長(zhǎng)平礦3號(hào)煤層瓦斯賦存特征及控制因素分析

岳利嬌 王云剛

（1.河南理工大學(xué) 河南省瓦斯地質(zhì)與瓦斯治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室—省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)基地，河南 焦作 454000；2.河南理工大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454000）

1 含煤系地層和煤層沉積特征

在大地構(gòu)造位置上，長(zhǎng)平井田處于我國(guó)東部新華夏系構(gòu)造體系第三隆起帶的中段，即太行山背斜南端之西翼，沁水煤田盆地東緣；區(qū)域構(gòu)造位置處于韓店-高平間斷褶皺帶西側(cè)，莊頭正斷層上盤，總體為一走向北北東，向北西西傾伏的單斜構(gòu)造。 根據(jù)相關(guān)資料，井田范圍內(nèi)發(fā)育有次一級(jí)的波狀起伏，表現(xiàn)為寬緩的中小型背斜和向斜，并伴生有較多的中小型斷層和陷落柱。

井田內(nèi)主要含煤系地層為二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）和石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）。二疊系下統(tǒng)山西組下起K7 砂巖底，上至K8砂巖底，與下伏地層呈整合接觸，厚度約50m，由灰-深灰色中-細(xì)粒砂巖、粉砂巖和灰黑色泥巖及煤層組成。 3 號(hào)煤層位于山西組中下部，是該組主要開(kāi)采煤層，一般厚約5m，厚度穩(wěn)定，系三角洲平原上泥炭沼澤沉積。 頂板巖性一般為粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖，中含大量植物葉部、莖部化石，具水平紋理。底板為含豐富植物根部化石的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖。

2 礦區(qū)瓦斯賦存特征

長(zhǎng)平煤業(yè)有限責(zé)任公司屬于瓦斯礦井。 但受到局部地質(zhì)條件影響，在井田內(nèi)局部地區(qū)仍有高瓦斯富集帶。

井田東部邊界附近為瓦斯逸散帶，甲烷含量分布具有東低西高的特點(diǎn)，可見(jiàn)隨著煤層埋藏深度的加大，蓋層厚度加大以及煤變質(zhì)程度加深，有利于甲烷的積聚和保存。 因此，向西其甲烷含量較東部明顯增高。 如井田西北部煤層埋藏較深的2806 號(hào)孔，甲烷含量約達(dá)12mL/g 可燃質(zhì)。 就目前資料看，在井田東部開(kāi)采揭露地段，煤層瓦斯含量較低。 而井田中西部煤層埋藏較深的地段，分布有高瓦斯含量孔點(diǎn)，因此，井田中西部瓦斯含量較高。

井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造以向、背斜為主，伴有斷裂構(gòu)造。 這些構(gòu)造對(duì)瓦斯含量的分布有一定的影響。 3 號(hào)煤層位于向斜翼部及軸部，甲烷含量較高，如2801 和2901 孔，甲烷含量分別約為8 和11mL/g.daf。 而靠近背斜軸部甲烷含量低，如2804 孔，甲烷含量約為5mL/g.daf。

3 瓦斯賦存影響因素

3.1 區(qū)域構(gòu)造對(duì)瓦斯賦存的影響

背斜和向斜的軸部通常是有利于瓦斯儲(chǔ)存的構(gòu)造，因?yàn)檫@些部位煤層通常受到異常壓力， 能夠吸附并儲(chǔ)存大量的瓦斯氣體。 當(dāng)瓦斯帶內(nèi)煤層的頂板為致密巖層而又未遭破壞時(shí)，瓦斯在背斜的軸部地點(diǎn)積聚和保存下來(lái)。 當(dāng)背斜軸的頂部因張力形成連通地表的裂隙時(shí)，背斜軸部的瓦斯就會(huì)流失掉。

長(zhǎng)平礦在掘進(jìn)2203 巷到70m 時(shí)，遇一向斜構(gòu)造，且向斜軸部及兩翼未發(fā)現(xiàn)有斷層構(gòu)造，說(shuō)明向斜構(gòu)造形成一封閉區(qū)域，不利于瓦斯的擴(kuò)散。 在實(shí)際生產(chǎn)中， 實(shí)測(cè)在軸部瓦斯涌出量約達(dá)1.5m3/min，探眼內(nèi)瓦斯成分達(dá)100%，兩翼瓦斯成分變少。

斷層對(duì)于煤層瓦斯含量的影響比較復(fù)雜。 開(kāi)放性斷層不論其和地表是否直接相通，都會(huì)引起煤層瓦斯含量的降低。 封閉性斷層不利于瓦斯的逸散，特別是當(dāng)斷層帶的傾角較小時(shí)，一般形成較寬的斷層面，位于斷層面附近的煤層受到強(qiáng)烈揉擠作用，形成大面積的破碎帶和糜棱煤帶，糜棱煤顆粒破碎，煤層割理和裂隙完全被破壞，吸附的大量瓦斯氣體不能逸散，這是造成煤與瓦斯突出的主要因素。

根據(jù)井下巷道揭露，在長(zhǎng)平礦井開(kāi)拓區(qū)范圍發(fā)現(xiàn)有5 條落差10m-20m 中小型斷層， 其中SF3、SF17 斷層由于斷層面傾角小，斷層破碎帶較寬，可達(dá)20m-25m，對(duì)煤層破壞性較大。其它斷層因斷層面傾角大，形成的斷層破碎帶小，對(duì)煤層破壞性較小。

長(zhǎng)平礦一盤區(qū)在較小范圍內(nèi)共揭露14 條開(kāi)放性斷層，掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量不足0.6m3/min， 充分證明開(kāi)放性斷層密集的地方，瓦斯涌出量較小。

3.2 頂?shù)装鍘r性對(duì)瓦斯賦存的影響

煤系巖性組合及其上覆下伏巖層的透氣性，對(duì)煤層瓦斯含量有很大影響。 煤系內(nèi)透氣性低的巖層越厚，占的比重越大，煤層的瓦斯含量越高。 煤系下伏與上覆的巖層越致密，橫向巖性變化越小越有利于煤層瓦斯的儲(chǔ)存。

長(zhǎng)平礦區(qū)3 號(hào)煤層頂板， 下起3 號(hào)煤層頂， 上至K6 砂巖底，一般厚1-10m，平均約3m，巖性主要是泥巖、砂質(zhì)泥巖，次為粉砂巖，局部為中、細(xì)粒砂巖或粉砂巖。 直接頂板多為泥巖、砂質(zhì)泥巖，局部為粉砂巖、細(xì)粒砂巖及中粒砂巖。 厚度穩(wěn)定性差，結(jié)構(gòu)松軟，吸水易軟化，強(qiáng)度較低。 據(jù)取樣分析，其內(nèi)部裂隙較發(fā)育，有利于煤層瓦斯的逸散。

3.3 區(qū)域水文地質(zhì)條件對(duì)瓦斯賦存的影響

煤層瓦斯氣體能夠溶解在水中，并隨著地下水的流動(dòng)和滯留而逸散或聚集。 在地下水活躍的地區(qū)， 煤層瓦斯一般難以保存，相反在地下水滯留區(qū)，一般形成局部的煤層瓦斯聚集成藏。特別是在向斜的軸部或者被封閉性斷層隔斷的單斜底部， 煤層在露頭部位接受地表徑流補(bǔ)給，在向斜軸部形成承壓水區(qū)，由于水力的封閉作用從而利于煤層氣的成藏。

在長(zhǎng)平礦區(qū)內(nèi)，3 號(hào)煤層的直接充水含水層為頂板砂巖裂隙含水層，根據(jù)鉆孔抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，含水性較弱。 加之井田內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單， 主要以寬緩褶曲為主。 局部小斷層也多為開(kāi)放性正斷層，總體來(lái)說(shuō)不利于煤層水的匯聚和煤層瓦斯的聚集。

4 結(jié)論

由以上分析可知，長(zhǎng)平礦3 號(hào)煤層的瓦斯含量主控因素為煤層埋藏深度、褶曲構(gòu)造和斷裂構(gòu)造。 因此，在礦井生產(chǎn)過(guò)程中，尤其是在斷層附近和向斜軸部地區(qū)， 應(yīng)注意加強(qiáng)通風(fēng)和瓦斯預(yù)抽，避免瓦斯積聚及突出事故的發(fā)生。

[1]劉紅軍.長(zhǎng)平礦井地質(zhì)構(gòu)造特征與瓦斯賦存規(guī)律分析[J].煤炭工程，2005（4）：50-52.