藍(lán)毓勝 莫少將

0 引言

瓦斯是氣體地質(zhì)體,是地質(zhì)成因。煤層瓦斯賦存狀態(tài)、瓦斯含量大小、涌出量大小、煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性等主要受地質(zhì)因素的控制,是地質(zhì)歷史演化作用的結(jié)果。瓦斯涌出量除了與開采深度、開采強(qiáng)度、開采順序及采煤方法等因素密切相關(guān)以外,地質(zhì)條件是控制瓦斯涌出在水平方向上變化的主導(dǎo)因素,不同的地質(zhì)條件成為瓦斯運(yùn)移、賦存的先決條件。

本文通過對(duì)廣西百色盆地的地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)及廣西右江礦務(wù)局礦區(qū)瓦斯與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系分析,從而預(yù)測(cè)出百色煤田瓦斯地質(zhì)規(guī)律,為礦井安全開采提供一些必要的參考依據(jù),具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 百色煤田大地構(gòu)造位置、構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)及控制特征

1.1 百色煤田概況

百色煤田走向長(zhǎng) 92 km,南北寬約 7 km～14 km,面積約765 km2,處于桂西“北西向構(gòu)造帶”內(nèi),為北西—南東向狹長(zhǎng)的不對(duì)稱構(gòu)造盆地。自西向東由百色凹陷、四塘凸起、田陽凹陷、那百凸起及田東凹陷五個(gè)構(gòu)造單元組成,煤田內(nèi)褶皺及斷裂構(gòu)造較發(fā)育。

1.2 百色煤田褶皺

1)百色向斜：百色向斜西起右江區(qū)東蠶,東至田東縣思林,長(zhǎng)91 km,寬 1 km～14 km,呈120°～300°方向展布。向斜南翼寬廣,地層完全出露,巖層產(chǎn)狀平緩,一般8°～15°。向斜北翼因受斷層破壞,部分地層缺失而變得狹窄,巖層傾角較陡,一般25°～45°。

2)次一級(jí)褶皺：主要發(fā)育于煤田東部田東探區(qū)伏平、巴懷兩礦段。煤田東部次一級(jí)褶皺多發(fā)育于構(gòu)造線由近東西向轉(zhuǎn)為北東向的地段,如巴龍背斜,大塘—晚烈背斜,馬鞍山北向斜及巴懷向斜等,其軸向?yàn)楸睎|向呈雁行式排列(見圖1)。軸長(zhǎng)450 m～1 550 m,除巴龍背斜(軸長(zhǎng)4 000 m)規(guī)模較大外,其余均為一些對(duì)煤層影響不大的短軸背向斜。

1.3 斷裂

煤田內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育,按其走向可分為北西西向,近東西及北東向三組斷裂。

1)北西西—南東東走向斷裂組：為百色煤田最早形成的斷裂,是控制和影響著煤田的一組重要斷裂。其走向288°～317°,傾向60°～70°,均為正斷層,斷距 50 m～700 m以上。其中規(guī)模較大,影響較深的斷裂主要分布于向斜北翼(F21,F22,F23),次為南翼,如F22,長(zhǎng)達(dá)56 km,幾乎貫穿整個(gè)煤田,斷距達(dá)700 m以上,斷失1個(gè)～2個(gè)地層單位,其走向線基本控制了煤田的構(gòu)造線。

斷層傾向往往具如下規(guī)律：分布于向斜北翼的向南西方向傾斜,南翼的向北東方向傾斜。因而此組斷裂是百色向斜構(gòu)造盆地(地塹式向斜構(gòu)造盆地)的控制斷裂。

2)近東西走向斷裂組：是煤田內(nèi)一組重要的斷裂,多發(fā)育于林場(chǎng)、九合礦斷,煤田西部較少(如F14,F15,F16,F17等),往往破壞了煤層的連續(xù)性走向80°～100°,斷距70 m～235 m,多為高角度的正斷層,平面多呈較緊密平行排列,組成階梯狀構(gòu)造。

3)北東—南西橫向斷裂組：較發(fā)育,規(guī)模大小不等,走向10°～60°,傾角58°～70°,多為高角度的正斷層及平推斷層,斷距30 m～400 m,個(gè)別平移斷距達(dá)近千米。

此斷裂往往破壞了地質(zhì)體的連續(xù)性,常成為煤田內(nèi)劃分探區(qū)及探區(qū)內(nèi)劃分礦段的邊界線。如田陽探區(qū)與田東探區(qū)分界的F24,林場(chǎng)與九合礦段分界的F31及伏平礦斷段與巴懷礦段分界的F48。

此組斷裂形成時(shí)間較晚,常切斷上述北西西向及近東西向組斷裂。在平面上與其他組斷裂呈“入”字形排列,剖面上常組合成地塹式構(gòu)造(見圖2)。

1.4 百色煤田構(gòu)造特征

從煤田總體構(gòu)造分析,煤田的褶皺、斷裂都應(yīng)該是同一構(gòu)造幕下發(fā)生的。這一構(gòu)造幕發(fā)生于第三系建都嶺組地層沉積以后,第四系以前時(shí)期。F9,F10和F13斷層是煤田內(nèi)規(guī)模最大的斷層,也是盆地基底地質(zhì)構(gòu)造續(xù)承和發(fā)展的產(chǎn)物,它們之間所形成的地塹形式是盆地的基礎(chǔ)構(gòu)造。

根據(jù)盆地現(xiàn)存的構(gòu)造形跡,恢復(fù)盆地構(gòu)造形成的應(yīng)力場(chǎng),可以看到F9,F10,F13等盆地基底續(xù)承斷層的控制作用。在它們的控制之下,首先形成與它們的方向(280°左右)大致一致的褶曲,在褶曲的同時(shí)發(fā)生了縱向斷裂,如F16,F17等沿褶曲軸的斷裂和F11,F12,F15等大致與褶曲軸向平行的斷裂。隨著褶曲和縱向斷裂的發(fā)生和發(fā)展,所產(chǎn)生的剪切扭應(yīng)力逐漸達(dá)到了不平行,繼而發(fā)生大致垂直于褶曲軸向的橫斷層。橫斷層有北北東和北北西向之分,表現(xiàn)出一對(duì)共軛的、兩個(gè)方向不同的剪切扭應(yīng)力作用的產(chǎn)物,它們切割了縱向斷層和褶曲軸(如F19,F20)的現(xiàn)象,表明了其在構(gòu)造幕中發(fā)生的序次。

2 百色煤田的瓦斯地質(zhì)規(guī)律

2.1 煤田的含煤地層特征

百色煤田的巖層為下第三系始新統(tǒng)～漸新統(tǒng),始新統(tǒng)那讀組的段和新洲段為煤田內(nèi)主要含煤段。那讀下段由泥灰?guī)r、泥巖、粉砂巖和煤組成,地層厚度0 m～398 m。含煤0層～39層,可采或局部可采1層～7層,可采總厚4.91 m;那讀上段為砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖和煤層組成,含煤 0層～43層,可采或局部可采1層～7層,可采總厚4.91 m。新洲段由泥巖、泥質(zhì)砂巖、炭質(zhì)泥巖、粉砂巖、砂巖和煤層組成,地層厚度96 m～650 m,含煤1層～40余層,可采或局部可采1層～9層,一般可采厚0.6 m～1.19 m,最厚可達(dá)2.49 m。

煤田的含煤地層多數(shù)為湖盆沉積,巖相變化大。底部普遍有礫巖、礫砂巖,向上為半膠結(jié)的灰色、褐色、灰綠色、雜色泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、粉、細(xì)砂巖,局部為中、粗砂巖。

2.2 煤田瓦斯地質(zhì)規(guī)律

1)煤田地質(zhì)構(gòu)造對(duì)瓦斯含量的影響。煤田地質(zhì)構(gòu)造對(duì)瓦斯的控制作用主要表現(xiàn)在瓦斯含量、瓦斯壓力、瓦斯放散速度等方面。百色煤田的后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使煤田構(gòu)造處于半開放狀態(tài),易于瓦斯的擴(kuò)散和逸出,瓦斯賦存條件差,瓦斯含量相對(duì)較低。2)煤田斷層對(duì)瓦斯含量的影響。百色煤田內(nèi)的斷層具有張裂特點(diǎn),因此,瓦斯含量高低受斷層的影響較大。一般而言,距斷層越近,瓦斯含量相對(duì)越低;距斷層越遠(yuǎn),瓦斯含量相對(duì)越高。斷層為開放性斷層,不利于瓦斯的保存。3)煤田煤層頂、底板巖性對(duì)瓦斯含量的影響。煤田煤層頂、底板多為砂質(zhì)泥巖、泥巖、粉砂巖互層,有明顯的變化規(guī)律。頂板為砂質(zhì)泥巖、局部為粉砂巖時(shí),瓦斯容易逸散;頂板為泥巖、炭質(zhì)泥巖時(shí),瓦斯容易聚集;巖層結(jié)構(gòu)致密塊狀,層理不明顯,節(jié)理不發(fā)育,瓦斯容易聚集;巖層膠結(jié)性差、松散、破碎膨脹時(shí),瓦斯容易逸散;頂板巖層為偽頂或直接頂,隨采隨落時(shí),瓦斯容易逸散;泥質(zhì)巖有利于瓦斯的保存,但當(dāng)含砂質(zhì)、粉砂質(zhì)時(shí),將會(huì)大大降低其隔氣能力。向斜內(nèi)部瓦斯沿煤層和砂巖頂板逸散,煤層瓦斯含量低,礦井瓦斯涌出量小。4)煤田煤層厚度對(duì)瓦斯含量的影響。煤層較厚時(shí),瓦斯含量高,而煤層較薄時(shí),瓦斯含量低。5)煤田采深對(duì)瓦斯含量的影響。各生產(chǎn)礦井煤層隨著深度遞增瓦斯含量增高,但其相對(duì)瓦斯涌出量還是低于10 m3/t。

3 煤田的瓦斯預(yù)測(cè)

3.1 瓦斯含量預(yù)測(cè)

百色煤田的煤為褐煤,褐煤的特點(diǎn)為氧化程度低,含水分大,密度較小,無粘結(jié)性,并含有不同數(shù)量的腐植酸,煤中氧含量高,常達(dá)15%～30%左右,其本身瓦斯含量低,加之百色煤田后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使煤田構(gòu)造處于半開放狀態(tài),易于瓦斯的擴(kuò)散和逸出,瓦斯賦存條件差,瓦斯含量相對(duì)較低。煤田礦井頂、底板多為砂質(zhì)泥巖、泥巖、粉砂巖互層,有明顯的變化規(guī)律。根據(jù)右江礦務(wù)局各生產(chǎn)礦井歷年的《年度礦井瓦斯等級(jí)鑒定匯總表》及日常的瓦斯管理預(yù)測(cè)煤田的煤層瓦斯含量低于5 m3/t。

3.2 瓦斯涌出量預(yù)測(cè)

百色煤田后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使右江礦務(wù)局各生產(chǎn)礦井構(gòu)造處于半開放狀態(tài),易于瓦斯的擴(kuò)散和逸出,瓦斯賦存條件差,瓦斯含量相對(duì)較低,根據(jù)右江礦務(wù)局各生產(chǎn)礦井歷年的《年度礦井瓦斯等級(jí)鑒定匯總表》及日常的瓦斯管理預(yù)測(cè)煤田的煤層瓦斯涌出量低于10 m3/t。

3.3 煤與瓦斯區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)

廣西右江礦務(wù)局、百色礦務(wù)局自建礦、局以來,各生產(chǎn)礦井沒有發(fā)生煤與瓦斯突出事故,根據(jù)右江礦務(wù)局各生產(chǎn)礦井歷年的《年度礦井瓦斯等級(jí)鑒定匯總表》結(jié)果及煤田瓦斯地質(zhì)規(guī)律預(yù)測(cè)百色煤田的礦井發(fā)生煤與瓦斯區(qū)域突出危險(xiǎn)性極低。

4 結(jié)語

通過對(duì)廣西百色盆地的地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)及廣西右江礦務(wù)局礦區(qū)瓦斯與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系分析,從而預(yù)測(cè)出百色煤田瓦斯地質(zhì)規(guī)律,為礦井安全開采提供了科學(xué)依據(jù),為進(jìn)一步提升煤礦瓦斯防治技術(shù)水平打下基礎(chǔ),意義深遠(yuǎn)。

[1]張?jiān)孪?對(duì)煤礦井下爆破作業(yè)中不安定因素的淺析[J].山西建筑,2008,34(2)：136-137.