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構造煤理論在14-2煤層瓦斯預測中的應用

同煤集團煤峪口礦   賀仰興

摘要：文章闡述了構造煤理論及其在14-2煤層瓦斯預測中的應用，并利用相關構造對煤層瓦斯進行的成功預測。

關鍵詞：斷層，預測，構造

引言

煤峪口礦地處大同市西南65°。據(jù)同煤集團所屬煤礦歷年年度礦井瓦斯及二氧化碳等級鑒定結果，屬高瓦斯礦井。為了加強對瓦斯的監(jiān)測預防工作，對煤層瓦斯與地質(zhì)構造的關系進行研究尤為重要。

構造煤是煤層受地質(zhì)構造擠壓剪切破壞作用的產(chǎn)物。所有的煤與瓦斯突出動力現(xiàn)象都是發(fā)生在構造煤分布區(qū)。瓦斯突出煤體具有高瓦斯含量、瓦斯高解吸速度、低強度、低滲透性的“兩高兩低”特性， 因此它控制著瓦斯災害的發(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行預測，實踐證明，隨著14-2煤層的不斷掘進開拓，通過對照與先前預測基本相符。

研究內(nèi)容：

煤峪口礦井田內(nèi)構造較為簡單，僅發(fā)育一些寬緩褶皺，斷距大于10m的斷層很難見到，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)構造運動，不同構造應力場的作用，板塊構造碰撞，區(qū)域構造擠壓或拉張，引起隆起或凹陷，同時形成一系列不同級別的斷裂、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，形成構造煤，并引起水文、地應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)，存在著不同級別的瓦斯地質(zhì)規(guī)律。

圖1  煤峪口礦井田構造綱要圖

一、地質(zhì)構造與煤層瓦斯的關系

（一）、地質(zhì)構造及組合對瓦斯賦存影響明顯

褶曲類型和褶皺復雜程度對瓦斯賦存均有影響。封閉的背斜有利于瓦斯的儲存，是良好的儲氣構造或稱圈閉構造。簡單的向斜盆地構造，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、鼻狀構造的傾斜端及“S”型背斜轉(zhuǎn)折端等。

（二）、斷層的開放與封閉性決定于下列條件：

1）斷層的性質(zhì)和力學性質(zhì)。一般張性正斷層屬開放型，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放型。

3）斷層將煤層斷開后，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，開放、封閉性也有差別。重力滑動構造有利于瓦斯釋放。  逆沖推覆構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)構造對瓦斯賦存的控制

（1）大同侏羅系煤田總體呈NE向不對稱向斜構造，主向斜軸在南部為NE向，北部為SN向。大量的事實說明向斜構造比背斜構造瓦斯賦存條件復雜，瓦斯含量、瓦斯壓力相對高。尤其是兩個方向的向斜構造復合部位，是瓦斯賦存條件最好的部位。

（2）NE向斷裂，煤田內(nèi)的NE向斷裂構鑿是在基底的NE向斷裂基礎上，在燕山運動時形成的，喜山運動時再次活動，由于兩次構造運動的應力場狀態(tài)均有利于NE向斷裂構造的形成與發(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向斷裂構鑿是在基底的SN向斷裂基礎上，在燕山運動時形成的，喜山運動時再次活動，由于兩次構造運動的應力場狀態(tài)也均有利于SN向斷裂構造的形成與發(fā)展，但是由于SN方向沒有NE方向在構造應力場中所處的位置有利，因而其發(fā)育僅次于NE向斷裂構造，對煤層瓦斯保存有利。

三、構造煤發(fā)育及分布特征

14-2號煤層平均6.83m，煤層厚度0～4.77m，平均2.11m，煤層結構簡單，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個見煤點統(tǒng)計，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，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瓦斯的影響基本上相當。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?？偟膩砜?，煤層上部地層巖性有利于瓦斯逸散，而且地層不全，在缺失地層的長時間內(nèi)受到風化剝蝕，瓦斯大量逸散，同時第四系黃土層僅有0～35.49ｍ而且與基巖角度不整合接觸?？傮w上構成了有利于瓦斯逸散的上覆基巖條件。具體見下圖：

圖2  煤峪口礦14^-2號煤層上覆基巖厚度與瓦斯含量關系

結論  14-2號煤層瓦斯含量預測

通過對瓦斯含量測值進行回歸分析，得到了14^-2號煤層的瓦斯含量分布規(guī)律，14^-2號煤層瓦斯含量具有隨底板標高減小而增大的趨勢（如圖3），

圖3   煤峪口礦14^-2號煤層瓦斯含量與煤層底板標高的關系圖

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

Y =- 0.0135X+16.101 ………………………………(1-1)

式中  Y----煤層瓦斯含量，m³/t；

X----煤層底板標高，m。

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

表1  煤峪口14^-2號煤礦瓦斯含量實測值

通過對地質(zhì)構造與煤層瓦斯關系分析，對我礦14-2#煤層瓦斯分布范圍預測，實踐證明，該方法簡捷準確，特別是408、307盤區(qū)8816、8814、8705、8707工作面瓦斯的預測，更是證明了該方法的準確性。因410盤區(qū)14-2煤層正在開拓，煤層瓦斯的提前預測，可以帶來良好的經(jīng)濟效益。針對煤層瓦斯含量不同的開采范圍，我們可以進行合理的配風。有效地指導生產(chǎn)。

參考文獻：瓦斯地質(zhì)學/ /北京:地質(zhì)出版社