王愛紅WANG Ai-hong

（甘肅窯街煤電集團(tuán)公司三礦，蘭州 730080）

（Gansu Yaojie Coal Electricity Group Co.，Ltd.No.3 Mine，Lanzhou 730080，China）

0 引言

瓦斯賦存規(guī)律研究是以瓦斯地質(zhì)理論為依據(jù)，詳細(xì)分析影響瓦斯賦存的各個地質(zhì)因素，找出其分區(qū)分帶特征，進(jìn)行瓦斯預(yù)測預(yù)報(bào)，傳統(tǒng)的瓦斯研究主要考慮瓦斯賦存隨煤層埋深的增加而變化的一般規(guī)律，很少研究斷裂構(gòu)造對瓦斯的運(yùn)移、聚集以及對瓦斯突出的影響，三礦七采區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造特征直接影響瓦斯分布規(guī)律，研究分析該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造展布規(guī)律對礦井瓦斯治理、防治煤與CO2突出，制定相應(yīng)措施有很大指導(dǎo)意義。

1 礦井概況

三礦七采區(qū)是2008年7月窯街煤電集團(tuán)公司根據(jù)省有關(guān)文件精神，進(jìn)行資源整合而成立的新采區(qū)。該采區(qū)位于窯街煤田精查勘探區(qū)以外東北邊緣的一塊地層直立倒轉(zhuǎn)、構(gòu)造極其復(fù)雜的地段，地質(zhì)勘查階段沒有作過任何勘探工程。主采煤二層，煤質(zhì)為不粘煤，煤層厚度10～60m，平均厚度35m。煤層傾角60°～90°。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般含夾矸4～12 層。2010年礦井核定生產(chǎn)能力為200 萬t/a、其中七采區(qū)80 萬t/a，2013年礦井瓦斯等級鑒定為低沼、煤與CO2突出礦井，七采區(qū)自建井至今曾發(fā)生8 次煤與CO2突出事故，CH4的絕對涌出量為m3/min，相對量m3/t，CO2的絕對涌出量為m3/min，相對量m3/t。通風(fēng)方式為抽出式通風(fēng)，開拓方式為盤區(qū)與暗斜井聯(lián)合開拓，開拓水平為1400m，生產(chǎn)水平為1510m，采用走向長壁水平分層綜采放頂煤采煤法。

2 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征

窯街煤田為陸相斷凹型山間聚煤盆地，煤田形成后因受東部F19斷層組壓扭力影響使煤田形成北東向的一系列短軸褶皺構(gòu)造，依次為海石灣向斜、喇嘛溝背斜、馬家?guī)X向斜、程家窯背斜，機(jī)修廠向斜。七采區(qū)煤田位于機(jī)修廠向斜東南翼的北端，由于靠近F19斷層組，使得該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造極為發(fā)育，煤層賦存條件復(fù)雜。三礦七采區(qū)構(gòu)造如圖1 所示。

圖1 七采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造綱要圖

3 七采區(qū)瓦斯賦存規(guī)律影響因素

3.1 地質(zhì)構(gòu)造對瓦斯賦存影響 地質(zhì)構(gòu)造對瓦斯賦存影響較大，一方面造成瓦斯分布不均衡，另一方面形成了瓦斯儲存或瓦斯運(yùn)移的有利條件，根據(jù)多年的研究成果：皮帶斜井煤田中的CO2為無機(jī)來源，是煤田深部湟源群大理巖熱解的產(chǎn)物，大量的CO2氣體沿著F19深大斷裂帶運(yùn)移至淺部，經(jīng)過F15、F19-2、F604等次生斷裂構(gòu)造帶至煤二層富集，這期間F15、F604等斷層成為七采區(qū)CO2運(yùn)移的主要通道。

由于七采區(qū)煤層處于窯街煤田沉積邊緣，受F19深大斷裂構(gòu)造影響，在采區(qū)南部形成以F604、F15-3為主的入字形斷裂構(gòu)造體系，兩斷層均為壓扭型逆斷層，加之該區(qū)域煤二層頂板為致密堅(jiān)硬的油頁巖、砂巖，在七采區(qū)南部形成封閉良好的斷陷塊段構(gòu)造，從F15等斷層破碎帶中運(yùn)移的無機(jī)源CO2氣體在F604、F15-3逆斷層下盤煤層中富集，形成局部高壓CO2氣包。

3.2 煤層結(jié)構(gòu)對瓦斯賦存影響 七采區(qū)在侏羅紀(jì)后期強(qiáng)烈的構(gòu)造活動，不但使煤系地層走向上彎曲多變，傾向上直立倒轉(zhuǎn)，而且形成大量的斷裂構(gòu)造，七采區(qū)0.16km2的范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)有14 條斷層，這些斷層的相互錯動和切割，形成大量的以炭質(zhì)泥巖、碎裂煤、糜棱巖為主斷層構(gòu)造煤，這些構(gòu)造煤對CO2具有較強(qiáng)的吸附力，加之煤二層底板側(cè)的炭質(zhì)泥巖軟分層，使七采區(qū)煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有聚集高壓CO 的條件，煤巖吸附瓦斯見圖2。

圖2 煤層吸附瓦斯曲線圖

七采區(qū)北部一是距F19甚大斷裂構(gòu)造較遠(yuǎn)，且被F15-3斷層切割阻擋，CO2氣體無法大量運(yùn)移；二是北部煤層受F19深大斷裂構(gòu)造影響較小，形成的次生構(gòu)造數(shù)量少（只有4 條），且均為開放性正斷層，落差?。ň∮?0m），形不成大量的構(gòu)造煤，所以煤層結(jié)構(gòu)簡單，不利于大量CO2氣體儲存，只有少量有機(jī)源CO2及CH4存在，所有北部CO2含量較低，相對CH4含量較高。

3.3 煤層埋深對瓦斯賦存影響 煤層埋深的增加不僅因地應(yīng)力的增高而使煤層和圍巖的透氣性降低，而且煤層瓦斯箱地表運(yùn)移的距離和阻力增加，便于煤層瓦斯封存，不易逸散。統(tǒng)計(jì)2010年以來七采區(qū)勘探階段、井下鉆孔抽放前所取的原始煤層CH4、CO2含量，見表1，瓦斯含量與埋深的關(guān)系見圖3。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)七采區(qū)煤二層中瓦斯含量基本上隨著煤層標(biāo)高降低而增加，其相對瓦斯含量梯度為：CO20.066～0.08m3/（t.m），CH40.0018～0.0026m3/（t.m），據(jù)此煤層埋深是影響瓦斯賦存規(guī)律主要因素。

從圖3 可知，隨著煤層埋深增加，瓦斯含量逐漸增加，其CO2回歸線性方程為：

式中q—CO2含量（m3/t）。

h—煤層埋深（1550-1400m）（m）。

CH4回歸線性方程為：

式中q—CH4含量（m3/t）。

h—煤層埋深（1550-1400m）（m）。

表1 七采區(qū)實(shí)測瓦斯含量統(tǒng)計(jì)表

4 瓦斯賦存規(guī)律

圖3

沿煤層走向方向，南部區(qū)域斷裂構(gòu)造發(fā)育，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過斷層運(yùn)移的CO2氣體含量高、壓力大，具有煤與CO2突出條件，而CH4相對較??；中北部煤層受斷裂構(gòu)造破壞小，煤層結(jié)構(gòu)簡單，且被F15-3斷層切割封閉，無機(jī)源CO2氣體無法運(yùn)移，所以含量低，但中部煤層轉(zhuǎn)彎處，是煤層氣CH4集聚良好條件，CH4含量升高。具體見沿走向瓦斯含量曲線圖4。斷層破碎帶高于一般區(qū)域，斷層下盤煤層瓦斯高于上盤煤層。

圖4 瓦斯含量沿煤層走向變化趨勢圖

根據(jù)以上分析，對七采區(qū)瓦斯CO2突出危險(xiǎn)區(qū)域劃分，南部F604斷層以北至F15-3以南為煤與CO2突出危險(xiǎn)區(qū)；中北部F15-3斷層以北至井田邊界，1500 水平以上為非突出區(qū)，1500 以下暫定為突出危險(xiǎn)區(qū)。

5 結(jié)論

綜合分析七采區(qū)歷年瓦斯資料，確定了瓦斯賦存規(guī)律與該區(qū)域的地質(zhì)斷裂構(gòu)造、煤層埋深有很大關(guān)系，是影響CO2、運(yùn)移、分布、聚集的主要因素，研究分析斷裂構(gòu)造發(fā)育特征對瓦斯治理有很大意義。

根據(jù)七采區(qū)瓦斯地質(zhì)資料，劃分CO2突出區(qū)、非突出區(qū)，為防治煤與瓦斯突出，制定安全措施提高合理依據(jù)，確保礦井安全高效發(fā)展。

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