構(gòu)造煤理論在14-2煤層瓦斯預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

同煤集團(tuán)煤峪口礦   賀仰興

摘要：文章闡述了構(gòu)造煤理論及其在14-2煤層瓦斯預(yù)測(cè)中的應(yīng)用，并利用相關(guān)構(gòu)造對(duì)煤層瓦斯進(jìn)行的成功預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：斷層，預(yù)測(cè)，構(gòu)造

引言

煤峪口礦地處大同市西南65°。據(jù)同煤集團(tuán)所屬煤礦歷年年度礦井瓦斯及二氧化碳等級(jí)鑒定結(jié)果，屬高瓦斯礦井。為了加強(qiáng)對(duì)瓦斯的監(jiān)測(cè)預(yù)防工作，對(duì)煤層瓦斯與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系進(jìn)行研究尤為重要。

構(gòu)造煤是煤層受地質(zhì)構(gòu)造擠壓剪切破壞作用的產(chǎn)物。所有的煤與瓦斯突出動(dòng)力現(xiàn)象都是發(fā)生在構(gòu)造煤分布區(qū)。瓦斯突出煤體具有高瓦斯含量、瓦斯高解吸速度、低強(qiáng)度、低滲透性的“兩高兩低”特性， 因此它控制著瓦斯災(zāi)害的發(fā)生和治理，是瓦斯地質(zhì)研究的核心理論。我們以該理論為依據(jù)研究煤峪口礦煤層瓦斯分布并進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)踐證明，隨著14-2煤層的不斷掘進(jìn)開(kāi)拓，通過(guò)對(duì)照與先前預(yù)測(cè)基本相符。

研究?jī)?nèi)容：

煤峪口礦井田內(nèi)構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，僅發(fā)育一些寬緩褶皺，斷距大于10m的斷層很難見(jiàn)到，落差3.00—10m的斷層也僅有幾條，但落差3.00m以下的斷層比較發(fā)育。

每次地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，不同構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的作用，板塊構(gòu)造碰撞，區(qū)域構(gòu)造擠壓或拉張，引起隆起或凹陷，同時(shí)形成一系列不同級(jí)別的斷裂、褶皺或發(fā)生巖漿作用等，控制著區(qū)域及其不同礦區(qū)（煤田）、礦井、采區(qū)、采面的煤層、圍巖發(fā)生不同程度的變形破壞，形成構(gòu)造煤，并引起水文、地應(yīng)力等不同條件的變化，控制著煤層瓦斯賦存和分布的變化，如瓦斯的含量、瓦斯的壓力、瓦斯?jié)B透性等。瓦斯賦存分布受著不同地質(zhì)條件的控制，從區(qū)域到礦區(qū)、礦井、采區(qū)、采面都存在著不同地質(zhì)條件下的瓦斯賦存狀態(tài)，存在著不同級(jí)別的瓦斯地質(zhì)規(guī)律。

圖1  煤峪口礦井田構(gòu)造綱要圖

     

一、地質(zhì)構(gòu)造與煤層瓦斯的關(guān)系

（一）、地質(zhì)構(gòu)造及組合對(duì)瓦斯賦存影響明顯

褶曲類型和褶皺復(fù)雜程度對(duì)瓦斯賦存均有影響。封閉的背斜有利于瓦斯的儲(chǔ)存，是良好的儲(chǔ)氣構(gòu)造或稱圈閉構(gòu)造。簡(jiǎn)單的向斜盆地構(gòu)造，其瓦斯排放條件往往是比較困難的。高沼礦區(qū)基本分布在向斜軸部，背斜鞍部、鼻狀構(gòu)造的傾斜端及“S”型背斜轉(zhuǎn)折端等。

（二）、斷層的開(kāi)放與封閉性決定于下列條件：

1）斷層的性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)。一般張性正斷層屬開(kāi)放型，而壓性或壓扭性逆斷層封閉條件較好。

2）斷層與地面或沖積層的聯(lián)通情況。規(guī)模大且與地表相通或與松散沖積層相連的斷層一般為開(kāi)放型。

3）斷層將煤層斷開(kāi)后，煤層與斷層另一盤接觸的巖層性質(zhì)。若透氣性好則利于瓦斯排放。

  4）斷層帶的特征。如斷層的充填情況、緊閉程度，裂隙發(fā)育情況不同，開(kāi)放、封閉性也有差別。重力滑動(dòng)構(gòu)造有利于瓦斯釋放。  逆沖推覆構(gòu)造增加了煤層上覆巖層的厚度，且擠壓作用降低了巖層的透氣性，有利于瓦斯的保存。

（三）、煤層和圍巖的透氣性影響逸散

煤系地層巖性組合及其透氣體對(duì)煤層瓦斯含量有重大影響。煤層及其圍巖的透氣性大、瓦斯易逸散，瓦斯含量小；反之，瓦斯易于保存，煤層的瓦斯含量大。

二、地質(zhì)構(gòu)造對(duì)瓦斯賦存的控制

（1）大同侏羅系煤田總體呈NE向不對(duì)稱向斜構(gòu)造，主向斜軸在南部為NE向，北部為SN向。大量的事實(shí)說(shuō)明向斜構(gòu)造比背斜構(gòu)造瓦斯賦存條件復(fù)雜，瓦斯含量、瓦斯壓力相對(duì)高。尤其是兩個(gè)方向的向斜構(gòu)造復(fù)合部位，是瓦斯賦存條件最好的部位。

（2）NE向斷裂，煤田內(nèi)的NE向斷裂構(gòu)鑿是在基底的NE向斷裂基礎(chǔ)上，在燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)形成的，喜山運(yùn)動(dòng)時(shí)再次活動(dòng)，由于兩次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的應(yīng)力場(chǎng)狀態(tài)均有利于NE向斷裂構(gòu)造的形成與發(fā)展，因此，NE方向成為內(nèi)田的主要斷裂發(fā)育方向。

（3）SN向斷裂，煤田內(nèi)的SN向斷裂構(gòu)鑿是在基底的SN向斷裂基礎(chǔ)上，在燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)形成的，喜山運(yùn)動(dòng)時(shí)再次活動(dòng)，由于兩次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的應(yīng)力場(chǎng)狀態(tài)也均有利于SN向斷裂構(gòu)造的形成與發(fā)展，但是由于SN方向沒(méi)有NE方向在構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)中所處的位置有利，因而其發(fā)育僅次于NE向斷裂構(gòu)造，對(duì)煤層瓦斯保存有利。

三、構(gòu)造煤發(fā)育及分布特征

14-2號(hào)煤層平均6.83m，煤層厚度0～4.77m，平均2.11m，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般不含或含一層夾石。井田中部含1～4層夾石，多分布于煤層下部。據(jù)井田內(nèi)，76個(gè)見(jiàn)煤點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，煤層可采指數(shù)為0.93，煤厚變異系數(shù)為45.49％，為較穩(wěn)定煤層。

四、 煤層上覆基巖厚度對(duì)瓦斯含量的影響

煤層上覆基巖厚度為煤層埋藏深度減去第四系地層沉積厚度。第四系地層主要為黃土層，一般分布于地表，膠結(jié)性不好，孔隙度大，連通性好，容易釋放瓦斯。由于第四系松散沉積物易于搬運(yùn)，厚度變化較大，這就造成煤層上覆地層垂向上變化較大。在第四紀(jì)松散沉積厚度較小、垂向差異不大的礦井，上覆基巖厚度和埋藏深度對(duì)瓦斯的影響基本上相當(dāng)。煤峪口煤礦覆蓋于煤層之上的侏羅系中統(tǒng)云岡組厚度大于177.38ｍ，主要由中粒砂巖組成，其次是礫巖，細(xì)砂巖和粉砂巖，第四系厚度0～35.49ｍ，平均11.10ｍ。由黃土和亞粘土組成，與基巖為角度不整合接觸?？偟膩?lái)看，煤層上部地層巖性有利于瓦斯逸散，而且地層不全，在缺失地層的長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)受到風(fēng)化剝蝕，瓦斯大量逸散，同時(shí)第四系黃土層僅有0～35.49ｍ而且與基巖角度不整合接觸?？傮w上構(gòu)成了有利于瓦斯逸散的上覆基巖條件。具體見(jiàn)下圖：

 

圖2  煤峪口礦14^-2號(hào)煤層上覆基巖厚度與瓦斯含量關(guān)系

結(jié)論  14-2號(hào)煤層瓦斯含量預(yù)測(cè)

通過(guò)對(duì)瓦斯含量測(cè)值進(jìn)行回歸分析，得到了14^-2號(hào)煤層的瓦斯含量分布規(guī)律，14^-2號(hào)煤層瓦斯含量具有隨底板標(biāo)高減小而增大的趨勢(shì)（如圖3），

圖3   煤峪口礦14^-2號(hào)煤層瓦斯含量與煤層底板標(biāo)高的關(guān)系圖

兩者之間具有如下形式的線性統(tǒng)計(jì)規(guī)律（相關(guān)系數(shù)R=0.83）：

Y =- 0.0135X+16.101 ………………………………(1-1)

式中  Y----煤層瓦斯含量，m³/t；

X----煤層底板標(biāo)高，m。

由式(1-1)得出，14^-2煤層的瓦斯含量增長(zhǎng)梯度為2.85m³/t/100m，即底板標(biāo)高減小100m，瓦斯含量總體增加1.35m³/t左右， 14^-2號(hào)煤層的采掘范圍在標(biāo)高900m～1100m之間，瓦斯含量總體在1.24～3.8 m³/t之間；從相關(guān)系數(shù)看，底板標(biāo)高是影響瓦斯分布的重要因素。

 

表1  煤峪口14^-2號(hào)煤礦瓦斯含量實(shí)測(cè)值

測(cè)定地點(diǎn)	標(biāo)高（m）	瓦斯含量（m3/t?r）	評(píng)價(jià)結(jié)果
5814掘進(jìn)工作面	955.627	3.11	可靠
5816掘進(jìn)工作面	951.959	3.26	可靠
2705掘進(jìn)工作面	962.356	3.05	可靠
5705掘進(jìn)工作面	970.369	2.56	可靠
2705掘進(jìn)工作面	959.568	3.08	可靠
5705掘進(jìn)工作面	969.654	2.85	可靠

通過(guò)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造與煤層瓦斯關(guān)系分析，對(duì)我礦14-2#煤層瓦斯分布范圍預(yù)測(cè)，實(shí)踐證明，該方法簡(jiǎn)捷準(zhǔn)確，特別是408、307盤區(qū)8816、8814、8705、8707工作面瓦斯的預(yù)測(cè)，更是證明了該方法的準(zhǔn)確性。因410盤區(qū)14-2煤層正在開(kāi)拓，煤層瓦斯的提前預(yù)測(cè)，可以帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。針對(duì)煤層瓦斯含量不同的開(kāi)采范圍，我們可以進(jìn)行合理的配風(fēng)。有效地指導(dǎo)生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：瓦斯地質(zhì)學(xué)/ /北京:地質(zhì)出版社

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