矿井瓦斯地质图编制案例分析

2021/2/23
贵州省煤矿设计院
Excel绘制趋势线演示
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瓦斯含量分布及预测研究
通过定性、定量分析，以及对相关系数R意义的分析， 找出影响煤层瓦斯含量分布的重要因素。
对相关系数R分析和表示的意义：如两者呈正相关， R呈正值， R =1时为完全正相关；如两者呈负相关则R呈负值，而R =-1时为完 全负相关，完全正相关或负相关时，所有图点都在直线回归线 上；点子的分布在直线回归线上下越离散， R的绝对值越小，相 关系数的绝对值越接近1，相关越密切；越接近于0，相关越不密 切。当R =0时，说明两个变量之间无直线关系。通常| R |大于0.75 时，认为两个变量有很强的线性相关性。
1、回采工作面瓦斯涌出量 回采工作面瓦斯涌出量由开采层（包括围岩）、邻近层瓦斯涌出量两部分
组成，其计算公式为：
q3=q1+q2
式中q3－回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t。
2、开采煤层（包括围岩）瓦斯涌出量
q1
k1
k2
k3
m0 m1
X 0
X1
式中q1－ 开采煤层（包括围岩）相对瓦斯涌出量，m3/t；
煤层底板标高瓦斯含量与煤层底板标高回归方程： y=-0.0328x+54.811 通过该回归方程可得不同的标高所对应的瓦斯含量为： 煤层底板标高1366m处的瓦斯含量趋势值是10m3/t； 煤层底板标高1213m处的瓦斯含量趋势值是15m3/t； 煤层底板标高1061m处的瓦斯含量趋势值是20m3/t； 煤层底板标高909m处的瓦斯含量趋势值是25m3/t。
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预测方法的选择：
根据不同矿井条件选择不同方法，一般新 建矿井可以选择方法a和c，而生产矿井则多 使用方法b，可再辅助验证性使用方法a或c 。
一般而言方法b和c使用得较为多。
建议生产矿井使用方法b，在建矿井使用方 法c。
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捷吉煤矿应选择方法c：分源预测法预测瓦斯涌出量则其具体方法如下有：
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以 捷 吉 煤 矿 说 明 实 例
1—泥堡背斜；2—青山向斜；3—老鬼山背斜；4—法泥向斜；5—碧痕营背 斜； 6—盘南背斜；7—旧普安向斜；8—鲁番背斜；9—盘关向斜；10—小竹箐 背斜； 11—照子河向斜；12—白块向斜；13—土城向斜；14—晴隆向斜；15—花 江背斜；16—茅口背斜； D1—黄泥河-潘家庄断裂；D2—下甘河断裂；D3—堕脚断裂；
k1－围岩瓦斯涌出系数，对于全部垮落法顶板管理的工作面，取k1=1.2；
k2－工作面丢煤瓦斯涌出系数，其值为工作面回采率的倒数；
k回3－采顺时槽，掘系进数预k3排按瓦下斯式对确工定作面煤体瓦斯涌出影响系数，采用长壁后退式
k3
L
2h L
式中L－回采工作面长度，m；X0－煤层原始瓦斯含量，m3/t； X率1－。煤层残存瓦斯含量，m3/t；ki－取决于层间距离的第i邻近层瓦斯排放
矿井瓦斯地质图编制案例分析
主要内容提示
根据编制提纲叙述瓦斯地质图编制方法和 过程。
结合实例说明编制过程应注意相关事项。
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矿井瓦斯地质图说明书编写提纲
前言 1 矿井概况 2 地质构造及控制特征研究 3 矿井瓦斯地质规律研究 4 矿井瓦斯涌出量预测 5 煤与瓦斯区域突出危险性预测 6 煤层气资源量计算 7 矿井瓦斯地质图编制 8 结论和建议
含量的大小，而煤储层保存条件对瓦斯含量的 控制更为重要。 该矿为区域内为一近东西向的单斜构造，区内 无大型褶曲构造，正断层较多，多表现为拉张 应力，有利于瓦斯的释放，不有利于瓦斯的保 存。断层多为浅小断层，对浅部瓦斯保存有影 响，但不会对煤层连续性造成很大的破坏，因 此在深部瓦斯富集。矿井瓦斯含量随着随煤层 埋深的增大而升高的变化趋势。
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矿区属六盘水煤田，六盘水煤田在大地构造单元上属扬子陆块 (Ⅰ级)黔北隆起(Ⅱ级)六盘水断陷(Ⅲ级)。
六盘水断陷：北东和南东分别以紫云—垭都断裂和黄泥河—潘 家庄断裂为界，与北东侧的遵义断拱分开。泥盆至石炭纪期间 拉张沉陷，致使泥盆至石炭纪的沉积厚度较大。紫云—垭都断 裂两侧地层的明显分化，表明其在海西期仍有较强的活动性。
矿区位于盘南背斜与旧普安向斜之间，盘南背斜北，旧普安向 斜南。
矿区为一近东西向的单斜构造，区内无大型褶曲构造，小断裂 构造较发育，以断裂构造为主矿区，范围内构造以断裂为主， 褶曲不发育，构造复杂程度属于中等类型
矿区内共发现断层27条。以走向北东、倾向北西的正断层、逆 断层为主，27条断层中落差大于≥30m的有7条，
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煤层埋深及上覆基岩厚度对瓦斯赋存的影响 一般出露于地表的煤层，瓦斯容易逸散，并且空气也向
煤层渗透，导致煤层中的瓦斯含量小，甲烷浓度低。随 着煤层埋藏深度的增加，地应力增高，围岩的透气性降 低，瓦斯向地表运移的距离相应也增大，这种变化有利 于封存瓦斯、不利于放散瓦斯。 煤层上覆基岩厚度为煤层埋藏深度减去第四系地层沉积 厚度。第四系地层主要为黄土层，一般分布于地表，胶 结性不好，孔隙度大，连通性好，容易释放瓦斯。由于 第四系松散沉积物易于搬运，厚度变化较大，这就造成 煤层上覆地层垂向上变化较大。在第四纪松散沉积厚度 较小、垂向差异不大的矿井，上覆基岩厚度和埋藏深度 对瓦斯的影响基本上相当。
0.0323
-0.0328
3.8269
54.811
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瓦斯含量m3/t
埋深与瓦斯含量趋势线分析图
30.00 25.00 20.00 15.00 10.00
5.00 0.00
0
y = 0.0323x + 3.8269 R²= 0.8005
100
200
300
400
500
600
h－巷道瓦斯预排等值宽度，m；m0－煤层厚度，m；m1－煤层采高，m；
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3、邻近层瓦斯涌
(X 0i
X 1i
式中q2－邻近层瓦斯涌出量，m3/t；
mi－第i个邻近层厚度，m；
m1－开采层的开采厚度，m；
X0i－第i邻近层原始瓦斯含量，m3/t；
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有条件矿井的需要有构造煤发育及分布特 征的内容
煤与瓦斯突出，发生在含有高能瓦斯的构造煤体中。 构造煤是指煤层中分布的软弱分层，所有的煤与瓦斯 突出都与构造煤密切相关。因此，总结、研究构造煤 发育及分布特征，准确判识构造煤特征和厚度是煤与 瓦斯突出危险性预测的关键。
要想搞清楚构造煤的分布，可以采取现场观测和利用 测井曲线进行解译相结合的方法，是一种比较客观、 经济、有效的方法，再加上合理的校正，能比较准确 的识别构造煤的厚度，从而为有效预测煤与瓦斯突出 提供重要的依据。
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地质构造对瓦斯赋存的控制 煤储层的生成条件和保存条件控制了煤层瓦斯
都大于0.75,两者与瓦斯含量关系都很密切，都为影响煤层 瓦斯含量分布主要因素，且后者的| R |大于前者，则后者 与瓦斯含量关系更加密切，对瓦斯含量分布影响更大，则 应用后者的 回归方程，预测该矿瓦斯含量分布。即利用煤 层底板标高与瓦斯含量，计算该矿瓦斯含量等值线。
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二、矿井瓦斯地质规律研究
断层、褶皱构造对瓦斯赋存的影响 顶、底板岩性对瓦斯赋存的影响 岩浆岩分布对瓦斯赋存的影响 煤层埋深及上覆基岩厚度对瓦斯赋存的影
响 岩溶陷落柱对瓦斯赋存的影响 瓦斯含量分布及预测研究
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埋深m
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瓦斯含量m3/t
煤层底板标高与瓦斯含量趋势线 分析图
30.00
25.00
20.00
15.00 10.00
y = -0.0328x + 54.811 R²= 0.8116
5.00
0.00 0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
煤层底板标高m
X1i－第i邻近层残存瓦斯含量，m3/t；
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捷吉煤矿9煤层工作面瓦斯涌出量预测
该矿9 煤层平均厚度m＝1.38m，根据该矿可研和方案确定的开 拓部署、开采顺序和开采工艺和规模确定相关参数，该煤层上下 临近层煤矿对该开采煤层影响很大。根据第三章分析得出该矿瓦 斯含量与煤层底板标高的线性关系结论，通过计算预测出瓦斯涌 出量和对应的煤层底板标高，预测结果见下表. 根据瓦斯涌出量表中，涌出量与煤层标高对应关系，则使用回归 分析可以得到趋势线和回归方程。
煤层底板标高 瓦斯含量
602
195
1443 8.09
603
518
1082 16.86
J602
300
1350 12.12
J603
549
1064 24.44
701
388
1092 14.53
702
142
1388 7.25
J701
478
1016 23.01
J702
74
1391 9.78
0.89469
-0.90087
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对比分析该矿因素
埋深与瓦斯含量的关系分析 回归方程：y=0.0323x+3.8269 相关系数：R=0.89469 煤层底板标高与瓦斯含量的关系分析 回归方程：y=-0.0328x+54.811 相关系数：R=-0.90087 可知：瓦斯含量与前者成正相关，与后者成负相关，且R
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顶、底板岩性对瓦斯赋存的影响 煤层围岩的透气性好坏，直接影响着煤层瓦斯的赋存、运移或富集，
透气性好的砂岩顶板，有利于煤层瓦斯的逸散，煤层瓦斯含量相对较 低，而透气性差的泥岩、砂质泥岩顶板，对煤层瓦斯的逸散起阻碍作 用，含量则相对较高。孔隙与裂隙发育的砂岩、砾岩和灰岩的透气系 数非常大，一般比致密而裂隙不发育的页岩、泥岩等岩石透气系数高 出千倍以上，所以顶底板岩性差异对瓦斯赋存影响很大，从而影响瓦 斯分布。 影响可以通过可以定性定量分析，定量分析一般利用20m内的泥岩厚 度与瓦斯含量做相关数据模型分析，一般采用线性回归方法分析。 捷吉煤矿9号层顶板岩石为粉砂岩、粉砂质泥岩或泥质粉砂岩，底板 岩石为粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、泥岩或细砂岩，不利于瓦斯保存， 由于该矿顶底板泥岩分布对瓦斯含量分布影响不大，且该矿地质报告 也无相关资料，因此未做相关定量分析。
根据煤层底板标高回归方程预测结果，结合该矿 井地质构造特征，可绘出该矿9煤层瓦斯含量等值 线。
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三、矿井瓦斯涌出量预测
方法a、矿山统计法 采用矿山统计法必须具备所要预测的矿井或采区煤层开采顺序、采煤方
法、顶板管理、地质构造、煤层赋存、煤质等与生产矿井或生产区域相同或 类似的条件。 矿山统计法预测瓦斯涌出量外推范围沿垂深不超过200 m， 沿煤层倾斜方向不超过600 m。 方法b、瓦斯地质统计法 在系统收集、整理建矿以来采掘工作面每日的瓦斯浓度、风量和瓦斯抽采量 的基础上，准确地计算出各个采、掘工作面每日的绝对瓦斯涌出量和相对瓦 斯涌出量点值，将整理出来的涌出量点值再经过去伪存真的筛选，一般每一 个月进度选出1~2个涌出量点，转绘到瓦斯地质图上；划分瓦斯地质单元， 分析影响瓦斯涌出量大小的主控因素，建立瓦斯涌出量与主控因素的数学模 型；同时，对于不同回采工艺、不同回采顺序计算出来的瓦斯涌出量可以建 立对比关系，预测出工作面、新水平或新建矿井回采工作面瓦斯涌出量，并 绘制瓦斯涌出量等值线。 方法c、分源预测法预测瓦斯涌出量 分源预测法的实质是根据煤层瓦斯含量，按矿井瓦斯主要涌出源-回采工作面 (包括开采层，围岩和临近层)的瓦斯涌出，预测瓦斯涌出量。
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根据捷吉煤矿现状和本次瓦斯地质编图需要，统计了矿井勘探地质资 料，决定采用煤层底板标高和埋深来分析与瓦斯含量分布的关系，通 过8个测点分析趋势线关系，其中各测点和相关分析参数如下表：
钻孔统计以及相关分析参数表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 R b a
钻孔编号 埋深