影响邹庄煤矿72煤层瓦斯赋存的因素

影响邹庄煤矿72煤层瓦斯赋存的因素
刘迅;李月云
【摘要】邹庄煤矿为宿县矿区新建矿井,32煤层为即将开采煤层,72煤层为下一开采煤层.72煤层受岩浆岩侵蚀严重,且埋深较32煤层深,因此72煤层的瓦斯赋存情况更加复杂.文章系统分析影响瓦斯赋存的因素,采用灰色关联方法,对影响72煤层瓦斯含量的各个因素进行研究,建立了灰色关联模型,并计算出了各项因素的关联度.研究结果表明:影响邹庄煤矿72煤层瓦斯赋存的主要因素为煤的灰分、煤层埋藏深度、地层厚度、挥发分、煤厚与地层厚度比等,利用多元回归的分析方法对邹庄煤矿72煤层的瓦斯含量进行预测,并为其以后的安全开采提供前瞻性预测数据.【期刊名称】《煤》
【年(卷),期】2015(024)003
【总页数】4页(P7-10)
【关键词】瓦斯赋存;灰色关联;岩浆侵入
【作者】刘迅;李月云
【作者单位】河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454000;河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454000
【正文语种】中文
【中图分类】TD712
邹庄煤矿坐落于宿州市西南25 km处，行政区域划分属于淮北市濉溪县。

邹庄井田东边以F22断层和双堆断层为边界，南以石炭系太原组顶部第一层灰岩露头线
为界，西至南坪断层，北以27勘探线为边界。

邹庄煤矿面积约为26.98 km2，设计矿井生产能力为240万t/a。

井田内主要含煤地层在二叠系开始沉积，包括山西组、下石盒子组和上石盒子组，经历印支期、燕山期、四川期、华北期、喜马拉雅期和新构造期形成了今天的储存状态。

邹庄煤矿地层埋藏史如图1所示。

邹庄煤矿自上而下含1、2、3、4、5、6、7、8、10和11等十个煤(层)组，其中32、62、72和82为主要可采煤层，平均总厚约为12 m，占可采煤层平均总厚
的84%。

72煤层除被岩浆岩侵蚀区域外全部可采。

1.1 矿区地质构造特征
研究区位于淮北煤田东南部，北临宿北断裂，南达板桥断裂带，西与临焕矿区相接，东至固镇-长丰断裂。

宿县矿区目前有6对生产矿井，为邹庄矿、钱营孜矿、桃园矿、祁南矿、祁东矿和龙王庙矿，其中，邹庄矿和龙王庙矿为两对在建矿井。

区内主要发育为近EW向断裂构造、NNE向和NW向褶皱与断裂构造。

从东到西，褶皱构造主要为宿南向斜、宿东向斜、南坪向斜和双堆背斜；断裂主要为宿北断裂、西寺坡断裂、板桥断裂、双堆断裂和南坪断裂等。

如图2所示。

1.2 矿区地质构造演化特征
宿县矿区构造位置，主要处于华北板块南部东侧，分别受华北板块构造演化和大别-郯庐-苏鲁造山带演化的控制。

研究区内主要发育为近NNE向构造，EW向构造
和NW向构造。

区域构造主要受到郯庐断裂带、蚌埠隆起和徐淮前陆褶皱冲断带
的影响。

矿区煤系形成后，经历印支期(2.57～2.05亿a)、燕山期(2.05～1.35亿a)、四川期(1.35～0.52亿a)、华北期(0.52～0.235亿a)、喜马拉雅期(2 350～
78万a)、新构造期(78万a以来)地质构造演化。

1.3 井田地质构造
邹庄井田处于北东向的双堆断层和南坪断层夹持的南坪向斜内，北边与钱营孜煤矿
相临。

井田构造主体是轴向为NE向的南坪向斜，发育一系列断裂构造和次级的褶皱构造。

如图3所示。

对于控制煤层瓦斯含量的两个主要因素：煤层厚度和埋藏深度，这两者一般均与煤层瓦斯含量呈正相关关系，邹庄煤矿72煤层除被岩浆侵蚀区域外均可采，属稳定煤层。

对72煤层的14个钻孔数据进行整理，如表1所示，选取这14个钻孔煤的埋藏深度、侵蚀前煤厚和瓦斯含量这三列进行回归分析(瓦斯含量为因变量)，得: 式中7为72煤层瓦斯含量预测值，m3/t；x1为煤层埋藏深度，m；x2为侵蚀前煤层厚度，m。

由实测数据得到的公式可知，72煤层的瓦斯含量均与侵蚀前煤厚和埋藏深度能够呈现出良好的正相关关系，这是由于随着煤层埋藏深度的增加，地压随之增大，煤层和围岩的透气性降低，造成瓦斯运移的速度降低并且运移距离增大。

因此煤层厚度的增加和煤层埋藏深度的增大均有利于瓦斯封存、而不利于瓦斯逸散；与相同成熟度的煤层相比，埋深较深的厚煤层能够保存更多的瓦斯。

煤层与围岩相比，含有更多的裂隙和孔隙，造成煤层对瓦斯的吸附能力更强，并且煤层厚度的增加，孔隙和裂隙也会相应增加，煤层对瓦斯的吸附能力也相应增大，瓦斯积储量也增大。

72煤层侵蚀前煤厚与瓦斯含量的关系如图4所示。

72煤层受岩浆岩侵蚀比较严重，其中38个钻孔有岩浆岩侵入证据，占邹庄煤矿钻孔总数的43.18%。

岩浆侵入使该井田东部和西部的边缘地段保留有较完整的
1/3焦煤煤层，只有局部地区变质为天然焦；但在煤田中部出现了南北狭长的受岩浆岩侵蚀破坏严重地段，大部分变质为天然焦，仅残存零星不可采煤层；井田南部的大部分地段，在勘探期间，发现多数钻孔都受到了岩浆岩的侵蚀，煤层大部分变质为不可采的天然焦，主要是由于煤层受岩浆岩侵蚀破坏较严重。

岩浆岩热液侵蚀与热力烘烤均能够使一定距离内煤层发生热演化作用，从而提高了煤层的变质程度。

随着煤层变质程度的提高，煤层能够产生大量瓦斯，由于燕山期
后淮北煤田没有发生大规模的地质构造，此时由于热演化产生的瓦斯能够较好地保存起来，从而使煤层的瓦斯含量提高。

在邹庄煤矿南部，NE向构造较发育，并且有EW向的大断层切割，这均会形成岩浆上涌的通道。

同时这也符合邹庄煤矿现今的岩浆岩分布情况，邹庄煤矿72煤层南部受岩浆岩破坏严重，向北越来越弱。

从72煤层井田中部的24-4钻孔的揭露情况来看，其全部为天然焦，同时其瓦斯含量达到了12 m3/t。

总的来说，虽然岩浆岩在邹庄煤矿范围内局部发育，但是岩浆岩对72煤层影响较大，由于岩浆岩的热力烘烤和封盖作用，尤其是岩浆侵入所带来的高温烘烤作用对一定范围内72煤层的瓦斯含量有影响。

5.1 灰色关联分析原理
上述定性分析只能够确定影响煤层瓦斯含量的各个因素，但并不能确定各个因素对煤层瓦斯含量的影响程度。

因此通过灰色关联分析，进一步对煤层瓦斯含量(因变量)和多个有关因素(自变量)进行定量分析。

设因变量数据构成的参考序列为X0′，各自变量数据构成比较序列为X'i=(i=1,2，…,n)，创建如下矩阵：
式中:X'i=(X'i(1),X'i(2),…,X'i(N))T(i=0，1，2，…，n)；N为变量序列的长度。

均值化法和初值化法是最常用的无量纲化方法[5-6]，即:
，或Xi(k)=X'i(k)/X'i(1)(i=0，1，2，…，n；k=0，1，2，…，N)
求出差序列、最大差和最小差，得如下矩阵：
式中：△i(k)=│X0(k)-Xi(k)│(i=0，1，2，…，n；k=0，1，2，…，N)。

根据式(2)计算关联系数矩阵：
式中:ρ代表分辨系数，当ρ取较大值时，关联系数间的差异较小，当ρ取较小值时,可显著提高关联系数间差异的显著性，一般情况下,ρ=0.1～0.5。

计算关联度各因素所占权重为：
其中：ri为因素i的关联度。

5.2 瓦斯含量影响因素的灰色关联分析
文章中，基于灰色关联度综合评价法来研究邹庄煤矿72煤层瓦斯含量与其影响因素之间关系。

当灰色关联分析在邹庄煤矿应用时，综合考虑该地区的地质构造特征及72煤层自身瓦斯赋存特点，选取煤层的埋藏深度、煤层厚度、煤层结构、构造特征、顶底板砂泥岩比等作为自变量，构成比较序列(利用数量化理论中的二态变
量将定型数据转化为定量数据，即1表示这个属性有，0表示这个属性无)；视煤
层瓦斯含量为因变量，作为参考序列(表1)。

利用勘探时期所测定的原始实测数据
创建变量序列矩阵，用均值化法(公式1)对原始数据矩阵进行无量纲化处理，通过
公式(2)能够得到差序列矩阵。

根据邹庄矿的具体情况，取分辨系数ρ=0.5，通过
公式(3)计算可以得到各个因素的关联系数，进而得到关联系数矩阵。

最后由公式(4)得到72煤层瓦斯含量与其各个影响因素的关联度(见表1)。

通过以上的计算结果，可以得到对邹庄煤矿72煤层瓦斯含量的各个影响因素关联度排序，影响煤层瓦斯含量的主要因素依关联度由大到小的排序是灰分、煤层埋深、地层厚度、挥发分、煤厚与地层厚度比等(如表1)。

根据前文针对邹庄煤矿72煤层进行的灰色关联度分析得到影响瓦斯含量的主控因素，利用多元回归分析创建瓦斯含量预测模型。

假设勘探时期测定的钻孔瓦斯含量为因变量(y)，仅取关联度大于0.6的各个影响因素作为自变量，(X1,X2,…,X8(1，2，3，…，各因素的关联排序))，将实测或统计数据输入计算机，利用计算机中线性回归分析软件进行处理，可以得到邹庄煤矿72煤层的瓦斯含量回归预测模型以及统计检验指标：
Y=-13.730+0.008X1+0.694X2-0.023X3+0.363X4+5.517X5；
复相关系数R2=0.98，足以说明上述回归方程具有很高的拟合度和显著性。

部分
预测值见表1。

1) 根据计算可知，影响邹庄煤矿72煤层瓦斯含量的主要因素为灰分、煤层埋藏深度、地层厚度、挥发分、煤厚与地层厚度比等。

2) 岩浆岩以岩脉或岩床的形式侵入到煤层的不同部位，使局部煤层部分或全部遭受破坏，对灰分、挥发分、煤厚与底层厚度比都有较大影响。

因此岩浆岩侵入对72煤层瓦斯含量影响很大。

3) 煤层厚度与瓦斯含量有明显的正相关关系，全矿表现较显著。

4) 该煤层埋藏深度在矿井东北部埋深达1 000 m，地应力较大，围岩透气性较差，赋集的瓦斯较其他地段多。

【相关文献】
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