地质构造对矿井瓦斯赋存规律的影响分析

地质构造对矿井瓦斯赋存规律的影响分析本文以瓦斯地质理论为基础，结合文家坝煤矿瓦斯地质特征，运用构造演化及构造控制理论，分析了文家坝煤矿瓦斯赋存规律的影响因素。初步总结了煤层瓦斯地质规律，得出矿井瓦斯分布主控因素。为矿井瓦斯灾害防治具有指导意义。标签：地质构造瓦斯赋存规律影响0引言煤层瓦斯是地质作用的产物，是生于煤层、储存于煤层或围岩中的气体地质体。瓦斯的生成、运移、保存条件、赋存以及瓦斯突出都与地质构造有着密切的关系。对于煤这种力学性质软弱的岩体，在构造应力场中，煤既是传递应力的介质，又是受力改造的岩体。在构造应力作用下，煤易产生运动和变化，从而引起煤中瓦斯的运移和变化［1］。地质条件控制着煤层瓦斯的赋存和涌出，开放性断层有利瓦斯释放，封闭性断层有利于瓦斯保存。但是，矿井的地质构造各不相同，对瓦斯涌出规律的影响也不尽相同。因此，地质构造是影响煤层瓦斯赋存规律的重要因素，也是控制煤与瓦斯突出的主要地质因素。研究地质构造对瓦斯赋存及涌出规律的影响，对煤矿开采瓦斯防治工作具有重要意义。本文运用构造演化及构造控制理论，分析研究了地质构造对文家坝煤矿瓦斯赋存规律的影响。1矿井地质构造特征文家坝矿区属扬子准地台（I级），上二扬子台褶带（II级X黔中早古拱褶断束（置级）、纳雍织金凹褶断束（W级）。矿区位于凹褶断束的东翼，在北西一南东向主压应力作用下，形成一系列轴向大致平行的、呈北45°东方向展布的背斜与向斜见下图1所示。由西向东计有张维背斜、三塘向斜、后寨背斜、阿弓向斜、地贵背斜、珠藏向斜、小猫场向斜、白菜寨向斜、补郎向斜以及北部的八步向斜、马鞍山背斜、关寨向斜、新华向斜、打麻厂背斜、牛场向斜等。这些褶皱是织金矿区的骨干构造。这些褶皱的基本特征，大多是背斜紧凑，向斜开阔，在靠近背斜轴的一侧发育与轴向平行的逆冲断层，尤以东部十余公里范围较发育，规模也较大，往往破坏背斜轴部或一翼，在东部约四十公里的范围内北东东向平推断层较发育，一般规模也较大，长可达三十余公里，它们斜切向斜或背斜，使其分为几段，往往成为划分井田的边界构造。阿弓向斜轴向北40°东，全长50余公里，为-北西翼陡、南东翼缓的不对称向斜，向斜被北东东斜向断层AF1、AF4、SF4、F3切成四个块段，从北到南分别为文家坝一矿（文家坝井田）、文家坝二矿（大冲头井田X碾子边井田和阿弓井田。井田共查出40条断层。按落差分，大于30m的有3条（F28（AF4）、F22、F16），小于30m大于20m的有5条（F26、F24、F27、F31、F1005-1），20m〜10m的有9条，小于10m的有23条（落差小于5m的未统计全）。按走向分，井田断层大体可以分为三组：一是走向北东东的平推正断层和逆断层F28（AF4）、F31、F30、F1005-1、2），二是走向逆断层、正断层（F16、F26、F24、F1064-2、F10065-1、f115-1、2、3）；三是北西-南东向的横向逆断层、正断层（F22、F27）。这三组断层中，以第二组最发育，约占断层总数的一半，对煤层影响最大。2矿井瓦斯赋存影响分析2.1断层及小构造对瓦斯赋存影响断层的影响包括多方面，尤其是断裂类型，它对煤体结构、煤层的完整性、煤的显微特征和孔渗性有着不同程度的影响，也影响着瓦斯的逸散和保存。在断层附近，煤层及其顶底板岩层中产生了一系列的构造裂隙，断层的密度、规模以及类型均影响着瓦斯的涌出量。正断层属于开放性型，封闭性较差，断层面成为瓦斯运移的通道。逆断层大多属于压性、压扭性，封闭性能较好，瓦斯难以透过断层面运移，同时逆断层的断层面附近变为构造应力集中带，加大了煤层压力，使瓦斯吸附量增大。对于规模较大的断层，若断层落差较大，断层错位破碎带较宽，这些都有利于瓦斯的逸散。煤田次级褶皱越发育，煤层瓦斯涌出量就越大。在褶皱构造中，背斜构造的轴部及其附近利于流动的部位都易发生瓦斯涌出突出。当背斜的轴部及其附近张性断裂比较发育，或者轴部受到侵蚀时，就会成为煤层瓦斯排放的通道，这时在褶皱构造的翼部和向斜的轴部部位瓦斯含量就很高，易发生瓦斯涌出。由于瓦斯在平行煤层及围岩层面方向的渗透性能远大于垂直层面方向，所以倾角比较平缓的褶皱一翼比陡急一翼的煤层瓦斯含量高，瓦斯突出危险性也就较大［2］。文家坝矿区断层及小构造发育，断层岩性主要为泥岩及泥砂岩与煤组成，透气性较差，不利于瓦斯释放；小构造的出现又破坏了煤层的原始构造，造成煤层孔隙及渗透性发生变化，引起瓦斯分布不均匀。2.2埋深对瓦斯赋存的影响煤层埋深是决定煤层瓦斯含量大小的主要因素。煤层的埋藏深度越深，煤层中的瓦斯向地表运移的距离就越长，散失就越困难；同时，深度的增加也使煤层在地应力作用下降低了透气性，有利于保存瓦斯；由于煤层瓦斯压力增大，煤的吸附瓦斯量增加，也使煤层瓦斯含量增大。在甲烷带内，当深度不大时，煤层的瓦斯含量随深度呈线性增加［3-4］。根据实测瓦斯含量数据，以文家坝煤矿6#煤层为例，对埋深与瓦斯含量进行了回归，得到煤层瓦斯含量和埋深的关系，如图2所示。可以看出瓦斯含量随埋深增加而增大，相关性明显。2.3顶、底板对瓦斯赋存的影响煤层围岩主要指煤层直接顶、老顶和直接底板等在内的一定厚度范围的层段。煤层围岩的隔气、透气性能决定了对瓦斯赋存的影响。煤层及其围岩的透气性越大，瓦斯越易流失，煤层瓦斯含量就越小；反之，瓦斯易于保存，煤层的瓦斯含量就高。现场实践表明：煤层顶底板透气性低的岩层（如泥岩、充填致密的细碎屑岩）越厚，它们在煤系地层中所占的比例越大，煤层的瓦斯含量越高［5］。反之，当围岩是由厚层中粗砂岩、砾岩或是裂隙溶洞发育的灰岩组成时，煤层瓦斯含量较小。文家坝煤矿可采和局部可采煤层直接顶板多为砂质岩、石灰岩、泥质岩、泥岩，底板为泥岩，且16、27号煤层底板局部有底鼓现象，因此抗压强度低，遇水易软化。此外，顶、底板岩层中发育有多组裂隙，岩体结合力差，岩层稳固性差，底板遇水易膨胀，6#煤层直接顶板为泥灰岩、砂质岩，底板为泥岩。实践证明，6号煤层顶底板岩石透气性差，煤层含量较大，开采过程中瓦斯涌出量就大。2.4煤层厚度对瓦斯赋存的影响煤层是瓦斯的主要储集层，通常情况下，煤层厚度是影响瓦斯含量和瓦斯涌出量的重要因素。煤层厚度大，瓦斯含量大。煤层是瓦斯的主要储集层，通常情况下，煤层厚度是影响瓦斯含量和瓦斯涌出量的重要因素。文家坝煤矿6号煤层全区发育，煤厚稳定，全区可采；7号煤层全区较发育，煤厚较稳定，大部分可采。瓦斯含量及涌出6号煤层高于7号煤层。因此煤层厚度也是该矿瓦斯赋存的一个重要因素。2.5水文地质条件对瓦斯赋存的影响由于地下水的运移，一方面驱动着裂隙和孔隙中的瓦斯运移，另一方面又带动了溶解于水中的瓦斯一起流动。水被吸附在裂隙和孔隙的表面后还降低了煤对瓦斯的吸附能力、并增大了瓦斯排放能力，因此，地下水的活动性在很大程度上影响着瓦斯的保存。水和瓦斯占有的空间是互补的，这种相逆的关系，表现为水大地带瓦斯小，水小瓦斯大［6］。文家坝矿区断层构造发育，这些断层相互对接构成良好的导水系统，同时岩层裂隙发育，为瓦斯逸散提供了通道。3结论及建议（1）运用构造演化及构造控制理论对文家坝煤矿瓦斯赋存影响因素进行了分析，其中，主要因素为断层及小构造、埋深、顶底板岩性、煤层厚度、水文地质等。（2）断层及小构造、煤层埋藏深度是影响文家坝煤矿瓦斯分布的主控因素，控制着煤层瓦斯含量的整体分布特征，顶底板和其它地质因素影响煤层瓦斯的局部变化。（3）初步总结了文家坝煤矿一矿的瓦斯地质规律，为文家坝煤矿瓦斯治理工作的顺利开展提供了依据，对煤矿的安全生产具有重要的指导意义。（4）文家坝煤矿矿区范围内断层构造发育，岩性透气性差，不利于瓦斯逸散，并且瓦斯赋存不均匀。随着开采深度的增加，可能会出现局部瓦斯富集现象。在开采过程中一定要做好瓦斯预防措施。ImpactofGeologicalStructuretoGasOccurrenceRegularityofCoalMineHuYingquan1，2LiuYong1（1.MiningCollegeofGuizhouUniversity，2.GuizhouCoalmineDesignandResearchInstitute）Abstract：Inthispaper，basedonthetheoryofgasgeology，combinedwithWenjiabagasgeologicalfeatures，theuseofregionaltectonicevolutiontheoryandthestructurestepbystepcontrol，AnalysestheinfluencefactorsofWenjiabacoalgasoccurrenceregularity.Preliminarysummaryofthecoalseamgasgeologylaw，Obtainthemaincontrollingfactorsofgasdistribution.withthegasdisasterpreventionguide.Keywords:geologystructure；gas；occurrencelaws；Influence.参考文献王志骅，汤友谊.井田地质构造对煤层瓦斯赋存控制作用的研究[J].煤炭技术，2011，30（12）：125-127.王立国，程远平，王亮等.赵口断层对煤层瓦斯赋存的控制作