地质构造对煤层瓦斯的影响研究

地质构造对煤层瓦斯的影响研究

随着井深的增加，煤层的土壤应力增加，砖瓦含量和砖瓦压力增加，此外，煤层通风低，开采前很难堵塞。煤炭和砖瓦的突出，以及爆炸的风险日益严重。因此，正确理解矿山中的瓦尔茨醇法对指导矿山的生产活动具有重要的现实意义。1西三采区煤地层沈阳红菱煤矿西三采区位于该矿西翼-780m水平,西起F59断层、红阳三矿风井煤柱,东至F19断层和F19-2断层,北起煤层露头,南至F58断层,南北长1.84km,东西宽1.08km,面积1.99km2。西三采区含煤地层为石炭、二叠系,地层共含14层煤,其中3#煤、7#煤和12#煤为本区主要可采煤层。3#煤层为单一薄煤层,平均厚0.93m,全区大部可采,3#煤距7-1#煤层平均间距为38.4m;7#煤层是复合煤层,平均厚2.67m,7#煤层与12#煤层平均间距为63.4m;12#煤层为复合煤层,平均厚4.13m,12#煤层底板即为13#煤层顶板,13#煤层由1～5个煤分层组成复合结构煤层,厚度0.2～4.75m,平均厚2.02m,西三采区地层柱状图见图1。2区域地质结构2.1层向的等高线西三采区位于西大卜背斜倾伏端浅部,轴部东侧,地层受轴向N35°～40°E、倾伏角3～7°的倾伏背斜控制,等高线呈不规则半环形,扇状分布。总体为单斜构造,而在单斜构造内有小型复式背向斜。2.2f602e-780m水平共有5条断层,F19为正断层,走向N40°E,倾向SE,倾角80°,断距15～130m,延伸4.00km,3#～13#煤层范围发育;F60为正断层,走向N30°E,倾向NW,倾角80°,断距0～52m,延伸0.60km,3#～13#煤层范围发育;F59正断层,走向N30°E,倾向SE,倾角45～80°,断距0～12m,延伸1.6km,3#、7#煤层范围发育;F58为正断层,走向N60°W,倾向NE,倾角80°,断距0～10m,延伸0.85km;F19-2正断层,走向N40°W,倾向SE,倾角80°,断距0～40m,延伸1.5km。3地质因素的影响煤层瓦斯含量受多种因素的制约,诸如煤质、埋藏深度、构造、煤的物理化学性质以及煤层顶、底板岩性等,不同矿区,各种地质因素施加影响的显著性可能是不相同。结合红菱煤矿西三采区的地质条件进行分析,得出可能影响煤层瓦斯含量的因素。3.1西三采区瓦斯含量的估算埋藏深度是决定煤层瓦斯含量大小的重要因素。对同一煤田或煤层,在瓦斯风化带以下,煤层瓦斯压力随深度加大线性增加,故煤层瓦斯含量随深度增加而增大,它反映了煤层瓦斯由深部向地表运移的总规律,该规律已为大量生产和科研实践所证实。红菱煤矿西三采区煤样工业分析数据见表1,采用式(1)求得瓦斯含量X:X=VpT0Tp0ξ+abp1+bp⋅en(t0−t)⋅11+0.31W⋅100−A−W100(1)X=VpΤ0Τp0ξ+abp1+bp⋅en(t0-t)⋅11+0.31W⋅100-A-W100(1)式中:V——单位质量煤的空隙容积,m3/t;p——煤层瓦斯压力,MPa;T0——标准状态下的绝对温度,K;p0——标准状态下的绝对压力,MPa;ζ——瓦斯压缩系数;a——煤的极限瓦斯吸附量,m3/t;b——瓦斯吸附常数,MPa-1;t0——实验室测定煤吸附常数时的实验温度,℃;T——煤层温度,℃;A、W——分别为煤的灰分和水分,%。计算出不同埋深情况下瓦斯含量值,见图2。由图2可以看出,西三采区整体瓦斯含量很高,在标高为575m时,瓦斯含量就达到了8.4m3/t,且随着标高的加大,瓦斯含量不断增大。但两者并不是简单的线性关系,当标高相对较浅时,随着深度的增加,瓦斯含量增加较快,当标高大于700m时,煤层瓦斯含量增加速度明显变慢。煤层埋藏深度是影响瓦斯含量的主要控制因素。3.2小构造对煤层瓦斯赋存的影响地质构造是影响瓦斯存储的重要条件之一。封闭型的地质构造有利于封存瓦斯,开放型的地质构造有利于排放瓦斯。红菱煤矿西三采区12#煤层作为主采煤层,由于受主干构造影响,井田内发育很多小断层和小褶皱,断层情况见表2,这些小构造在局部上改变了煤层瓦斯含量,但是从整体上来看,对整个12#煤层的瓦斯赋存影响不大。采区内断层落差较小(通常小于10m),断层在走向延伸范围和煤层相比也小的多,煤层连续性好,断层达不到控制瓦斯赋存的作用。3.3在岩石中,各岩性之间的瓦斯易被保存的,易被保存的,易散地层岩石。据将地层中,地层中,瓦斯通过一种多孔隙或弹性裂隙发育的岩石,易被保存的,易散瓦斯,易散瓦斯,易散瓦斯,易散瓦斯,易散瓦斯,易散瓦斯,易散瓦斯,易散瓦斯,易散瓦斯,易散瓦斯,易散瓦斯,易散瓦斯,易散瓦斯,易散地层,易被保存的,易被保存的,可被保存的,可调节其煤煤层围岩对瓦斯赋存的影响,决定于它的隔气、透气性能。一般来说,当煤层顶板岩性为致密完整的岩石,如泥岩、页岩、油母页岩时,煤层中的瓦斯容易被保存下来;顶板为多孔隙或脆性裂隙发育的岩石,如砾岩、砂岩时,瓦斯就容易逸散。红菱煤矿西三采区12#煤层顶板为海相泥岩,厚达8～15m,原生节理不发育,属于低透气性岩层,因此12#煤层瓦斯含量高,储存条件好。3.4煤层格架及其煤质特性岩浆侵入到煤层里面时,在接触变质和区域热力变质作用下,煤的分子组成发生变化,芳香族稠环的缩合程度迅速提高,烷基侧链及含氧官能团脱落分解,煤的挥发份降低,某矿火成岩侵入与挥发分变化关系如图3所示,侵入作用使煤体的镜质体反射率提高,变质程度增大。当岩浆顺煤层侵入时,大量的热能与接触变质作用使煤层容易形成天然焦、天然半焦、超无烟煤;按变质程度深浅可以划分出若干个带,排列顺序由近至远依次为:天然焦、无烟煤及其他接触变质煤、正常煤。煤质与成岩体大小及其间的岩层厚度有关,它们决定着煤层接触变质程度和分布范围,火成岩侵入地层后,在高温烘烤和挤压应力作用下,煤体结构和煤的孔隙发育特征发生了极大的改变,主要表现为煤体力学强度降低,由正常煤变为“构造煤”。煤层的突出指标瓦斯放散初速度Δp增加,煤体坚固性系数f值降低。通过对西三采区的试样研究发现,在探查钻孔范围内,7#煤层全部被火成岩侵蚀,受火成岩影响附近煤层变质为天然焦。岩浆通过F19断层侵入到煤系地层,12#煤层受火成岩侵入影响较大,12-1#煤层火成岩侵入面积占总面积的29%,造成12#煤层构造煤发育。正常煤体与受火成岩侵入的煤体的突出参数对比见表3。4控制好采出危险性大的措施(1)红菱煤矿西三采区瓦斯赋存主要受煤层埋藏深度的控制,瓦斯含量整体上较规律,煤层埋藏深度是瓦斯含量的主要控制因素,随着深度的增加,瓦斯含量逐步增大。(2)西三采区12#煤层瓦斯含量高,煤与瓦斯突出危险性大,在进行采掘之前,一定要采取局部瓦斯治理技术,建议采用开采上保护层,附加穿层钻孔预抽煤层瓦斯技术来消除12#煤层的瓦斯突出危险性,只有在瓦斯含量、瓦斯压力下降到突出临界指标以下才可以进行采掘活动。(3)西三采区地质构造较为简单,其对瓦斯含量的控制作用较弱;但是,红菱煤矿为突