龐禹東

（神華集團(tuán)包頭礦業(yè)公司，內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市，014010）

瓦斯是成煤過(guò)程中的一種伴生產(chǎn)物，通常以游離和吸附兩種狀態(tài)存在于煤體之中。煤層中瓦斯賦存、運(yùn)移及分布規(guī)律除受成煤過(guò)程中生成的瓦斯量影響，還受多種地質(zhì)因素的綜合因素控制，從而造成同一礦井瓦斯賦存在空間分布上變化較大。

近年來(lái)，神華集團(tuán)包頭礦業(yè)公司阿刀亥煤礦隨著礦井開(kāi)采強(qiáng)度和開(kāi)采深度的增加，煤層瓦斯的涌出量明顯增大，并呈現(xiàn)出分布的不均勻性和不確定性，針對(duì)這一情況，有必要查明和分析阿刀亥礦煤層瓦斯賦存規(guī)律影響因素，揭示瓦斯分布的基本特征和規(guī)律，為阿刀亥礦瓦斯治理工作提供參考和依據(jù)。

1 礦井概況

阿刀亥煤礦位于陰山山脈大青山煤田的中段南緣，東與老窩鋪井田相鄰，西與大炭壕井田相鄰，現(xiàn)生產(chǎn)能力為90萬(wàn)t／a。礦區(qū)內(nèi)含煤地層為石炭系上統(tǒng)拴馬樁組，屬內(nèi)陸山間盆地相沉積，主要由煤層、砂質(zhì)粘土巖、泥巖及各種粒級(jí)的碎屑巖組成，碎屑巖與礫巖占70%以上，相變頻繁，泥炭沼澤相與河流相相互交替，煤層厚度變化大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤分層難以對(duì)比。本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造從屬于大青山煤田總的構(gòu)造特征，即構(gòu)造線走向近東西，發(fā)育有大型斷裂構(gòu)造及緊閉式倒轉(zhuǎn)褶曲。煤系地層含Cu2和Cu4兩個(gè)煤層組，煤系地層全厚183 m，煤層總厚為28 m，含煤系數(shù)為15%，煤層傾角80～90°。礦井采用斜井多水平開(kāi)拓，采煤方法為急傾斜特厚煤層分水平走向長(zhǎng)壁綜采放頂煤法，礦井通風(fēng)方式為中央并列抽出式。礦井的相對(duì)瓦斯涌出量在16.3～56.0 m3／t，變化較大，分布極不均勻。

2 影響瓦斯賦存的因素分析

2.1 煤的變質(zhì)程度

在成煤過(guò)程中瓦斯不斷產(chǎn)生，同時(shí)煤體孔隙率也不斷變化，因此，煤的變質(zhì)程度高低，既影響著瓦斯生成量，又決定著煤對(duì)瓦斯的吸附能力。

通過(guò)對(duì)阿刀亥煤礦不同地點(diǎn)煤樣的瓦斯含量和揮發(fā)分產(chǎn)率實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，如圖1所示。結(jié)果表明，煤層的瓦斯含量隨著煤的揮發(fā)分的增大而減少。

圖1 煤層瓦斯含量與煤的揮發(fā)分關(guān)系圖

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

巖層由于受到地質(zhì)構(gòu)造的作用，從而使得圍巖不同部位封閉瓦斯的能力存在很大差異，封閉型地質(zhì)構(gòu)造有利于瓦斯的儲(chǔ)存，而開(kāi)放型地質(zhì)構(gòu)造有利于瓦斯排放。不同的地質(zhì)構(gòu)造控制著生成瓦斯的保存或逸散。

A2－S2褶曲是決定本區(qū)構(gòu)造形態(tài)的主要褶曲，其中A2為直立倒轉(zhuǎn)背斜，S2為直立倒轉(zhuǎn)向斜，這組褶曲縱貫全區(qū)，西由悅來(lái)堯進(jìn)入本井田，向東一直延伸出井田東部邊界，區(qū)內(nèi)全長(zhǎng)6300 m。A2背斜軸走向N85°E，軸面傾向南，軸的傾伏角為44°。在茂八風(fēng)井以西，背斜軸在煤層頂?shù)淄ㄟ^(guò)，白家窯以東A2背斜從煤組中通過(guò)，致使Cu2煤組發(fā)生重復(fù)。由于背斜的影響，本區(qū)煤系地層被分隔為兩部分。背斜南翼為一內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜的復(fù)式向斜（S2向斜），其內(nèi)煤系不但賦存較深，且受次級(jí)構(gòu)造破壞嚴(yán)重；而背斜北翼煤系為一簡(jiǎn)單的單斜，其內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單，無(wú)斷裂及次級(jí)褶曲，從而使得北翼煤層?xùn)|部采區(qū)瓦斯含量相對(duì)大于西部采區(qū)的瓦斯含量。阿刀亥礦區(qū)斷裂構(gòu)造均為高角度斷層，在A2背斜南翼較為發(fā)育，而在北翼沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，斷層構(gòu)造基本上對(duì)煤層的瓦斯賦存沒(méi)有產(chǎn)生大的影響。

2.3 煤層頂?shù)装鍘r性特征

煤層頂?shù)装鍘r性特征包括頂?shù)装鍘r性及厚度，其隔氣性和透氣性能直接影響煤層瓦斯的賦存條件。阿刀亥礦主采煤層與其頂?shù)装遒x存構(gòu)造為相對(duì)簡(jiǎn)單的近于直立的單斜構(gòu)造，煤巖層露頭良好，在淺部有利于煤系地層及煤中瓦斯的逸散。但隨著開(kāi)采深度的增加，煤層頂?shù)装鍘r厚變化較大，為了更加系統(tǒng)地研究主采煤層頂?shù)装鍘r厚與煤層瓦斯賦存含量及涌出量的關(guān)系，現(xiàn)將開(kāi)采區(qū)煤層頂?shù)装?0 m內(nèi)的泥巖厚度及對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的瓦斯含量進(jìn)行整理，并對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，見(jiàn)圖2。

圖2 煤層瓦斯含量與頂?shù)装鍘r厚關(guān)系

從圖2看出，隨著煤層頂?shù)装鍘r厚的增加，煤層瓦斯含量有所增加，其中頂板巖厚的增加對(duì)煤層瓦斯含量的影響更為明顯。

2.4 煤層埋藏深度

隨著煤層埋藏深度的增加和地應(yīng)力的增高，煤層和圍巖的透氣性相應(yīng)降低，瓦斯運(yùn)移距離的加大，導(dǎo)致瓦斯賦存量隨煤層埋深增加的程度不盡相同。由于阿刀亥礦礦區(qū)第四系很薄，因此，阿刀亥礦區(qū)基巖厚度對(duì)瓦斯賦存的影響基本上等同于煤層埋藏深度對(duì)瓦斯賦存的影響。阿刀亥礦在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中隨著開(kāi)采深度的增加，其煤層瓦斯含量及瓦斯涌出量與煤層開(kāi)采標(biāo)高之間的關(guān)系，見(jiàn)圖3。

從圖3可以看出，煤層瓦斯含量和絕對(duì)瓦斯涌出量均隨著開(kāi)采煤層標(biāo)高的降低呈線性增大的趨勢(shì)，由此預(yù)測(cè)了礦井在開(kāi)采煤層底板標(biāo)高為1155 m、1100 m和1000 m時(shí)，煤層瓦斯含量和絕對(duì)涌出量，見(jiàn)表1。

圖3 煤層瓦斯含量、絕對(duì)瓦斯涌出量與煤層底板標(biāo)高關(guān)系圖

表1 不同底板標(biāo)高瓦斯含量及絕對(duì)瓦斯涌出量預(yù)測(cè)表

2.5 煤層厚度

煤層為瓦斯生成提供重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，同時(shí)也是煤層瓦斯存儲(chǔ)的場(chǎng)所。根據(jù)阿刀亥礦多年的開(kāi)采資料及地質(zhì)勘查得出的數(shù)據(jù)資料可知，阿刀亥礦煤組的最大厚度為49.67 m，最小厚度為0.90 m，平均厚度為19.23 m，含夾石3～42層。Cu2煤層瓦斯含量與煤層厚度之間的關(guān)系如圖4所示，隨著煤層厚度的增加，瓦斯含量逐漸增大。

圖4 煤層瓦斯含量與煤層厚度關(guān)系圖

2.6 水文地質(zhì)條件

地下水活動(dòng)一方面可加強(qiáng)煤層中瓦斯移動(dòng)，起到逸散作用；另一方面還可對(duì)瓦斯產(chǎn)生封閉作用。阿刀亥礦區(qū)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，含水層雖較多，但含水不豐富，斷層破碎帶為主要含水帶，屬于孔隙、裂隙水為主的水文地質(zhì)條件的中等類型?，F(xiàn)有開(kāi)采礦井有少量的滴水和滲水，對(duì)煤層的瓦斯賦存影響較小，同時(shí)從歷年統(tǒng)計(jì)礦井涌水為300～500 m3／d等綜合因素考慮，阿刀亥礦地下水活動(dòng)對(duì)瓦斯的賦存影響有限。

3 結(jié)論

阿刀亥礦在開(kāi)采過(guò)程中相對(duì)瓦斯涌出量變化較大，分布極不均勻，為此，從煤的變質(zhì)程度、地質(zhì)構(gòu)造、頂?shù)装鍘r性、埋藏深度、煤層厚度和水文地質(zhì)條件等方面對(duì)瓦斯賦存規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)的分析研究，可以看出阿刀亥礦開(kāi)采煤層的瓦斯含量隨著煤的變質(zhì)程度的加深、頂?shù)装鍘r厚的增大、煤層埋藏深度的增加、煤層厚度的增大均呈線性上升趨勢(shì)，而褶皺、斷層以及地下水活動(dòng)對(duì)煤層的瓦斯賦存影響有限，從而為瓦斯治理工作提供了重要參考和依據(jù)。

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