瓦斯地质特征（精选7篇）
瓦斯地质特征 篇1
发耳矿区位于贵州西部水城县南部的发耳乡、都格乡、鸡场乡、玉舍乡和阿戛乡境内的格目底向斜东段和杨梅树向斜。格目底片区东西长32. 5km, 南北宽平均为10. 0km, 面积325. 0km2; 发耳片区东西长18km, 南北宽平均为12. 0km, 面积160km2, 矿区总面积为485km2。
1. 矿区大地构造位置及控制特征
发耳矿区大地构造单元属扬子准地台、黔北台隆、六盘水断陷、威宁北西向构造变形区, 在区域地质上属扬子准地台黔北台隆六盘水断陷普安旋扭构造变形区。位于前人框定的“黔西山字型构造”前弧之西翼, 主体构造线大都呈南东—北西走向。发耳矿区内主要褶曲杨梅树向斜为一完整的不对称盆形复式向斜构造, 由三个次一级向斜组成, 即北东的马龙屯向斜、北西的棋盘屯向斜和南西的妥倮屯向斜。其次发育一些规模较小的背斜 ( 芭蕉塘背斜、老发耳背斜、潘家寨背斜) 和一些规模较小的断层。四周翼部为峨眉山玄武岩组及煤系地层组成。地层倾角在东南部杨梅树至发耳一带较小, 一般10 ~ 25°; 其余倾角较大, 为25 ~ 50°; 向斜中部为三叠系地层, 较为平缓。矿区在整个地史期间地壳频繁震荡, 大面积的抬升和沉降多次出现, 但变化幅度普遍较小, 因不整合接触不明显。燕山运动是控制本矿区构造的关键地壳运动, 尤其是燕山运动的晚期。矿区内构造的主要形态特征是向斜相对开阔、背斜相对紧凑。本区含煤地层为龙潭组, 属海陆交互相沉积, 含煤42 ~ 76 层, 一般60 层, 煤层平均总厚度为46m, 含煤系数11% , 其中可采及局部可采煤层19 层。在可采及局部可采煤层中, 比较稳定煤层9 层, 平均总厚度15. 91m, 主要赋存有瘦煤、贫瘦煤、贫煤三类煤。
2. 矿区瓦斯赋存分布特征
( 1) 断层、褶皱构造对瓦斯赋存的影响。发耳矿区属位于三级构造单元六盘水断陷内, 为一凹陷盆地或短轴向斜 ( 杨梅树向斜) , 总体构造属中等偏复杂, 易于发生煤与瓦斯突出。断层较多, 正断层和逆断层均有发育, 断距或落差大于30m的有13 条, 小于30m的有21 条。尤其在构造复合部是煤与瓦斯突出易于发生的部位。由于受滑动构造作用煤厚变化大, 该片区范围内煤厚为0. 21 ~ 4. 71m, 构造煤全成层发育。褶曲有杨梅树向斜、马龙屯向斜、妥倮屯向斜、棋盘屯向斜、芭蕉塘背斜、老发耳背斜、潘家寨背斜, 对瓦斯赋存起主导作用。
( 2) 顶、底板岩性对瓦斯赋存的影响。煤层顶、底板的透气性好坏, 直接影响着煤层瓦斯的逸散和赋存, 孔隙率大、渗透率高的砂岩顶、底板, 不利于煤层瓦斯的保存, 孔隙率小、渗透率低的砂质泥岩和泥岩顶、底板, 有利于煤层瓦斯的赋存[2]。发耳矿区内煤层顶、底板以泥岩、粉砂质泥岩为主, 透气性较差, 根据瓦斯运移规律, 在向斜的两翼及背斜的轴部, 有利于瓦斯的保存。
( 3) 煤层埋深对瓦斯赋存的影响。随着煤层埋藏深度的增加, 地应力增高, 围岩的透气性降低, 瓦斯向地表运移的距离相应也增大, 这种变化有利于瓦斯的保存[3,4]。虽然发耳矿区内瓦斯赋存由于受构造破坏严重, 瓦斯含量分布极不均衡, 瓦斯含量与埋深相关性不高, 但总体仍随煤层埋藏深度增加而呈变大趋势。
( 4) 水文地质条件对瓦斯赋存影响。地下水与瓦斯共存于含煤岩系及围岩之中, 其运移和赋存都与煤层和岩层的孔隙、裂隙通道有关[5]。区内煤系上覆下三迭系永宁镇组灰岩和下伏的二迭系阳新灰岩为两个富含水带, 但分别被煤系顶部的飞仙关组砂岩、泥岩和底部的二迭系峨嵋山玄武岩阻隔, 上覆和下伏强含水层对矿井开采不会造成影响。矿区水文地质条件属简单~ 中等。总体来说, 水文地质条件对瓦斯的逸散和保存影响不大。
( 5) 构造煤发育及分布特征。构造煤是原生结构煤在构造应力作用下发生明显物理化学变化后的产物, 构造煤的宏观结构、显微结构与显微构造, 是煤体结构形成时构造应力作用的记录, 是煤体变形、流变和变质作用的证据, 现已发现煤与瓦斯突出与构造煤发育程度相关性极高[2]。矿区内构造煤的分布与已发现的地质构造分布基本一致, 褶曲、断层的产状与构造煤的发育程度、发育范围关系密切。构造应力集中处, 煤层硬度较低, 呈不规则碎块状, 半亮半暗型煤。层理紊乱, 手剥断口呈参差状, 多棱角且有挤压特征, 节理不明显, 成粘块状, 瓦斯含量明显较高。
3. 结论
( 1) 发耳矿区内煤层由于受到前期挤压运动的影响, 构造较为复杂, 构造煤较为发育, 煤层产生的瓦斯被大量封存难以逸散, 挤压型地质构造构成矿区煤层瓦斯的存气空间, 构造复杂程度与煤层瓦斯含量正相关。
( 2) 发耳矿区瓦斯分布是多种因素共同作用的结果, 煤层埋深、地质构造、水文地质条件、顶底板岩性都对瓦斯赋存产生影响。相比较而言, 影响发耳矿区瓦斯含量分布的主要因素是地质构造和煤层埋深。
参考文献
[1]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1992.
[2]张子敏.瓦斯地质学[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2009.
[3]彭立世, 袁崇孚.瓦斯地质与瓦斯突出预测[M].北京:中国科学技术出版社, 2009.
[4]张子敏, 张玉贵.瓦斯地质规律与瓦斯预测[M].北京:煤炭工业出版社, 2005.
[5]傅雪海, 秦勇, 韦重韬.煤层气地质学[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2007.
瓦斯地质特征 篇2
马桥北马庄勘查区地处黄淮河冲积平原的东部,地面标高+32 m左右。勘查区呈近南北向展布的不规则长条状,南北长约28 km,东西宽约18 km,面积211.52 km2,为我国六大无烟煤基地之一的永夏煤田所辖、新发现的区块。区内新生界松散沉积物厚315~465 m,下伏有二叠系、石炭系、奥陶系岩层。二叠系下统山西组(P1s)及下石盒子组(P1x)为该区的主要含煤地层,山西组(二煤组)发育有全区主要可采的二2煤层(勘查对象),下石盒子组(三煤组)发育有大部可采的三2煤层,均赋存有瓦斯,且瓦斯含量较高。据资料,永夏矿区自1975年以来陆续投产的矿井来看,瓦斯含量普遍偏低,仅局部富集,多为Ⅰ—Ⅱ级瓦斯矿井,未发生过瓦斯突出事故。但是,由于瓦斯的赋存具有不均衡性,使得区内的瓦斯含量比其他矿井的瓦斯含量较高,究其影响因素,区域上尚缺乏基础性研究资料。因此,就该勘查区的地质特征对煤层瓦斯赋存的影响进行分析研究很有必要。
1 地质特征
1.1 区域地质背景
该区属华北地层区鲁西分区徐州小区,在永城背斜轴部的芒山一带及东南部侯岭镇境内局部地区仅有寒武系—奥陶系石灰岩及燕山期花岗岩、花岗闪长岩、花岗斑岩零星出露,其余全被新生界沉积物所覆盖[1]。大地构造位于华北板块鲁西台隆的西缘(徐淮隆起)与华北坳陷之次级构造单元通许—商丘凸起东部交界处的永城隐伏背斜(永夏煤田的主体构造)西翼的西南端。
1.2 矿区地质概况
1.2.1 地层
该勘查区为全掩盖区,据钻孔资料,地层自下而上发育情况如下。
(1)奥陶系(O)。最大揭露厚度57.40 m,由厚层状石灰岩、砾状灰岩、豹皮灰岩和白云质灰岩等组成,灰岩主要特征为质纯而致密,具多组极为发育的裂隙且被方解石脉充填。
(2)石炭系(C)。最大揭露厚度140.75 m,为一套海陆交互相的碎屑岩及碳酸盐岩沉积组合。上统本溪组(C2b),平均厚12.34 m,上部为深灰—灰黑色泥岩,偶含炭质,向下渐变为致密、质纯的浅灰—绿灰色的铝质泥岩(铝土矿层),与奥陶系岩层平行不整合接触。上统太原组(C2t),平均厚度111.73 m,为海陆交互相沉积,主要由9~11层石灰岩及泥岩、砂质泥岩、砂岩组成,夹薄煤层及炭质泥岩。
(3)二叠系下统山西组(P1s)。即二煤组(段),为一套过渡相潮坪沉积,岩性组合由灰黑色泥岩、砂质泥岩、细砂岩及煤层组成,揭露平均厚度99.16m。本组含煤1~7层(二1煤—二7煤),其中的二2煤层赋存于该组中下部,平均厚度3.01 m,层位稳定,连续性好,全区可采;二1煤层位于该组下部,零星见有可采点;其他煤层极不发育,未见可采点。在勘查区的东南局部地段,有岩浆岩侵入二2煤层顶底板及煤层中,使煤层烘烤变质为天然焦,结构复杂化。本组与下伏太原组地层呈整合接触。
(4)二叠系下统下石盒子组(P1x)。即三煤组(段),深灰—灰黑色泥岩、砂质泥岩、砂岩及薄煤层组成,揭露平均厚度74.14 m。本组中部含煤1~7层(三1煤—三7煤),其中三2煤层大部可采,平均厚度1.69 m,层位比较稳定;三3煤层局部可采,平均厚度0.95 m,层位较稳定;三4煤层局部可采,平均厚度0.79 m,层位较稳定;其他煤层见煤点较少,偶见可采点,层位不稳定,多为炭质泥岩替代或沉积缺失。本组受岩浆岩侵入较山西组强烈,多侵入于三2和三4煤层或层位中,岩性为辉绿岩及闪长岩,使煤层受烘烤变质为天然焦、变薄或吞蚀殆尽,本组与下伏山西组地层整合接触。
(5)二叠系中统上石盒子组(P2s)。即四—七煤段,由泥岩、砂质泥岩、铝质泥岩、紫斑泥岩和中、细粒砂岩组成,揭露最大厚度687.24 m。除见有局部可采的五煤外,其他煤组仅偶见煤线。
(6)新近系(N)和第四系(Q)。新近系上段厚约90 m,主要岩性为细砂、粉砂、黏土、砂质黏土等;新近系下段厚约180 m,岩性为弱固(半固)结的褐黄、浅棕黄色黏土岩、砂质黏土岩,局部可见固结程度较好的碳酸盐岩,呈角度不整合上覆于二叠系之上。第四系松散沉积物厚约110 m,主要岩性为细砂、黏土、砂质黏土,与下伏新近系整合接触。
1.2.2 构造
区内断层均为高角度正断层,勘查区构造地质及二2煤层瓦斯含量等值线如图1所示。
勘查区在永城隐伏背斜西翼,东北部为城郊井田,东部为新桥井田,全区总的构造形态为走向南北、倾向西的单斜构造,受断层影响,局部地层形态发生变化,并伴有次一级褶曲。DF1断层及DF2断层之间形成了中部浅南北两端深的地堑。DF2断层以西总体为向西倾的单斜构造,局部有短轴背向斜。DF1断层以东、F20断层以南及新桥断层、顺和断层圈定的较大完整区,构造简单,断层稀疏,地层起伏较小(倾角6°~11°),形态变化不大,在北部发育有和顺集短轴背斜、向斜;在F20断层以北发育有柘树集向斜。
1.2.3 岩浆岩
区内施工的66个钻孔,有42个钻孔共见到了78层岩浆岩,单层厚度0.17~5.97 m,主要侵入层位为二叠系下统山西组及下石盒子组,其中侵入上石盒子组第四段1处,下石盒子组(三煤组)66处,山西组(二煤组)10处,侵入石炭系太原组1处。岩浆岩种类主要为辉绿(长)岩,偶见闪长(玢)岩及煌斑岩类。
2 煤层物性特征
钻孔揭露二煤组埋深在720~1 740 m,含煤2层,其中二2煤层厚度0~4.79 m,平均厚度3.01 m,结构单一,属较稳定的全区可采的中厚—厚煤层。煤类以无烟煤为主,次为贫煤。具层状、条带状结构,块状、粒状—粉粒状构造,局部见鳞片状、粉状。其煤岩主要特征见表1。
注:二2煤、三煤视密度分别为1.45,1.49 t/m3。
3 煤层瓦斯的含量及分带
在勘查区33个钻孔中,二2煤采集58个瓦斯煤样,采样深度为1 057.20~1 546.50 m,平均深度为1 248.32 m;三煤采集37个瓦斯煤样,采样深度973.10~1 356.80 m,平均深度1 152.47 m。测定煤层瓦斯主要成分和含量统计结果见表2。
从表2看,二2煤瓦斯成分以甲烷为主(图2),且含量高(图3)。
根据煤层瓦斯含量、成分综合分析:(1)从平面上看,二2煤层瓦斯分布基本覆盖全区。二2煤层的瓦斯含量除有5个点小于8 m3/t外,其余各点均大于8 m3/t;三煤层的瓦斯含量除2个点偏低外,其余各点均大于8 m3/t。(2)从垂向上看,二2煤、三煤埋深的深或浅,在瓦斯含量变化上没有明显界线,二2煤层比三煤层的瓦斯含量总体稍高(图3—图5)。
从图2、图4可以看出,二2煤、三煤层的CH4、N2成分存在有一定的离散性:二2煤层的CH4成分除有6个点小于60%外,其余各点则在60%~100%,统计显示,二2煤层CH4成分在60%以上的点平均为82.10%;N2成分普遍小于35%,剔除70%以上的3个点后平均19.43%。三煤层的CH4成分除有2个点小于20%外,其余均大于30%,大于30%的点平均64.89%;N2成分多在20%~80%。
依钻孔煤层埋深970~1 550 m段的瓦斯成分进行瓦斯分带:二2煤层(埋深1 050 m以下)为甲烷带,三煤层(埋深1 000 m以下)为氮气—甲烷带。
4 煤层瓦斯赋存及其地质特征分析
煤层瓦斯是一种无色、无味、无嗅的天然气体,是成煤作用和地质作用的综合产物。瓦斯的赋存和分布是煤层经历次构造运动演化并受各种复杂地质因素的控制。所以,它的生成、运移、赋存和富集与地质条件、煤岩系的沉积环境、煤变质程度、围岩的岩性组合等密切相关[2]。
4.1 沉积环境对瓦斯赋存的影响
受区域古地形、古地貌和新构造运动影响,区内新生界沉积具有北薄南厚、由中间向两侧渐薄的特点。(1)根据煤岩特征可以确定,该区二2煤、三煤是在强还原环境中形成的中高变质的贫煤、无烟煤,均以特低硫煤为主,高发热量(二2以特高热值煤为主、三煤为高热值煤)。由于煤的原始母质—腐殖质有机物在成煤过程中,随着泥炭层的逐渐沉降、上覆盖层的持续加厚,压力与温度也随之增高或加剧,煤层就会产生强烈的热力变质成气作用,使得煤中有机质不断发生断裂与脱落,进而生成CO2、CH4等挥发性气体[3,4]。煤化变质作用越深,煤变质程度越高,生成的瓦斯量也越多[5]。(2)二煤是由亮煤组成的光亮或半光亮煤,凝胶化组分一般都偏高,亮煤质地均匀而性脆,在后期构造运动影响下,容易破碎呈棱状小块,增加了煤的表面积,有利于瓦斯储集,CH4的含量也高。沉积环境是瓦斯生成、赋存和富集的基本地质因素。
4.2 褶皱构造对瓦斯赋存的影响
地质构造既可改变地层形态及结构,又可改变煤层围岩的连续性[6]。勘查区在永城隐伏背斜西翼,构造形态较为简单,全区总的构造形态为走向南北、倾向西的单斜构造(构造层)。受次级构造和后期构造运动的改造,局部地层形态发生变化,并伴有次一级褶曲,总体构造简单,断层稀疏,地层起伏较小(地层倾角6°~11°),形态变化不大。连续性较好的地层,有利于瓦斯的保存。
4.3 断裂构造对瓦斯赋存的影响
开放型断层有利于瓦斯排放,封闭型断层可阻挡瓦斯的排放[7,8,9,10,11,12,13,14,15]。区内断裂构造相对比较发育,自西向东发育有5条NE向高角度正断层,西部、东部的断裂强度和规模比中部强而大,形成或圈定了DF1断层以东、F20断层以南及新桥断层、顺和断层之间(南北狭长部位)较大完整区的构造格架。据此推断,构造运动时东西两端的构造应力或压迫性作用力比较集中,致断层面的断层泥、断层破碎带等结构挤压紧密,形成了透气性差或弱的封闭型断层,成为了瓦斯逸散的屏障,因而造成瓦斯含量较高。4.4煤层埋深及岩性组合特征对瓦斯赋存的影响
煤层瓦斯的赋存与煤层埋藏的深度密切相关,随着煤层埋深的增加,地应力不断增高,煤层和围岩的透气性也逐渐降低,有利于瓦斯的赋存。钻孔揭露新生界平均厚度382.78 m,透气性不良的黏土或黏土岩层有数层,且厚度大、分布较稳定;煤层上覆基岩(多为弱透气性的泥岩)厚度在340~1 360 m,致密完整、裂隙不发育、地层产状平缓,岩层封闭性能好,不利于瓦斯溢出。可见,岩性组合特征也是决定瓦斯含量高的重要因素之一。
4.5 煤层围岩及厚度对瓦斯赋存的影响
煤层围岩决定着瓦斯赋存的隔气、透气性能。煤层作为瓦斯的良好储集层,而煤层围岩性质直接影响到煤层瓦斯含量的大小,是判定瓦斯赋存条件优劣的重要因素。一般来讲,当煤层围岩为泥岩且致密完整时,透气性差,隔气性好,泥岩厚度越大,对瓦斯的保存越有利,瓦斯含量就高。煤层顶底板岩性特征见表3。
从表3可看出,二2煤顶底板多为砂岩层,厚度也较泥岩层大;三煤顶底板多为泥岩、砂质泥岩,厚度较大。区内煤层围岩对瓦斯含量影响不太明显。
4.6 水文地质条件对瓦斯赋存的影响
随着地质年代的变迁,大量的瓦斯已从煤层中逸散到围岩和大气中,以吸附或游离状态存在于煤层中的瓦斯只有少量,所以,水文地质条件对煤层瓦斯赋存、运移影响也很大。该区受水文地质控气作用较为明显,据钻孔抽水资料,二2煤层顶底板含水段的单位涌水量0.000 12~0.005 00 L/(s·m),渗透系数0.000 4~0.095 0 m/d,说明岩层富水性弱,不能得到充分的补给,径流条件也会随之变差,不利于瓦斯运移。
5 结语
马桥北马庄勘查区煤层瓦斯的赋存,不仅与煤岩系的沉积环境、煤变质程度、煤层埋藏深度及上覆岩性组合有关,煤层顶底板的孔隙性、渗透性、节理发育程度等地质条件也起着主导作用,同时也受区内的地质构造、水文地质条件等多方面地质因素综合作用的制约。
摘要：马桥北马庄勘查区的二叠系下统煤系地层中(埋深590~2 710 m),山西组(P1s)含全区可采的二2煤层(主要勘查对象),平均厚3.01 m;下石盒子组(P1x)含大部可采的三2煤层,平均厚1.69 m,均属高变质、特低硫煤为主的贫煤、无烟煤。由于该区煤岩层埋藏深、封闭性较好、瓦斯逸散条件差,致二2、三煤层赋存有大量的瓦斯,且全区富集。就马桥北马庄勘查区地质特征对煤层瓦斯赋存的影响进行了剖析。研究发现,勘查区煤层瓦斯的赋存,不但受地质条件作用的主导,同时也受地质构造、水文地质条件等地质因素综合作用的制约。
瓦斯地质特征 篇3
煤层瓦斯含量预测不仅是矿井瓦斯基础参数测定的基本内容, 也是瓦斯地质研究的重要方面。煤层瓦斯含量的主要方式是通过地勘期间和生产期间实测, 如果仅以单一的某一阶段的测量值进行煤层瓦斯含量预测工作, 显然具有一定的局限性。为解决此问题, 本文结合王坡煤矿瓦斯地质特点, 在分析瓦斯地质条件的基础上, 结合地勘期间钻孔资料和采掘区煤层瓦斯含量实测结果, 对3号煤层瓦斯含量进行了分析预测。
2 矿井概况
王坡煤矿生产能力3.0Mt/a, 井田面积25.3652km2, 现主采3#煤层, 煤层厚4.10m~6.70m, 平均厚5.76m, 含矸0~2层, 矸石厚0.02m~0.90m, 煤层结构简单, 为全区稳定可采煤层。开拓方式采用斜井开拓, 煤层划分为两个水平开拓, 3号煤层为一水平, 水平标高为+690m;矿井有1个综采工作面, 3个综掘工作面, 采用综采放顶煤开采工艺, 全部垮落法管理顶板。井田内褶曲宽缓, 现发现存有1条正断层和12个陷落柱构造, 未见岩浆岩侵入, 井田总体构造属简单类型。
井田内施工的17个钻孔所揭露的主要可采煤层均采取了瓦斯样, 其中3号煤层17个, 测试结果见表1。
井田内3号煤层瓦斯成分均以甲烷和氮气为主, 其次为二氧化碳, 瓦斯分带均为氮气~甲烷带及甲烷带, 历年矿井瓦斯等级鉴定均为高瓦斯矿井。
3 钻孔瓦斯含量修正
3 号煤层瓦斯含量测定结果见表2, 其包括的参数有各钻孔埋藏深度 (H) 、煤层上覆基岩厚度 (P) 、煤层倾角 (α) 、煤层厚度 (m) 、水分 (M) 、灰分 (A) 以及根据3号煤层灰分及水分值换算的原煤瓦斯含量。
国内理论研究及实践均证明, 矿井瓦斯含量测定中, 地勘测试结果一般偏小, 但它控制范围较大, 可反映整个矿井的瓦斯赋存趋势;井下实测结果相对准确, 但反映的只是测试范围的局部情况, 因此需要以地勘测试结果为基础、井下实测结果为依据, 根据井下实测结果对地勘测定结果进行修正。根据矿井地勘报告及参数测定报告, ZK3-2与井下实测点的埋深与位置均相近, 将井下实测煤层瓦斯含量与地勘钻孔测定煤层瓦斯含量比较, 确定其修正系数为K=2.14, 计算结果见表3。
考虑到地勘钻孔测定存在一些偶然性误差, 因此, 在煤层地质构造及赋存条件无较大变化情况下, 综合分析, 对少数测定数据明显不符合瓦斯带赋存趋势的测点进行剔除;另外对于煤层瓦斯含量明显小于残存量和大于吸附常数的测点也剔除, 经筛选后的数据见表4。
4 地质因素对瓦斯含量分布的Á影响分析
为研究各主要地质因素与瓦斯含量分布的影响, 以修正筛选后的地勘期间3号煤层5个钻孔和井下实测的4个钻孔的瓦斯含量值作因变量 (W) , 其余各项参数分别作自变量进行回归分析, 回归分析结果见表5。
5 瓦斯赋存规律模型确定
根据线性回归分析表, 选取相关性系数较大的地质要素数据为基础, 利用DPS软件进行线性回归分析得出, 瓦斯赋存规律的数学表达式为:
Q=-1.989+1.243H+1.022P-0.245α
利用该模型计算煤层瓦斯含量相关系数R2=0.784, 回归方程中各自变量对因变量的相关系数分别为:R12=0.728, R22=0.561, R32=0.368, 由此可见, 上述地质因素可以很好的反映煤层瓦斯赋存规律。按该数学模型绘制了3号煤层瓦斯含量等值线图, 如图1所示。该图较好地反映了煤层瓦斯的赋存规律, 与瓦斯地质定性分析的主要结论相一致。
6 结束语
6.1 煤层瓦斯含量的测定为瓦斯治理工作提供了基础数据, 其准确性直接影响瓦斯灾害预测及防治工作的效果, 如果仅以单一的某一阶段的测量值进行煤层瓦斯含量预测工作, 预测结果具有局限性, 通过结合井下实测钻孔数据对地勘钻孔瓦斯含量进行修正, 为瓦斯含量预测工作提供了准确可靠的基础数据。
6.2借助线性回归分析确定了各矿井地质要素对煤层瓦斯含量的影响程度, 其中煤层埋深、上覆基岩厚度、煤层倾角与煤层瓦斯含量的相关性较大;煤层厚度、水分、灰分与之相关性较小。
6.3 选取相关性较大的地质要素作为自变量, 初步建立了王坡煤矿3号煤层的瓦斯赋存规律模型。
6.4 以修正后的地勘钻孔瓦斯含量和井下实测的瓦斯含量为基础, 结合数学模型, 绘制了井田范围内3号煤层的瓦斯含量等值线图, 较好地反映了煤层瓦斯的赋存规律, 对瓦斯治理工作具有较强的指导意义。
摘要：利用井下实测钻孔瓦斯含量对地勘钻孔瓦斯含量进行修正, 通过线性分析确定了影响煤层瓦斯含量的地质要素, 建立了适合矿井测试煤层的瓦斯赋存规律模型, 结合瓦斯含量与数学模型绘制了煤层瓦斯等值线图, 对瓦斯治理工作具有指导作用。
关键词：瓦斯含量预测,地质要素,线性分析,瓦斯赋存规律
参考文献
[1]汤友谊, 王言剑.煤层瓦斯含量预测方法研究[J].焦作工学院学报, 1997, 16 (2) :68-72.
[2]吴铁军.古汉山矿瓦斯含量分布规律探讨[J]煤矿安全, 1999, 30 (12) :37-38.
[3]徐平, 张子戌, 等.新汶矿区协庄矿11#煤层瓦斯含量预测[J]矿业安全与环保, 2003, 30 (1) :15-16.
瓦斯地质特征 篇4
徐矿集团张集煤矿为江苏省唯一的煤与瓦斯突出矿井, 7、9煤为突出煤层, 1995年以来矿井共发生8次煤与瓦斯突出, 其中有一次突出造成了人员伤亡。
瓦斯是一种易燃易爆气体, 无色、无味, 是威胁煤矿安全生产和矿工生命的最大灾害源, 瓦斯作为一种特殊的地质体, 研究其运移、赋存和分布规律——瓦斯地质规律, 对瓦斯灾害的防治具有重要意义。
1 井田地质构造概况
徐矿集团张集井田位于徐州复背斜的西北翼, 总体为一单斜构造, 单斜上发育有次级的李庄向斜和张集背斜、姚庄背斜, 地层走向基本为北东、北北东向, 倾向总的为北西向。井田东部F2断层上盘18勘探线以东, F2断层下盘21′勘探线以东, 岩浆岩以岩床型侵入山西组7、7-2煤层位;全井田断层发育, 落差大于20m的大中型断层有33条, 其中:正断层24条, 逆断层9条, 断层密度2.54条/km2, 延展长度2730m/km2, 构造纲要示意图如图1所示。
2 矿井瓦斯地质规律研究
2.1 褶皱构造、断层对瓦斯赋存的影响
向斜构造比背斜构造对瓦斯保存有利, 故背斜轴部的含气性往往最差, 而向斜两翼和倾伏端方向含气性较好。从7煤、9煤瓦斯地质图中瓦斯含量等值线可以看出, 瓦斯含量在李庄向斜东翼与张集背斜间有两块明显的高值区域。
断层破坏了煤层的完整性, 使瓦斯运移条件发生变化。-700m东二下山采区轨道下山、东九皮带下山及9443工作面皮带机道靠近下部F4大断层构造带, 伴生小断层发育, 煤层挤压成粉沫状, 透气性差, 瓦斯难以逸出, 9煤层发生的7次煤与瓦斯突出位置大部分在断层发育处, 其突出位置如图2所示。
2.2 埋深对瓦斯赋存的影响
随着煤层埋藏深度的增加, 不仅因地应力的增加而使煤层及围岩的透气性变差, 而且增加了瓦斯向地表的运移距离, 有利于瓦斯封存。矿井在-300m水平回采时, 瓦斯涌出量相对较小;进入-520 m辅助水平回采时, 瓦斯涌出量逐渐增加;-700m东二下山采区、东三采区采深为-780~-860m, 发生了煤与瓦斯突出。随着矿井开采不断延深, 北翼延深采区将是煤与瓦斯突出区域, 根据地质勘探资料, 北翼延深采区主采煤层9煤的瓦斯含量达到9.5m3/t, 大大高于浅部4.5m3/t, 再加上地压等方面的影响, 煤层受挤压破坏的变化将会增大, 煤与瓦斯突出的强度和频率将会远远大于浅部煤层。
2.3 顶板岩性对瓦斯赋存的影响
井田内煤层直接顶为泥岩且覆盖厚度较大的区域, 瓦斯含量明显高于以砂岩为直接顶的区域。7煤层中部、17-21勘探线间及井田东北部、张集背斜附近有两块面积较大的顶板为泥岩的区域, 区域内瓦斯含量明显高于周围顶板岩性为砂岩的地区;9煤层17、21′、24、26勘探线上有4个顶板为泥岩的区域, 区域内瓦斯含量明显高于周围顶板岩性为砂岩的区域。
2.4 岩浆岩对瓦斯赋存的影响
矿井东部岩浆岩体以岩床型侵入山西组7、7-2煤, 与下伏9煤层间距9.88~30.31m, 热力作用使9煤的变质程度增高, 对促进煤层气的生成起到了重要作用;破坏了煤层的原生结构, 裂隙增多, 给瓦斯的赋存提供了空间;对9煤的瓦斯运移形成了覆盖层, 使煤层顶板整体渗透性差, 影响了瓦斯的运移和逸散, 根据9煤钻孔资料非侵入区瓦斯含量<530mm3/g, 侵入区瓦斯含量4 023~9 549mm3/g。矿井在生产过程中实际瓦斯涌出量也证实了这一规律, 非侵入区瓦斯绝对涌出量0.10~1.20m3/min, 侵入区瓦斯绝对涌出量4.10~9.45m3/min。9煤发生的7次煤与瓦斯突出均位于侵入体覆盖层下。
另外, 煤层本身是一种高度致密的低渗透性岩层, 对瓦斯保存有利, 煤层厚度增加, 瓦斯含量也呈增大趋势。
3 结论和建议
3.1 结论
综合分析影响瓦斯赋存的地质因素, 矿井瓦斯含量分布规律如下:①向斜构造比背斜构造对瓦斯赋存有利, 李庄向斜附近的瓦斯含量高于张集背斜、姚庄背斜附近的瓦斯含量。②当煤层顶板岩性为封闭性较好的泥岩且厚度较大时, 瓦斯含量较高。7、9煤顶板岩性为泥岩的区域内的瓦斯含量明显高于周围顶板为砂岩区域内的瓦斯含量。③岩浆侵入导致煤层变质程度越高, 瓦斯含量越大。侵入区内7、7-2煤大面积出现焦煤, 瓦斯含量明显高于未侵入区。与此同时, 岩浆岩对下伏9煤的影响较大, 在侵入内瓦斯含量高, 煤层为突出煤层。④随煤层埋藏深度及厚度增加, 瓦斯含量增大。⑤井田东翼18-27勘探线-600m水平以下区域内瓦斯含量明显高于其它区域, 此区域为煤与瓦斯突出区域。
3.2 建议
瓦斯地质特征 篇5
1.1矿井瓦斯的概念
矿井瓦斯是煤炭在生产过程中释放出来的无色、无味的气体, 主要是由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体, 有时单独指甲烷 (沼气) , 是煤在生成和变质过程中伴生的气体。在成煤的过程中生成的瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期, 纤维素和有机质经厌氧菌的作用分解而成。另外, 在高温、高压的环境中, 在成煤的同时, 由于物理和化学作用, 继续生成瓦斯。
1.2矿井瓦斯的危害
瓦斯气体有四大危害, 一是可以燃烧, 引起矿井火灾;二是会爆炸, 导致矿毁人亡;三是浓度过高时会导致人员缺氧窒息、甚至死亡;四是会发生煤 (岩) 与瓦斯突出, 摧毁、堵塞巷道, 甚至引起人员窒息死亡和引起瓦斯爆炸。
2、瓦斯的赋存状态
瓦斯在煤体或围岩中是以游离状态和吸附状态存在的。
游离状态也称为自由状态, 这种瓦斯以自由气体状态存在于煤体或围岩的裂缝、孔隙之中, 其量的大小主要决定于贮存空间的体积、压力和温度。
吸附状态又称结合状态, 其特点是瓦斯与煤或某些岩石结合成一体, 不再以自由气态形式存在。按其结合形式不同又可分为吸附及吸收两种。吸附状态是由于固体粒子与气体分子之间分子吸引力的作用, 使气体分子在固体粒子表面上紧密附着一个薄层;吸收状态是气体分子已进入煤分子的内部。
几种状态的瓦斯处于不断变化的动平衡之中, 在一定条件下会互相转化。当压力、温度变化时, 游离瓦斯转化为吸附瓦斯称为吸附, 吸附瓦斯转化为游离瓦斯称解吸。
3、影响矿井瓦斯含量的地质因素
矿井瓦斯含量是指井下在自然条件下单位质量或体积的原始煤体所含瓦斯量的大小 (包括游离瓦斯和吸附瓦斯) , 单位是m3/t。
煤体中矿井瓦斯含量与实际瓦斯生成量有很大的差别, 不同煤田、同一煤田的不同井田、同一井田不同采区其瓦斯含量均有较大的差异, 产生这种差异的主要原因与煤的变质程度、煤层和围岩的透气性、矿井地质和水文地质条件、煤层露头及煤层赋存深度有关。
3.1煤层的变质程度
矿井瓦斯是煤的天然吸附体, 含量的多少受煤层的变质程度影响较大。一般情况下, 若在其他因素相同的条件下, 煤层的变质程度和瓦斯含量呈线性梯度增加, 变质越高, 瓦斯含量越高。
3.2煤层和围岩的透气性
煤系地层的岩性组合及其透气性对瓦斯含量的大小有重大影响, 在变质程度、地质条件等因素相同的情况下, 煤层及围岩 (顶底板岩性) 的透气性越大, 越有利瓦斯的释放, 其含量就越小;反之, 有利于瓦斯的保存, 含量就越高。
实践证明, 煤层顶板为致密的厚层岩层 (如泥岩、页岩等) 在煤系地层中所占的比例越大, 则往往煤层瓦斯含量越高;当顶板由透气性较好的厚层中粗砂岩、砾岩或裂隙、溶洞较发育的灰岩时, 瓦斯含量往往较小。
3.3地质与水文地质条件
(1) 地质条件
地质条件复杂的矿井, 特别是地质构造复杂的矿井对瓦斯的赋存及含量低下有重要关系, 封存型的地质构造 (如断裂构造、褶曲构造) 有利于瓦斯的封存, 开放型的地质构造, 有利于瓦斯的释放。
a、断裂构造 (断层)
通常情况下张性断层, 尤其是通至地表的张性断层, 有利于煤层瓦斯的释放, 往往瓦斯含量越小;反之, 压性断层有利于煤层瓦斯的封存, 往往瓦斯含量越大。
b、褶曲构造
当煤层顶板为致密的岩层时, 一般情况下背斜构造瓦斯含量由两翼向轴部增大, 向斜构造的槽部瓦斯含量较小。当顶板透气性较好时, 有利于瓦斯扩散, 因而背斜顶部瓦斯含量较小, 向斜底部瓦斯含量有所增加。
(2) 水文地质条件
涌水量较大的矿井, 由于地下水的运动, 一方面驱动煤岩层裂隙和孔隙中瓦斯的排出, 另一方面部分瓦斯溶于水随水流动排出。因此, 地下水的流动有利于瓦斯的排放, 同时水吸附在煤岩裂隙和孔隙的表面上, 也削弱了煤岩对瓦斯的吸附力, 因而水文地质条件复杂, 涌水量较大的矿井瓦斯含量较小, 反之含量就大。
3.4煤层露头及煤层赋存深度
(1) 煤层露头
煤层露头是瓦斯向地面释放的出口, 因此, 存在露头的矿区瓦斯含量较小;反之, 没有露头的矿区, 瓦斯含量往往较高。
(2) 煤层赋存深度
一般情况下, 随着煤层赋存深度的增加一方面地应力加大, 降低了煤岩层的透气性, 另一方面加大了瓦斯向地表释放的距离。因此, 有利于瓦斯的封存, 瓦斯含量较大。
研究表明, 当煤层赋存较浅时, 煤层瓦斯含量随着赋存深度的增加呈线性增加;当煤层赋存深度达到一定深度后, 煤层瓦斯含量趋于常量。
4、发生瓦斯爆炸事故的条件
矿井瓦斯爆炸是一种热链式反应, 是指在一定温度下, 一定浓度的瓦斯和空气中氧气发生的激烈氧化反应。因此, 引起矿井瓦斯爆炸有三个条件, 缺一不可。一定浓度瓦斯 (瓦斯爆炸界限为5%～16%) 、高温火源 (650℃～750℃) 的存在和充足的氧气 (12%以上的氧气浓度) 。
5、矿井瓦斯事故的防治技术措施
5.1防止瓦斯积聚的措施
瓦斯是导致瓦斯事故发生的根源, 做好瓦斯安全管理工作防止瓦斯积聚是控制瓦斯事故的重要前提, 因此, 要建立完善的瓦斯安全管理机制, 应从三个方面做好工作。
(1) 彻底消除瓦斯危险源的存在
主要是最大限度的抽放瓦斯, 抽出开采煤层、临近煤层和采空区中的瓦斯, 减少矿井瓦斯涌出量, 实现本质安全。对局部聚集的瓦斯要采取各种通风措施来隔离或吹散瓦斯, 做到及时安全地处理积聚的瓦斯, 保障生产安全。
(2) 建立健全完善可靠的通风系统
强化通风的安全管理, 确保矿井和各采掘工作面都有足够的、有效的、连续和稳定的风量, 并保持一定的风速, 用来足以稀释和驱散瓦斯, 达到防止瓦斯积聚和超限之目的, 这是避免瓦斯事故发生的最根本、最有效的措施。
(3) 建立完善的瓦斯检测监控系统
矿井要按规定建立完善的瓦斯监测监控系统, 实现对井下各工作场所瓦斯含量的监测, 填写好监测记录, 做好瓦斯日报, 发现瓦斯异常, 及时采取措施, 杜绝瓦斯事故的发生。
5.2防止瓦斯点火源的措施
防止瓦斯引燃的措施是严禁和杜绝一切火源。严格管理和控制生产中可能发生的火、热源, 防止产生或限制其引燃瓦斯的能力。因而要建立严格的入井验身制度, 防治携带烟草和点火物品带入井下;矿灯应完好, 否则不的发放, 应爱护矿灯, 严禁拆开、敲打、撞击;要加强电器设备管理和维护, 采用防爆型的电器设备, 井下供电还应做到无鸡爪子, 无羊尾巴, 无明接头, 坚持使用煤电钻综合保护, 坚持局扇风电闭锁;要加强放炮的安全管理, 对火药、雷管实行严格的审批程序, 要严格执行“一炮三检”制度, 严禁放明炮、违规充填炮泥和反向爆破等。
5.3防止瓦斯爆炸范围扩大措施
为了防止万一发生瓦斯爆炸, 应使灾害控制在尽可能小的范围, 并尽可能减少损失, 为此通风系统力求简单, 采用并联通风, 禁止大串联通风。
6、结束语
影响矿井瓦斯含量的地质因素是多方面的, 预防瓦斯事故也是一个复杂的系统工程, 本文从矿井瓦斯的概念及其危害、瓦斯的赋存状态、影响矿井瓦斯含量的地质因素和瓦斯爆炸事故的条件出发, 提出来相应矿井瓦斯事故的防治技术措施, 对煤矿安全生产和可持续发展具有重要意义。
摘要：瓦斯事故是煤矿五大灾害之一, 本文通过对影响煤层瓦斯含量的地质因素的探讨和对发生瓦斯事故主要原因的分析, 提出防治矿井瓦斯事故的措施, 达到实现安全生产之目的。
关键词：瓦斯地质,地质因素,瓦斯含量,瓦斯赋存,瓦斯事故,防治措施
参考文献
[1]李增学.煤矿地质学[M].煤炭工业出版社, 2009.
安泰煤矿瓦斯地质规律研究 篇6
1矿井地质概况
1.1地层
安泰矿区属于双鸭山煤田的东部, 双鸭山煤田地层层序由老至新为太古界麻山群、中生界白垩系鸡西群、新生界第三系、第四系[1]。矿区煤系地层为中生界白垩系下统城子河组, 地层总厚度在 900 m左右, 地层走向为 NWW—SEE, 倾向大致N, 浅部倾角5°～9°, 深部为 15°～30°, 总体为一单斜构造。
1.2构造
安泰矿区所属的双鸭山煤田位于安邦河—七星河弧形复式向斜中部, 该复式向斜内南侧为双桦煤田, 北侧为集贤煤田。双鸭山煤田总体呈弧形向斜构造, 地层倾角南翼陡、北翼缓。被后期双鸭山—宝清七星镇弧形逆冲断层切割破坏, 该断层是改造煤田现存格局的主干断层。
安泰矿区处于双鸭山煤田中部地段, 双鸭山煤田属三江—穆棱河聚煤区内, 在中国大地构造体系划分中, 按地质力学解释, 归属于新华夏系第二隆起带上的拗折带, 三江—穆棱河聚煤区东侧为那丹哈达岭燕山期褶皱带, 西邻悦来至林口凸起。它是从印支运动以来发育起来的1个拗折带。
安泰矿区内构造形态总体上呈单斜构造, 在走向上有次一级短轴背、向斜存在, 地层走向北 60°～70°西, 向南倾斜, 浅部倾角 5°～12°, 向深部逐渐变陡。在安泰煤矿界内南部存在1条急倾斜带 (图1) , 倾角在30°以上。
1.3煤层、煤质
安泰井田煤层厚度在0.3 m以上的共有36层, 含煤系数为0.021 8。可采煤层 (煤厚>0.70 m) 7个, 全区可采煤层有15#、35#两层, 煤层间距一般为10～30 m。煤厚不稳定, 多含夹矸。该区煤层以区域变质作用为主, 煤质牌号以气煤为主, 个别区域有肥气煤, 在火成岩活动区可见到无烟煤。
2瓦斯赋存影响因素
2.1断层、褶皱构造
(1) 褶皱构造。
闭合而完整的背斜或窟窿又覆盖不透气的地层是良好的储瓦斯构造, 在其轴部煤层内往往积存高压瓦斯, 形成“气顶”。在倾伏背斜的轴部, 通常也比相同埋深的翼部瓦斯含量高。但是当背斜轴的顶部岩层为透气岩层或因张力形成连通地面的裂隙时, 瓦斯会大量流失, 轴部瓦斯含量反而比翼部小;向斜构造一般轴部的瓦斯含量比翼部高, 这是因为轴部岩层受到强力挤压、围岩的透气性会变得更低, 因此, 有利于在向斜的轴部地区封存较多的瓦斯。受构造影响煤层局部变厚也会出现瓦斯富集现象。此外, 由2条封闭性断层与致密岩层封闭的地垒或地堑构造也容易致使瓦斯聚集。安泰煤矿总体为一单斜构造, 不是一个很好的瓦斯储集地质单元;其次, 由于其顶板主要为砂岩, 透气性好, 因此, 瓦斯大量逸散。
(2) 断裂构造。
断层对煤层瓦斯含量的影响比较复杂, 一方面要看断层带的封闭性;另一方面还要看与煤层接触的对盘岩层的透气性。开放性断层 (一般是张性、张扭性或导水断层) 一般有利于瓦斯释放。封闭性断层 (一般是压性、压扭性、不导水、现在仍受挤压处于封闭的断层) 与煤层接触的对盘岩层透气性低时, 可以阻止煤层瓦斯的排放, 在这种条件下, 煤层瓦斯较易富集[2]。由于断层集中应力带的影响, 距断层一定距离的岩层与煤层的透气性因受挤压而降低, 故出现瓦斯含量增高区。安泰煤矿发育的近南北向和北东方向的断层有正有逆, 但以正断层为主, 瓦斯大量放散。
2.2顶板岩性
煤层围岩的透气性好坏, 直接影响着煤层瓦斯的赋存、运移或富集。透气性好的砂岩顶板, 有利于煤层瓦斯的逸散, 煤层瓦斯含量相对较低;透气性差的泥岩、砂质泥岩顶板, 对煤层瓦斯的逸散起阻碍作用, 含量则相对较高[1]。
15#煤层直接顶为细砂岩, 厚2.5 m;伪顶为炭页岩, 厚0.1～0.6 m;基本顶为中细砂岩, 厚6 m;直接底板为细砂岩, 厚2 m;伪底为泥灰岩, 厚0.1 m。35#煤层直接顶为细砂岩、页岩, 厚2.2 m;伪顶为炭页岩, 厚0.3 m;基本顶为中细砂岩, 厚7 m;直接底板为细砂岩, 厚2 m;伪底为粉砂岩, 厚0.5 m。安泰煤矿其他煤层顶底板也皆以砂岩为主, 因此可以看出, 安泰煤矿15#和35#煤层顶底板的透气性比较好, 有利于煤层瓦斯的逸散。
2.3煤层厚度
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。通过统计观察安泰煤矿的储量图及钻孔柱状图得知, 该矿含煤层数较多, 但大多较薄, 15#及30#煤层很薄, 平均厚1 m左右, 属于薄煤层, 不利于瓦斯的赋存。
2.4煤层埋藏深度及上覆基岩
随着煤层埋藏深度的增加、上覆基岩的增厚, 地应力不断增高, 煤层和围岩的透气性也会降低, 而且瓦斯向地表运移的距离也增大, 这些变化均有利于瓦斯的赋存[3]。随着煤层埋藏深度的增加, 安泰煤矿瓦斯含量以及瓦斯涌出量都在逐渐增加, 尽管增加的幅度不是很大, 但也可以表明煤层埋藏越深及上覆基岩厚度越大, 越有利于瓦斯的赋存。
2.5岩浆岩
该井田岩浆岩活动较弱, 主要岩性为中性闪长岩类, 呈岩墙、岩脉侵入煤系, 对煤层影响很小。分布在井田西部一、四井区50#煤层底板, 对50#煤层有一定影响。往南东方向, 岩浆岩出露地表。
3结语
安泰煤田煤层瓦斯赋存规律及其变化是诸多地质因素综合作用的结果, 它的瓦斯含量与矿井地质构造、煤的埋藏深度、煤层厚度及顶底板岩性有密切关系, 其中煤的埋藏深度对瓦斯含量影响最大。认识和掌握这种变化规律, 对煤矿的安全生产具有指导意义。
摘要：通过收集、整理多年来安泰煤矿大量的瓦斯地质资料, 分析了影响井田煤层瓦斯含量的主要地质因素、煤层瓦斯的赋存特征和分布规律, 阐述了影响煤层瓦斯形成、赋存和运移的主要因素。认识和掌握煤层瓦斯含量及其变化规律, 对煤矿的安全生产具有积极的指导意义。
关键词：瓦斯地质,煤层瓦斯,赋存特征
参考文献
[1]张子敏, 张玉贵.瓦斯地质规律与瓦斯预测[M].北京:煤炭工业出版社, 2006.
[2]焦作矿业学院瓦斯地质研究室.瓦斯地质概论[M].北京:煤炭工业出版社, 1991.
张双楼煤矿瓦斯地质初探 篇7
煤矿瓦斯是煤炭生产的主要安全隐患之一, 严重地制约了矿井的正常生产[1,2,3]。低瓦斯矿井往往可能存在高瓦斯区, 而直接危及安全生产[4,5]。因此, 瓦斯地质因素分析及瓦斯涌出规律总结是矿井生产中一项重要研究内容, 对指导矿井安全生产具有重要意义。
张双楼煤矿位于江苏省徐州市大屯矿区, 东起F1大断层, 西到F24断层, 南起太原组21煤露头线, 北至-1 200 m水平七煤底板等高线。井田走向长13.5 km, 倾斜长2.8 km, 面积约38 km2。主要含煤地层是下二叠统山西组和上石炭统太原组, 其中山西组7煤和9煤是矿井主采煤层。2005年矿井瓦斯等级鉴定结果绝对瓦斯涌出量为4.99 m3/min, 相对瓦斯涌出量为1.64 m3/t, 为低瓦斯矿井。随着开采向深部延伸, 瓦斯涌出量呈明显的上升趋势, 因此, 有针对性的进行瓦斯地质研究将对今后瓦斯预测和综合防治打下扎实的基础。
2 瓦斯富集地质因素
2.1 地质构造
张双楼井田是一个被东、西、南边界断层包围的相对独立、完全封闭的地质构造单元, 为一倾向NW, 走向略有变化的单斜构造, 煤层倾角18°～34°, 井田内以张性断层为主, 有27条, 压性断层较少, 为8条, 从走向可分为4组, 主要有2组:NE向压扭性断裂和NW向张扭性断裂, 燕山晚期的火成岩沿张性断裂侵入煤层, 局部使煤层变为天然焦, 侵入最高层位为山西组7煤, 地震控制陷落柱9个, 如图1所示。
2.2 顶底板特性
7煤全区直接顶以砂质泥岩、泥岩为主, 灰～深灰色泥岩约占44%, 厚度O.47～41.31 m, 平均3.34 m;其次为砂质泥岩约占41%, 厚度0.57～29.35 m, 平均4.88 m;砂岩约占13%。深灰色泥岩少含砂质, 致密性脆。砂质泥岩含砂不均, 显波状层理。当为灰白～灰绿色中细粒长石英砂岩时, 分选、磨圆中等, 多为泥质或钙质胶结, 含炭质条纹及菱铁质鲕粒条带, 致密坚硬, 裂隙及节理发育。
7煤底板多为灰～深灰色泥岩或砂泥岩。泥岩约占59%, 厚度0.45～19.58 m, 平均2.46 m, 砂泥岩约占35%, 厚度O.65～22.02 m, 平均5.50 m。致密性脆, 节理发育, 具水平或微波状层理, 含少量植物根部化石, 其下多为大段的9煤顶板砂岩。7煤顶板的泥岩、砂泥岩抗压强度34.79～84.21 MPa, 平均58.80 MPa;单向抗拉强度2.75～4.08 MPa, 平均3.42 MPa。
9煤直接顶板多为灰～灰白色细中粗粒砂岩, 约占65%, 厚度0.95～46.94 m, 平均17.12 m;其次为深灰色砂质泥岩, 约占17%, 厚度0.90～22.02 m, 平均6.86 m;其余为深灰色泥岩。砂岩成分以石英为主, 长石次之, 钙质或硅质胶结, 致密坚硬, 裂隙发育, 具微波状层理, 局部伴有滴水、淋水现象。其老顶即为灰～灰白色细中粗粒砂岩。
9煤底板多为灰黑色泥岩约占62%, 厚度0.43～19.88 m, 平均3.89 m;其次为深灰色砂泥岩, 约占32%, 厚度0.37～21.39 m, 平均7.80 m, 偶为细砂岩, 致密性脆, 含砂不均。9煤顶板砂岩抗压强度58.80～151.70 MPa, 平均104.08 MPa。
2.3 煤层赋存及煤质特征
矿区有可采煤层4层, 但主采为下二叠统山西组的7、9煤, 煤层倾角18°～34°。
2.3.1 山西组7煤
见煤点两极厚度0.24～5.87 m, 平均2.49 m。沉缺点多集中在12～15线间, 而冲刷缺失点则大面积集中分布在17～25线。煤层厚度变化较为明显, 11线以东较厚, 以西较薄。煤层结构较简单, 有4个见煤点含2～3层夹矸, 36个见煤点含一层夹矸, 厚度0.08～0.58 m, 夹矸以泥岩为主, 次为砂泥岩。煤层变异系数r=50%, 可采性指数Km=0.95。据其发育程度, 本煤层应属全区大部分可采的较稳定中厚煤层。7煤顶板一般为深灰色、灰黑色的泥岩或砂泥岩。
7煤煤质为:黑-黑褐色, 呈油脂-半暗淡光泽, 鳞片状及厚薄不等条带状结构, 条痕呈褐色, 硬度Ⅱ-Ⅲ, 不规则断口, 内生裂隙发育, 性脆易碎, 为光亮-半暗型煤。
2.3.2 山西组9煤
见煤点两极厚度0.73～5.54 m, 平均3.33 m。沉缺点多集中分布在9～12线, 深度在-350～-700m之间, 缺失时9煤多为大段砂岩所替代, 9煤变薄时顶板砂岩增厚。20线以西9煤全部冲刷缺失;20线以东至01线全区煤层厚度较为稳定, 煤层结构较简单, 有5个见煤点含二层夹矸, 24个见煤点含一层夹矸, 厚度0.11～0.59 m, 夹矸以泥岩为主, 次为砂泥岩。煤层变异系数r=30%, 可采性指数Km=1。据其发育程度, 本煤层应属全区大部分可采的较稳定中厚煤层。9煤顶板则普遍为灰～灰白色中粗粒砂岩。9煤与7煤物理性质相似。
3 瓦斯概况
张双楼煤矿为立井多水平开拓, 通风方法为抽出式, 通风方式为两翼对角式。共有3个进风井, 2个回风井, 即由主、副井和新副井进风, 东、西风井回风。
经历年瓦斯等级鉴定结果表明, 张双楼矿为低瓦斯矿井。2004年鉴定结果是:矿井相对瓦斯涌出量为1.22 m3/t, 绝对瓦斯涌出量为4.17 m3/min, 主要来自采空区, 约占70%;2005年矿井瓦斯等级鉴定结果为:矿井瓦斯相对涌出量为1.64 m3/t, 瓦斯绝对涌出量为4.986 m3/min, 到目前为止没有出现瓦斯喷出和瓦斯涌出异常现象, 相对瓦斯涌出量变化曲线如图2所示。
4 影响瓦斯赋存的地质条件
影响瓦斯赋存的地质条件较多, 但在不同区域也有差异, 构造复杂程度控制煤与瓦斯突出的危险性[6]。
4.1 含煤岩系沉积环境和岩性特征对瓦斯赋存的影响
瓦斯主要形成于煤层, 而煤层的赋存和分布与聚煤期有着密切的关系。聚煤沉积环境控制了煤层的原始分布、煤厚及其变化又受沉积环境的制约, 同时, 聚煤前的沉积环境与聚煤后的沉积环境及其演化影响着煤层下伏及上覆地层的岩性、岩性组合及其厚度变化, 所以说沉积环境对瓦斯区域分布、瓦斯的保存和逸散均有重要影响。
本区以泻湖海湾～滨海沼泽相为主, 冲积平原环境不利于瓦斯聚积, 且沉积环境演化所导致的粗碎屑盖层及后期冲刷现象有利于瓦斯的逸散, 瓦斯含量一般较低。
4.2 煤层厚度和变质程度对瓦斯赋存的影响
山西组7煤两极厚度0.24～5.87m, 平均2.49 m, 9煤两极厚度0.73～5.54 m, 平均3.33 m。7、9煤均为光亮～半暗型煤, 煤质基本稳定, 但厚度变化较大, 对瓦斯的赋存及分布有一定影响。
4.3 区域地质构造对瓦斯赋存的影响
区域构造一方面形成了瓦斯分布的不均衡, 另一方面形成了有利于瓦斯赋存或排放的条件。
4.3.1 褶皱对瓦斯赋存的影响
张双楼井田在区域构造上位于华北地台的东南部, 鲁西隆褶带和徐蚌坳褶带西侧, 丰沛背斜的北翼, 东西向构造控制着煤田及新生代萁状盆地展布, 南北向断裂起强化破坏作用, 改变煤田的分布规律。区内瓦斯垂直方向移动困难, 随着开采深度加大, 瓦斯运移排放愈加困难, 这与张双楼矿井田瓦斯涌出量随深度增加而有所上升的规律是吻和的。
4.3.2断裂对瓦斯赋存的影响
地质构造中断层破坏了煤层的连续完整性, 使煤层瓦斯排放条件发生了变化。张双楼煤矿断层规模较大, 数量较多, 一般为开放型, 有利于瓦斯的排放。
4.4 地下水活动对瓦斯赋存的影响
地下水与瓦斯共存于含煤岩系, 共性均为流体, 运移和赋存都与煤层和岩层的孔隙、裂隙通道有关。由于地下水的运移, 一方面驱动裂隙孔隙中的瓦斯运移, 另一方面带动溶解于水体的瓦斯一起流动, 有利于瓦斯的逸散。同时由于地下水的作用, 减弱了煤对瓦斯的吸附能力, 侵占了瓦斯的赋存空间, 排挤呈游离态的瓦斯, 使瓦斯含量降低。张双楼矿地下水资源丰富, 一方面抓防治水害的同时, 另一方面也应该想办法利用地下水对下一步防治瓦斯灾害作出贡献。
5 结论
(1) 张双楼井田受沉积环境的影响, 瓦斯含量较低;煤层厚度对瓦斯有一定影响;瓦斯涌出随着开采深度的增加有上升趋势;与顶部岩石的透气性、含水性有相逆规律。
(2) 根据煤层瓦斯基础参数测定结果, 用区域预测单项指标和综合指标判定, 7煤和9煤均没有全部超过《细则》规定的临界指标值, 在目前开采水平以上均无突出危险性。张双楼煤矿到目前为止没有发生过煤与瓦斯突出或者喷出现象, 也没有发生过任何动力现象, 历年鉴定均为低瓦斯矿井。
(3) 矿井相对瓦斯涌出量≤10 m3/t, 为低瓦斯矿井。但随着开采深度的增加, 有的工作面出现瓦斯涌出量大于10 m3/t的现象。特别是围岩透气性较差的区域易存在高瓦斯区, 是预防的重点区域, 应结合自身特点, 借鉴成功经验, 加大瓦斯防治力度, 未雨绸缪, 杜绝瓦斯事故的发生。
参考文献
[1]焦作工学院瓦斯地质研究所.瓦斯地质概论[M].北京:煤炭工业出版社, 1990.
[2]王大曾.瓦斯地质[M].北京:煤炭工业出版社, 1992.
[3]程五一, 张序明, 吴福昌.煤与瓦斯突出区域预测理论及技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2005.
[4]宁洪进, 董钦亮, 李连军.巨野煤田梁宝寺煤矿瓦斯涌出规律分析[J].能源技术与管理, 2007, (2) :18-19.
[5]王猛, 山东巨野煤田梁宝寺井田瓦斯涌出的构造控制[D].徐州:中国矿业大学, 2007.