻孔瓦斯含量可靠性评价原则如下：

    (l)煤样灰分不得大于40%，否则视为不合格；

    (2)煤样现场瓦斯解吸测定后必须密封装罐，保证脱气前不漏气，否则视为不合格；

    (3)同一钻孔同一煤层有两个或两个以上的瓦斯含量测值，按最大瓦斯含量取值；

    (4)位于或靠近断层的含量测值只起控制断层带含量变化作用，不作为煤层瓦斯含量倾向变化规律分析的依据；

    (5)甲烷带内煤层瓦斯含量一般不小于2 ml/g。

    按照上述原则从36组地勘数据中选择出了21组作为有效值，并对其进行修正。本次修正采用经验法，按照经验取1. 2～1.5修正系数。在地勘钻孔测定瓦斯含量过程中，埋深越深，煤样从地下提到地面所需的时间越长，所损失的瓦斯越多，修正系数越大。桑峨矿井的有效地勘钻孔数据及修正结果见表1。

4  瓦斯含量分布规律研究

    煤层瓦斯含量受多种地质因素的制约，诸如煤质、埋藏深度、构造、煤的物理化学性质、煤层顶底板岩性等。不同矿区的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。

    由于桑峨矿井总体为单斜构造，断层不发育，未发现陷落柱及岩浆岩侵入，构造简单，且从地勘钻孔瓦斯含量测值综合分析来看，控制煤层瓦斯含量的主导因素是煤层埋藏深度。根据地勘报告中对区内瓦斯地质类型的分析来看，井田属封闭瓦斯地质类型，煤层气风化带深度一般为±700 m。造成本井田瓦斯赋存规律的基本原因是随着煤层埋藏深度增加，地层厚度增加，地应力增高，煤岩层致密性增加，煤岩层的透气性降低；煤的变质程度加深，煤层吸附甲烷能力增强，从而有利于瓦斯的保存。从瓦斯生成条件看，各煤层厚度变化较小，煤层分岔尖灭现象少见，说明成煤环境相对稳定。桑峨矿井瓦斯含量与埋深的关系如图1所示。

2#煤层瓦斯含量随埋深增加遵循如下公式：

式中：y一一煤层瓦斯含量，ml/g;

      x——煤层埋深，m。

5  瓦斯地质图的绘制

    矿井瓦斯地质图是矿井瓦斯地质规律和瓦斯预测成果的直观表达和高度概括。新建矿井瓦斯地质资料缺乏，突出预评估报告应包含标有瓦斯含量等值线的瓦斯地质图。

    Surfer软件具有强大插值功能和绘制图件能力。本文采用Suffer软件的克里金插值法（建立在变异函数理论分析基础上，对有限区域内的区域化变量取值进行无偏最优估计的一种方法），结合瓦斯含量与埋深的关系绘制了2#煤层的瓦斯地质图。

6  桑峨矿井煤与瓦斯突出危险性预评估

    《防治煤与瓦斯突出规定》第四十三条规定：在划分突出危险时，应当根据煤层瓦斯压力进行预测。如果没有或者缺少煤层瓦斯压力资料，也可根据煤层瓦斯含量进行预测。瓦斯含量预测临界值为8 m:a/t。

    通过对地勘钻孔中取出的煤样进行坚固性系数和瓦斯放散初速度的测定，桑峨矿井2#煤层的最小坚固性系数为0.32，说明2#煤层比较软，抵挡煤与瓦斯突出的能力较弱，容易发生突出；最大瓦斯放散初速度为18 mmHg，说明瓦斯放散速度很快，容易发生突出。根据这两项指标判定2#煤层具有突出危险性。

    结合煤层赋存、地质条件、瓦斯含量、坚固性系数、瓦斯放散初速度等因素，评估桑峨矿井2#煤层具有煤与瓦斯突出危险性。

7  结论

    (l)新建矿井煤与瓦斯突出危险性预评估主要依靠地勘钻孔瓦斯参数，并利用邻近矿井的实测参数进行修正，如无邻近生产矿井，需以经验值修正，埋深越深，修正值越大。

    (2)地勘钻孔的瓦斯含量数据要进行筛选，煤样灰分不得大于40%，甲烷带内煤层瓦斯含量一般不小于2 ml/g，同一钻孔同一煤层有两个或两个以上的瓦斯含量测值，按最大瓦斯含量取值，靠近断层的含量不作为煤层瓦斯含量倾向变化规律分析的依据。

    (3)桑峨矿井控制煤层瓦斯含量的主导因素是煤层埋藏深度。随着煤层埋藏深度增加，地层厚度增加，地应力增高，煤岩层致密性增加，煤岩层的透气性降低。

    (4)新建矿井瓦斯地质资料缺乏，突出预评估报告应包含标有瓦斯含量等值线的瓦斯地质图。

(5)评估桑峨矿井2#煤层具有煤与瓦斯突出危险性。

8摘  要 

 通过对桑峨矿井2#煤层突出危险性预评估，阐述了新建矿井在煤与瓦斯突出危险性预评估过程中评估方法的选取、地勘钻孔瓦斯含量的筛选及修正、瓦斯分布规律的研究、瓦斯地质图的绘制等。