應承靜，王 亮

(中國礦業(yè)大學安全工程學院，江蘇徐州221116)

礦山壓力與災害控制

開放性斷層對煤層瓦斯賦存的影響

應承靜，王 亮

(中國礦業(yè)大學安全工程學院，江蘇徐州221116)

根據(jù)現(xiàn)場實測到的瓦斯涌出量值、瓦斯含量值以及瓦斯壓力值，歸納、分析出瓦斯的賦存規(guī)律。將賦存規(guī)律和斷層構(gòu)造對瓦斯賦存基礎地質(zhì)的影響相結(jié)合，得出童亭煤礦8煤層在趙口斷層控制下的瓦斯賦存規(guī)律。趙口斷層屬于開放性的地質(zhì)構(gòu)造，開放性斷層的存在造成地應力的釋放，增大了巖、煤層的孔隙－裂隙，使得瓦斯賦存條件較差;趙口斷層的落差很大，其對煤層的影響范圍也較大;在深部，同一區(qū)域內(nèi)，隨著離趙口斷層的距離減小，瓦斯也越小;不同的區(qū)域，離趙口斷層越近，則受到趙口斷層的控制作用也越大。

開放性斷層;瓦斯賦存;瓦斯涌出量;瓦斯含量;瓦斯壓力

為了實現(xiàn)煤炭行業(yè)的安全生產(chǎn)，減少生產(chǎn)過程中的事故損失，必須在開采前分析清楚煤層的瓦斯賦存以預防瓦斯災害的發(fā)生［1］。瓦斯賦存與煤的形成密切相關，又與煤層形成之后的各種地質(zhì)變化和構(gòu)造變動密切相關 ，因此影響瓦斯賦存主要是各種自然地質(zhì)因素，包括煤層厚度、煤體結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造、煤田圍巖透氣性和煤質(zhì)變質(zhì)程度等［2］。本文基于童亭礦井8煤層瓦斯賦存規(guī)律，研究其在趙口斷層的影響下，處于趙口斷層一定范圍內(nèi)的瓦斯賦存出現(xiàn)的反常情況。

1 趙口斷層概況

組成地殼的巖層或巖體因地殼運動而產(chǎn)生斷裂面，斷裂面兩側(cè)的巖層或巖體沿著斷裂面發(fā)生顯著的位移時，則為斷層。

趙口斷層屬于規(guī)模較大的正斷層，對井田的影響范圍比較大。正斷層的上下盤存在落差，這樣在上下盤之間就形成了一個敞開的空間，這便成為了瓦斯運移的通道。結(jié)合礦井實際可知，趙口斷層從力學的角度講為張性斷層，斷層剖面及圍巖都受到剪切應力的作用，所以趙口斷層成為瓦斯運移通道的同時也對瓦斯賦存的圍巖條件產(chǎn)生影響。趙口斷裂附近的應力場同時受到斷裂本身和兩側(cè)的巖體物理力學性質(zhì)的影響。若將地應力分為靜巖壓應力及構(gòu)造應力兩部分，在這兩部分應力共同作用下，當達到巖體強度時，即將產(chǎn)生破裂。所以趙口斷層使兩側(cè)附近的巖石破碎，巖層本身的地應力得到釋放，即趙口斷層對附近煤、巖層有卸壓作用，增加煤層及圍巖的孔隙－裂隙［3］。

2 8煤層瓦斯參數(shù)的測定與分析

礦井瓦斯參數(shù)主要包括瓦斯壓力、瓦斯涌出量及瓦斯含量。為了能更好地反映斷層對瓦斯的影響，本文對3個參數(shù)均做了充分的測定與收集。

2.1 煤層瓦斯涌出量

運用礦山統(tǒng)計的方法對8煤層進行瓦斯涌出量統(tǒng)計，得出了瓦斯涌出量值見表1。礦井先開采7煤層，后開采8煤層，兩煤層間距為30m，由于7煤層開采后對8煤層的保護作用，使得8煤回采工作面的瓦斯涌出量總體更小。

表1 8210回采工作面瓦斯涌出情況

由表1可知，8210工作面 (標高－525～－592m)回采期間平均回風瓦斯?jié)舛葹?.11%，工作面絕對瓦斯涌出量為0.84m3/min，通過走向高位鉆孔的抽放，合計絕對瓦斯涌出量為3.15m3/ min。由于先開采7煤層作為8煤層的上保護層，雖然沒有對8煤層的卸壓瓦斯進行抽放，由于7，8煤層間距較小，8煤層的部分卸壓瓦斯通過7煤層回采工作面得到釋放，由于隨著向深部的延伸，8煤的瓦斯賦存同樣受到趙口斷層的控制，使得8煤層的瓦斯含量降低，回采工作面瓦斯涌出量減小。這兩個方面是導致8煤層的瓦斯含量以及回風瓦斯?jié)舛容^小的主要原因。

2.2 煤層瓦斯壓力

82采區(qū)及82下采區(qū)實測瓦斯壓力點有11個，主要是通過自然回復法測定煤層瓦斯壓力，瓦斯壓力測點從采區(qū)的淺部 (標高－330m)至采區(qū)的深部 (－709m)都有測壓點分布，以便更好地反映煤層瓦斯壓力的分布和煤層埋深之間的關系。西翼8煤層瓦斯賦存規(guī)律，如表2所示。

根據(jù)表2中所測定的8煤層瓦斯壓力，作散點坐標圖，如圖1所示。

從圖1可知，西翼8煤層實測瓦斯壓力明顯的分為2種情況:在埋深330～586m范圍內(nèi)，實測瓦斯壓力隨著埋深的增加而增大;埋深620.7～709m標高范圍內(nèi)，實測原始瓦斯壓力變小，遠小于淺部實測的瓦斯壓力值。

2.3 煤層瓦斯含量

表2 8煤層實測原始瓦斯壓力情況

圖1 西翼8煤層實測瓦斯壓力隨埋深的變化關系

通過計算游離瓦斯含量以及吸附瓦斯含量，得出兩者之和即為煤層瓦斯含量。煤層瓦斯含量計算公式［5］如下:

式中，V為單位質(zhì)量煤的孔隙容積，m3/t;P為煤層絕對瓦斯壓力，MPa;P0為標準狀況下的壓力，0.1013MPa;ξ為甲烷壓縮系數(shù)，取1.06;T0為標準狀況下的絕對溫度，T0=273K;T為煤層的絕對溫度，取T=273+t，K;a為吸附常數(shù)，m3/t;b為吸附常數(shù)，MPa－1;t0為吸附試驗溫度;t為煤層溫度;n為經(jīng)驗系數(shù);Ad，Mad為煤中灰分和水分，%。

8煤工業(yè)分析及吸附常數(shù)等資料測定如表3，運用公式法計算煤層瓦斯含量，將計算結(jié)果和其對應的瓦斯壓力整理得表4。

根據(jù)表4中的數(shù)據(jù)，繪制的瓦斯含量隨煤層埋深變化的散點圖，如圖2所示。

圖2 8煤層瓦斯含量隨煤層埋深的變化關系

由圖2可知，8煤層的瓦斯含量變化分為2個階段:第1階段剛開始瓦斯含量隨著埋深的增加而 增加;第2階段則為在一定深度內(nèi)(620m左右)瓦斯含量顯著減少，之后隨埋深增加而小幅增加。

表3 8煤工業(yè)分析及瓦斯吸附參數(shù)試驗測定結(jié)果

表4 8煤層不同壓力時的瓦斯含量計算值

3 結(jié)論

根據(jù)對童亭礦井8煤實測瓦斯參數(shù) (包括瓦斯壓力、瓦斯含量和瓦斯涌出量)的研究與分析，可以得出各瓦斯物理參數(shù)值在深淺部存在不同的賦存規(guī)律。即在淺部瓦斯參數(shù)隨著煤層埋深的增加，基本都成線性增加的趨勢;而在深部 (620m左右)瓦斯含量顯著減少，之后隨埋深增加而小幅增加，并不符合用淺部規(guī)律推出的瓦斯參數(shù)值。主要原因是，在距離趙口斷層較遠處，煤層瓦斯賦存受控于煤層的埋深，在距離趙口斷層較近處的瓦斯賦存主要受控于趙口斷層。

由于煤層深部瓦斯受到了趙口斷層的影響，瓦斯通過趙口斷層向上部運移，而趙口斷層僅在一定范圍內(nèi)改變了煤、巖層的孔隙－裂隙，瓦斯在這段范圍內(nèi)可以通過煤、巖層的孔隙－裂隙向上部運移。在中部由于離趙口斷層較遠，煤、巖層沒有受到斷層作用，當瓦斯運移至此時，由于受到煤、巖層的阻礙，瓦斯逸散速度較慢，瓦斯在中部形成了聚集狀態(tài)，所以在中部的瓦斯最大。

［1］范啟煒，等.我國煤礦瓦斯災害事故頻發(fā)的原因分析［J］.中國煤炭，2003.

［2］謝仁海，渠天祥，錢光謨.構(gòu)造地質(zhì)學［M］.徐州:中國礦業(yè)大學出版社，2007.

［3］王大曾.瓦斯地質(zhì)［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，1992.

［4］俞啟香.礦井瓦斯防治［M］.徐州:中國礦業(yè)大學出版社，1990.

［5］王曉磊.三家子礦煤層瓦斯賦存及涌出規(guī)律研究［D］.阜新:遼寧工程技術大學，2009.

［責任編輯:施紅霞］

Influence of Open Fault on Methane Occurrence in Coal-seam

YING Cheng-jing， WANG Liang

(Faculty of Safety Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116，China)

This paper has analyzed and derived the law of methane occurrence in coal seams，based on field observations of methane emission，methane content and methane pressure.Combining the effects of faults on the methane occurrence with the existing law of methane occurrence，the paper derived the law of methane occurrence in No.8 coal seam，Tongting Coal Mine under the impact of Zhaokou fault.Zhaokou fault belongs to an opening geological structure，which will cause the release of stress，and the opening of pores or fractures in the coal and rock mass，and be unfavorable to the methane occurrence.The throw of Zhaokou fault is great and has a great influence on a large scope of the coal seam.At depth，in the same area，the methane content decreases with the increasing distance from the Zhaokou fault;in the different areas，the closer to Zhaokou fault the area is，the bigger the influence of Zhaokou fault on methane occurrence is.

open fault;methane occurrence;methane emission;methane content;methane pressure

TD712.2

A

1006-6225(2012)04-0087-03

2012－03－14

國家自然科學基金青年基金 (51004106)

應承靜 (1987－)，男，江蘇淮安人，在讀碩士研究生，研究方向為礦井瓦斯防治。