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        長平礦3號煤層瓦斯賦存特征及控制因素分析

        2014-04-04 06:58:32岳利嬌王云剛
        河南科技 2014年19期

        岳利嬌 王云剛

        (1.河南理工大學(xué) 河南省瓦斯地質(zhì)與瓦斯治理重點實驗室—省部共建國家重點實驗室培養(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,長平井田處于我國東部新華夏系構(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 號煤層位于山西組中下部,是該組主要開采煤層,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,可見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,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)造對瓦斯含量的分布有一定的影響。 3 號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)造對瓦斯賦存的影響

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

        長平礦在掘進2203 巷到70m 時,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,說明向斜構(gòu)造形成一封閉區(qū)域,不利于瓦斯的擴散。 在實際生產(chǎn)中, 實測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。

        斷層對于煤層瓦斯含量的影響比較復(fù)雜。 開放性斷層不論其和地表是否直接相通,都會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,一般形成較寬的斷層面,位于斷層面附近的煤層受到強烈揉擠作用,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,在長平礦井開拓區(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,對煤層破壞性較小。

        長平礦一盤區(qū)在較小范圍內(nèi)共揭露14 條開放性斷層,掘進工作面瓦斯涌出量不足0.6m3/min, 充分證明開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存。

        長平礦區(qū)3 號煤層頂板, 下起3 號煤層頂, 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。

        在長平礦區(qū)內(nèi),3 號煤層的直接充水含水層為頂板砂巖裂隙含水層,根據(jù)鉆孔抽水試驗數(shù)據(jù),含水性較弱。 加之井田內(nèi)構(gòu)造簡單, 主要以寬緩褶曲為主。 局部小斷層也多為開放性正斷層,總體來說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,長平礦3 號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)過程中,尤其是在斷層附近和向斜軸部地區(qū), 應(yīng)注意加強通風(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.

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