李　靜

(1.河南理工大學(xué)，河南 焦作　454000；　2.晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 晉中　030600)

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影響煤層瓦斯賦存的地質(zhì)因素分析

李靜1,2

(1.河南理工大學(xué)，河南 焦作454000；2.晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 晉中030600)

結(jié)合山西焦煤西山煤電集團(tuán)官地礦的地質(zhì)條件與瓦斯賦存情況，從地質(zhì)構(gòu)造、圍巖性質(zhì)、埋藏深度等方面，分析了影響煤層瓦斯賦存的地質(zhì)因素，指出煤層的地質(zhì)條件決定了瓦斯的賦存含量及運(yùn)移規(guī)律。

煤層瓦斯，地質(zhì)條件，礦井

1　礦井概況

山西焦煤西山煤電集團(tuán)官地礦位于距太原市西南方17.5km處，汾河西岸的呂梁山腳下，地理坐標(biāo)為東經(jīng)112°15′41″～112°24′26″，北緯37°41′50″～37°49′30″，所開(kāi)采井田南北長(zhǎng)約10km，東西寬約13km，井田面積104.497 4km2，現(xiàn)生產(chǎn)能力為5.0Mt/年。

官地井田東部以及東南部的煤層埋藏都比較淺，交通方便, 開(kāi)采條件好，多沿煤層露頭土法開(kāi)采，本礦采用主平硐、副斜井的聯(lián)合開(kāi)拓方式，開(kāi)采2號(hào)、3號(hào)、6號(hào)、8號(hào)、9號(hào)煤層，開(kāi)采深度820m～1 170m，殘柱式開(kāi)采，投資少、工期短、收益快。

2　煤層瓦斯參數(shù)及礦井瓦斯等級(jí)

2.1煤層瓦斯參數(shù)

為了準(zhǔn)確掌握礦井煤層瓦斯基本參數(shù)，為保證安全生產(chǎn)提供技術(shù)依據(jù)，2010年集團(tuán)公司委托重慶煤科院測(cè)定了官地礦2號(hào)、3號(hào)、6號(hào)、8號(hào)、9號(hào)煤層的瓦斯參數(shù)。測(cè)得瓦斯參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　各煤層瓦斯參數(shù)測(cè)定結(jié)果

通過(guò)對(duì)煤層瓦斯參數(shù)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，測(cè)定區(qū)域的各煤層均處于甲烷帶。

2.2礦井瓦斯等級(jí)

根據(jù)相關(guān)規(guī)程、規(guī)范，在2014年對(duì)官地煤礦的瓦斯等級(jí)進(jìn)行了鑒定，該礦井屬于高瓦斯礦井。表2為歷年礦井瓦斯絕對(duì)涌出量和相對(duì)涌出量的鑒定結(jié)果，從表2中可以看出，礦井的瓦斯涌出量逐漸增大。

表2　歷年瓦斯鑒定結(jié)果匯總表

3　影響瓦斯賦存的地質(zhì)因素

瓦斯在煤層中的賦存含量是受多種因素共同作用下的一個(gè)結(jié)果，結(jié)合官地礦的具體地質(zhì)條件，影響瓦斯賦存的地質(zhì)因素主要有如下幾種。

3.1地質(zhì)構(gòu)造

官地煤礦所開(kāi)采井田屬于西山煤田的前山區(qū)，井田地層呈單斜構(gòu)造狀態(tài)，地層傾向SW、走向NW～SE。井田內(nèi)褶皺和斷層大多為擠壓性封閉構(gòu)造，透氣性較差，所以瓦斯含量較其他部位都高；而在陷落柱附近常伴有裂隙，陷落柱內(nèi)煤、巖塊混雜，透氣性好，往往將臨近煤巖層溝通，使礦井瓦斯涌出量高于其他部位。

3.2圍巖性質(zhì)

瓦斯主要賦存在煤層中，但會(huì)向周圍巖層發(fā)生逸散，而瓦斯逸散的通道主要是圍巖中存在的孔隙，所以煤層瓦斯含量受到其周圍巖石孔隙發(fā)育程度的影響，當(dāng)圍巖孔隙不發(fā)育時(shí)，圍巖的透氣性差，隔氣性強(qiáng)，瓦斯難以通過(guò)圍巖，比較容易積存于煤層中；當(dāng)圍巖為砂礫巖等孔隙發(fā)育程度高的巖石時(shí)，圍巖的隔氣性差，透氣性強(qiáng)，瓦斯在煤層中的積存就會(huì)減少。為了反映圍巖透氣性對(duì)煤層瓦斯賦存的影響，常用的指標(biāo)是煤層圍巖的厚度和致密性，例如頂?shù)装迥鄮r的厚度越大，對(duì)瓦斯逸散的阻隔作用越強(qiáng)，致密的頂?shù)装迥鄮r能起到很好的封蓋能力，并限制地下水的運(yùn)移、滲透，導(dǎo)致地下水的活躍性較弱，水動(dòng)力條件下降，從而使瓦斯含量增高；頂?shù)装鍨榛規(guī)r時(shí)，易被溶蝕導(dǎo)致裂隙十分發(fā)育，水動(dòng)力條件較強(qiáng)，瓦斯就不容易積存在煤層中。

官地煤礦2號(hào)、3號(hào)、6號(hào)、9號(hào)煤層頂板均為較致密的泥巖、細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖，瓦斯容易聚集保存；8號(hào)煤層頂板為致密堅(jiān)硬的石灰?guī)r，對(duì)瓦斯的聚集保存也比較有利。

3.3煤層埋深

多年的礦井開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)表明，隨著煤層埋深的加深，瓦斯含量、瓦斯壓力、瓦斯涌出量都會(huì)增加，而且在瓦斯風(fēng)化帶以下，它們與煤層埋藏深度的關(guān)系呈正相關(guān)。除了煤體裂隙發(fā)育程度、對(duì)瓦斯吸附能力、含水性和溫度等對(duì)煤層中瓦斯含量影響較大外，還有一項(xiàng)主要因素是煤層中的瓦斯壓力。瓦斯壓力指賦存于煤層孔隙中的瓦斯對(duì)孔隙壁的作用力，其大小取決于煤層中所賦存瓦斯的排放條件，而煤層瓦斯的排放條件與煤層自身透氣性、地質(zhì)構(gòu)造情況有關(guān)，又因?yàn)槊簩油咚姑芏刃∮诳諝饷芏龋耘欧懦龅耐咚箍傮w上會(huì)向上方巖層逸散，所以煤層瓦斯的排放條件還與其上覆巖層的厚度、透氣性及含水性有關(guān)，例如淺部巖層在構(gòu)造應(yīng)力作用下往往裂隙比較發(fā)育，瓦斯排放條件好，因此瓦斯壓力較低，而隨著埋藏深度增加，瓦斯越不容易排放，因此其壓力會(huì)增大。此外，瓦斯壓力與地應(yīng)力也有關(guān)，地應(yīng)力隨深度增加而增加，地應(yīng)力的增加使得煤體中孔隙趨向閉合，從而使孔隙壁對(duì)孔隙中瓦斯的作用力增大，即增大了瓦斯壓力。當(dāng)煤層瓦斯壓力大于靜水壓力時(shí)，煤層瓦斯就會(huì)向外排放，直至瓦斯壓力低于靜水壓力。與淺部煤層相比，深部煤層的瓦斯排放條件差，瓦斯壓力遠(yuǎn)高于靜水壓力，所以瓦斯含量和瓦斯涌出量都比較大。

4　結(jié)語(yǔ)

影響煤層瓦斯含量的因素除了地質(zhì)構(gòu)造、圍巖性質(zhì)、煤層埋深以外還有很多，如煤質(zhì)、煤層裂隙發(fā)育情況、水文地質(zhì)條件、沉積作用等等，因此掌握礦井的地質(zhì)條件是研究礦井煤層瓦斯的賦存及運(yùn)移規(guī)律的基礎(chǔ)。

礦井瓦斯的形成經(jīng)歷了生物化學(xué)成氣和煤化變質(zhì)作用兩個(gè)階段，第一階段由于離地表較近，覆蓋層不厚而且透氣性好，所以生產(chǎn)的氣體大部分散逸到大氣中。隨著沉積作用的不斷進(jìn)行，上覆巖層越來(lái)越厚，透氣性越來(lái)越差，溫度和壓力也隨之增加，生物化學(xué)作用逐漸停止轉(zhuǎn)到煤化變質(zhì)作用階段，有機(jī)物的揮發(fā)分開(kāi)始減少，固定碳開(kāi)始增加，主要生成甲烷和二氧化碳，在該階段，高變質(zhì)程度的煤層中瓦斯含量也較高。

在成煤過(guò)程中，瓦斯會(huì)向外逸散，生成的瓦斯量要比煤層中所賦存的瓦斯量高很多，所以煤層瓦斯含量與瓦斯的排放條件有關(guān)，瓦斯排放條件越差，煤層對(duì)瓦斯的儲(chǔ)存條件就越好，瓦斯含量也越高。影響瓦斯排放條件的關(guān)鍵因素有煤層透氣性、地質(zhì)構(gòu)造、上覆巖層的厚度與透氣性等。

綜上所述，可以得出，煤層的地質(zhì)條件決定了煤層中瓦斯的賦存及運(yùn)移規(guī)律。不同礦區(qū)、不同煤層的瓦斯含量不同，即使同一礦區(qū)、同一煤層的不同地點(diǎn)，由于地質(zhì)條件的不同，其瓦斯含量也會(huì)有所差別，因此研究影響煤層瓦斯賦存的地質(zhì)因素，是研究礦井瓦斯的基礎(chǔ)。

[1]石小光,楊靖，汪新翔.重慶觀音峽礦區(qū)新店子井田煤層氣賦存影響因素及開(kāi)發(fā)模式研究[J].中國(guó)煤炭地質(zhì)，2015，27(6)：26-30.

[2]陳佳.萍鄉(xiāng)青山煤礦大槽煤層瓦斯地質(zhì)特征研究[D].淮南：安徽理工大學(xué)，2011.

[3]李萬(wàn)仕.下溝煤礦瓦斯地質(zhì)規(guī)律探討[J].能源技術(shù)與管理，2010(6)：54.

Ongeologicalfactorsaffectinggasoccurrenceincoalseams★

LiJing1,2

(1.Henan University of Technology, Jiaozuo 454000, China;2.Jinzhong Vocational and Technical College, Jinzhong 030600, China)

CombiningwiththegeologicalconditionsandgasoccurrenceofGuandiMineofXishanCoalElectricityGroup,thepaperanalyzesthegeologicalfactorsaffectingthegasoccurrenceofthecoalseamsfromthegeologicalcomponents,propertiesofsurroundingrock,andburialdepth,andpointsoutthegeologicalconditionofthecoalseaminfluencesthegasvolumeandthemigrationlaw.

coalseamgas,geologicalcondition,mine

1009-6825(2016)23-0062-02

2016-06-08

李靜(1984- )，女，在讀工程碩士，助教

TD712.2

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