吳發(fā)宏

(安徽神源煤化工有限公司鄒莊煤礦，安徽淮北 235126)

0 引言

煤與瓦斯突出是影響煤礦安全生產(chǎn)的主要災(zāi)害，煤與瓦斯突出防治離不開瓦斯地質(zhì)研究［1－2］。煤層瓦斯賦存特征受地質(zhì)構(gòu)造控制，瓦斯分布具有明顯的分區(qū)分帶性［3－5］。研究瓦斯地質(zhì)規(guī)律，厘清井田瓦斯賦存主控構(gòu)造，劃分瓦斯地質(zhì)單元，便于瓦斯分級管理，合理規(guī)劃瓦斯治理措施。瓦斯地質(zhì)單元劃分以瓦斯地質(zhì)理論為基礎(chǔ)，通過對比分析地質(zhì)構(gòu)造、煤層和瓦斯賦存差異，劃分出不同級別的區(qū)域和塊段，集中體現(xiàn)研究區(qū)域內(nèi)的瓦斯地質(zhì)特征。曹運(yùn)興［6］等依據(jù)構(gòu)造煤和瓦斯分布劃分瓦斯地質(zhì)單元，進(jìn)行瓦斯突出預(yù)測。楊陸武［5］等將地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯和構(gòu)造煤等定量指標(biāo)組合，區(qū)劃具有突出危險性的區(qū)、帶、點(diǎn)。楊德方［8］等以研究瓦斯含量規(guī)律為目的，對薛湖井田進(jìn)行了瓦斯地質(zhì)單元劃分。前人多以大斷層為瓦斯地質(zhì)單元邊界，對于井田內(nèi)無區(qū)域性大斷層、瓦斯含量分布不均勻情況則無法合理劃分瓦斯地質(zhì)單元。

32煤層為鄒莊井田首采煤層，與上、下鄰近層相隔較遠(yuǎn)(＞100 m)，煤厚1.06～7.95 m，平均煤厚2.43 m，可采指數(shù)1.00，煤層結(jié)構(gòu)簡單～復(fù)雜，含1～3層夾矸。夾矸以泥巖和炭質(zhì)泥巖為主，少數(shù)為含炭泥巖。頂?shù)装鍘r性以泥巖為主，少數(shù)為粉砂巖和細(xì)砂巖。為全礦可采的較穩(wěn)定煤層。礦井為新建礦井，目前在煤巷掘進(jìn)過程中發(fā)生過3次明顯的動力現(xiàn)象。32煤層地勘可燃基瓦斯含量為0～11.5 m3/t。首采工作面構(gòu)造煤發(fā)育，預(yù)抽瓦斯后煤層最大殘余瓦斯量為6.55 m3/t。

本文以鄒莊井田32煤層為例，在充分考慮瓦斯賦存影響因素的基礎(chǔ)上，對32煤層進(jìn)行瓦斯地質(zhì)單元劃分，為瓦斯治理提供一定的指導(dǎo)意義。

1 瓦斯賦存的控制因素分析

瓦斯是地質(zhì)作用的產(chǎn)物，瓦斯的形成和保存、運(yùn)移和富集與地質(zhì)條件關(guān)系密切。本文重點(diǎn)闡述井田構(gòu)造、煤層埋藏深度、頂?shù)装鍘r性以及構(gòu)造煤發(fā)育情況對32煤層瓦斯賦存的影響。

1.1 井田構(gòu)造對瓦斯賦存的控制

井田處于NE向的雙堆斷層、南坪斷層所夾持的斷塊內(nèi)，總體構(gòu)造形態(tài)為一較寬緩軸向NE向WS仰起的南坪向斜(圖1)。井田瓦斯賦存主要受南坪向斜的控制，受雙堆斷層、南坪斷層的影響;井田西部受南坪斷層的影響，南部受南坪向斜仰起端控制，大量瓦斯逸散，瓦斯賦存條件較差;井田中部位于南坪向斜軸部，井田北部位于南坪向斜傾伏端，構(gòu)造應(yīng)力大，埋藏較深，瓦斯賦存條件好。

圖1 鄒莊井田構(gòu)造綱要圖

靠近斷層，應(yīng)力集中，瓦斯壓力、含量較大。如圖2所示，在3204工作面機(jī)巷同一測壓鉆場測壓時發(fā)現(xiàn)，靠近逆斷層 JF21的測點(diǎn)壓力達(dá)到2.3 MPa，而非斷層附近的測點(diǎn)壓力僅有0.5MPa。

走向NE逆斷層NF26斷層斷層面較緩，伴生一系列旁支斷層，地勘期間該斷層附近瓦斯含量普遍較大(表1)，如鉆孔20－7瓦斯含量達(dá)8.43m3/t，說明NF26斷層為有利于瓦斯賦存的封閉性斷層。走向 NE 斷層 DF41、DNF26、DNF27、DF44 靠近斷層附近鉆孔瓦斯含量普遍較高，說明NE向斷層受井田整體構(gòu)造應(yīng)力的影響呈擠壓封閉狀態(tài)，利于瓦斯保存。

表1 斷層與瓦斯含量關(guān)系表

1.2 煤層埋深及上覆基巖厚度對瓦斯賦存的影響

井田由于地勢平坦，地面高程多在20～23 m之間，煤層埋深可利用煤層底板標(biāo)高來反映。從地勘期間整體數(shù)據(jù)來看(圖3)，除了構(gòu)造異常帶之外，瓦斯含量大小與煤層底板標(biāo)高關(guān)系密切。在－720m水平大巷以北瓦斯含量較高，在井田西部及南部，出現(xiàn)煤層露頭，瓦斯含量明顯減小。

統(tǒng)計(jì)分析了瓦斯含量與煤層上覆基巖厚度(煤層埋深減去第四紀(jì)黃土層厚度)的相關(guān)性優(yōu)于與埋深的相關(guān)性。得出上覆基巖厚度450 m以深幾乎都在－720 m水平大巷以北，有利于瓦斯賦存，32煤層南部和西部基巖厚度相對相對較小，瓦斯含量低。

圖3 地勘期間鉆孔瓦斯含量散點(diǎn)圖

1.3 構(gòu)造煤發(fā)育特征對瓦斯賦存控制

瓦斯地質(zhì)研究表明，含高能瓦斯的構(gòu)造煤是煤與瓦斯突出煤體，煤體結(jié)構(gòu)對瓦斯賦存和煤與瓦斯突出有重要影響［7］。32煤層井下煤巷觀測發(fā)現(xiàn)(圖4)，3204工作面風(fēng)巷在掘進(jìn)過程中發(fā)生的動力現(xiàn)象與構(gòu)造煤發(fā)育有關(guān)。此處煤層中部及下部Ⅲ～Ⅴ類構(gòu)造煤極為發(fā)育，煤層層理紊亂，以片狀為主，壓出煤量5.1噸，異常瓦斯涌出總量約300 m3，分析認(rèn)為此次動力現(xiàn)象應(yīng)為構(gòu)造煤和瓦斯綜合作用的結(jié)果。

圖4 3204風(fēng)巷動力現(xiàn)象點(diǎn)

由32煤層鉆孔測井曲線解譯構(gòu)造煤的發(fā)育程度，從解譯的信息來看，32煤層構(gòu)造煤相當(dāng)發(fā)育，只有少量鉆孔沒有構(gòu)造煤，構(gòu)造煤平均厚度為1.62m，尤其在井田北部和NF26斷層以及35采區(qū)，構(gòu)造煤厚度變化較大。因此，構(gòu)造應(yīng)力集中區(qū)和厚煤區(qū)，是構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)，也是瓦斯相對富集區(qū)。

2 鄒莊井田32煤層瓦斯地質(zhì)單元劃分及特征

鄒莊井田32煤層構(gòu)造復(fù)雜，西以南坪斷層為界，東以雙堆斷層為界，北與錢營孜礦毗鄰，南受蚌埠隆起影響。區(qū)內(nèi)斷層和褶曲構(gòu)造發(fā)育，不同塊段瓦斯賦存的主控因素各不相同。綜合考慮32煤層地質(zhì)構(gòu)造特征、頂?shù)装鍘r性、構(gòu)造煤發(fā)育程度、瓦斯壓力、瓦斯含量和已發(fā)生的動力現(xiàn)象，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，將32煤層劃分為3個瓦斯地質(zhì)單元，分別用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示。由于鄒莊井田地勢平坦，地面標(biāo)高在20～23 m，煤層底板標(biāo)高和煤層埋深相差不大。本文用底板標(biāo)高代替煤層埋深分析瓦斯含量的變化。各瓦斯地質(zhì)單元特征分述如下:

1)Ⅰ單元位于南坪向斜西翼，F(xiàn)51斷層以西和－720 m水平大巷以南區(qū)域，NF26斷層以北。煤層傾角大，淺部發(fā)育NS、NNE向大斷層，西部和南部有煤層露頭，構(gòu)造煤較發(fā)育，厚度較穩(wěn)定，頂板泥巖厚度變化較大。瓦斯含量與煤層底板標(biāo)高的關(guān)系如圖5所示，由圖可知，瓦斯含量較小，百米瓦斯含量增加梯度為1.25 m3/(t·100 m)，該單元無動力現(xiàn)象。圖中y為瓦斯含量，m3/t;x為煤層底板標(biāo)高，m;R2為相關(guān)系數(shù);下同。

圖5 Ⅰ單元瓦斯含量與標(biāo)高關(guān)系圖

2)Ⅱ單元位于井田東南部，NF26斷層以南到井田邊界。NE向逆斷層極為發(fā)育，構(gòu)造復(fù)雜，煤層賦存不穩(wěn)定，南部受蚌埠隆起影響，地層抬升，出現(xiàn)煤層露頭。構(gòu)造煤發(fā)育，厚度變化較大。頂板泥巖厚度變化較大。受逆斷層影響，瓦斯含量較高，地勘期間瓦斯含量測點(diǎn)較少，與煤層底板標(biāo)高的關(guān)系如圖6。瓦斯含量較大，百米瓦斯含量增加梯度為2.68 m3/(t·100 m)。

圖6 Ⅱ單元瓦斯含量與標(biāo)高關(guān)系圖

3)Ⅲ單元位于井田東南部，南坪向斜軸部及東翼，煤層傾角較小，埋深較大。中間發(fā)育小、中型斷層，頂板泥巖厚度約12 m，賦存穩(wěn)定。構(gòu)造煤發(fā)育，由南向北構(gòu)造煤厚度增大。已發(fā)生3次動力現(xiàn)象，煤層瓦斯含量大。瓦斯含量與煤層底板標(biāo)高的關(guān)系如圖7所示，百米瓦斯含量增加梯度為2.73 m3/(t·100 m)。

圖7 Ⅲ單元瓦斯含量與標(biāo)高關(guān)系圖

綜合以上分析，根據(jù)鄒莊井田目前掌握的瓦斯地質(zhì)資料，鄒莊井田32煤層瓦斯地質(zhì)單元劃分結(jié)果及瓦斯含量預(yù)測如圖8所示。此外，根據(jù)井下煤巷揭露情況，井田內(nèi)部小斷層發(fā)育，對瓦斯賦存產(chǎn)生較大影響。在生產(chǎn)過程中，應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)勘探，及時準(zhǔn)確地掌握煤層地質(zhì)信息，保障煤礦安全生產(chǎn)，防止煤礦事故發(fā)生。

3 結(jié)論

1)從井田地質(zhì)構(gòu)造、煤層埋深、頂?shù)装迥鄮r分布以及構(gòu)造煤發(fā)育特征等方面分析瓦斯賦存規(guī)律，發(fā)現(xiàn)受斷裂構(gòu)造和褶曲構(gòu)造影響，是鄒莊井田32煤層埋深控制瓦斯含量變化的關(guān)鍵所在。

圖8 鄒莊井田32煤層瓦斯地質(zhì)單元劃分成果圖

2)鄒莊井田32煤層瓦斯賦存具有明顯的分區(qū)分帶性，瓦斯分布總體呈現(xiàn)2高1低的格局。依據(jù)鄒莊井田瓦斯地質(zhì)資料，分析瓦斯賦存規(guī)律，結(jié)合礦井生產(chǎn)實(shí)際，將32煤層劃分為3個瓦斯地質(zhì)單元。Ⅰ單元煤層埋深淺，瓦斯逸散;Ⅱ單元受復(fù)雜斷層影響，瓦斯富集;Ⅲ單元位于向斜軸部及傾伏端，埋深較大，瓦斯含量大。

［1］ 國家煤礦安全監(jiān)察局.防治煤與瓦斯突出規(guī)定［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2009.

［2］ 于不凡.煤礦瓦斯災(zāi)害防治及利用手冊［M］.修訂版9，北京:煤炭工業(yè)出版社，2005.

［3］ 焦作礦業(yè)學(xué)院瓦斯地質(zhì)研究室.瓦斯地質(zhì)概論［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，1990.

［4］ 張子敏，張玉貴.瓦斯地質(zhì)規(guī)律與瓦斯預(yù)測［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2005.

［5］ 張子敏，張玉貴，湯達(dá)禎，等.瓦斯地質(zhì)學(xué)［M］.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2009.

［6］ 曹運(yùn)興.瓦斯地質(zhì)單元法預(yù)測煤與瓦斯突出的認(rèn)識基礎(chǔ)與實(shí)踐［J］. 煤炭學(xué)報，1995，20(增刊):76 －78.

［7］ 楊陸武，彭立世，曹運(yùn)興.瓦斯地質(zhì)單元法預(yù)測煤與瓦斯突出［J］. 中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，1997，8(3):21－25.

［8］ 楊德方，張子敏，張玉貴.基于劃分瓦斯地質(zhì)單元的瓦斯賦存規(guī)律研究［J］.河南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2008，27(4):386－390.