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        胡家河礦4煤層瓦斯賦存特征及瓦斯地質(zhì)分析

        2019-09-10 07:22:44孫林
        理論與創(chuàng)新 2019年6期
        關(guān)鍵詞:煤層

        孫林

        【摘要】基于胡家河礦工作面實(shí)測(cè)瓦斯參數(shù)異常變化的情況,運(yùn)用瓦斯地質(zhì)理論,從地質(zhì)構(gòu)造、煤層厚度、埋深、頂?shù)装鍘r性四個(gè)方面,對(duì)胡家河礦4煤層瓦斯賦存區(qū)域性特征進(jìn)行分析,得出高瓦斯富集區(qū)的位置和范圍,明確主控因素為褶皺構(gòu)造、煤層厚度、斷層、古河床沖刷沉積構(gòu)造帶。

        【關(guān)鍵詞】煤層;瓦斯賦存;瓦斯地質(zhì)分析;主控因素

        1礦井概況

        胡家河煤礦位于陜西彬長(zhǎng)礦區(qū)南部邊界,地處彬縣、長(zhǎng)武兩縣交界處,隸屬長(zhǎng)武縣、彬縣管轄。地質(zhì)儲(chǔ)量890.61Mt,可采儲(chǔ)量為395.44Mt。本井田劃分為2個(gè)含煤層段,即上段(J2y2)與下段(J2y1),上段含3號(hào)煤層,下段含4號(hào)煤層,其中:3號(hào)煤層為局部可采煤層;4號(hào)煤層厚度一般為10~25.00m,煤層傾角一般小于5°。煤層頂板以粉砂巖、粗粒砂巖為主,煤層底板巖性以泥巖為主。

        2礦井瓦斯賦存特征及控制因素分析

        2.1礦井瓦斯賦存特征

        基于胡家河礦有采掘活動(dòng)的401、402盤區(qū),各工作面采掘期間的瓦斯實(shí)測(cè)參數(shù)統(tǒng)計(jì)。胡家河礦不同盤區(qū)的工作面,甚至是一個(gè)工作面的不同位置瓦斯實(shí)測(cè)參數(shù)變化很大。工作面回采期間絕對(duì)瓦斯涌出量最大能達(dá)到55.10m3/min,最小僅為8.71m3/min;掘進(jìn)期間回風(fēng)瓦斯?jié)舛茸畲竽苓_(dá)到0.4%,最小不到0.1%。因此,礦井4煤層瓦斯賦存區(qū)域性分布特征明顯:總體來講,以中央大巷為界礦井南部(401盤區(qū))比北部(402盤區(qū))瓦斯賦存量高,各區(qū)內(nèi)的某些位置瓦斯又相對(duì)富集,尤其以401盤區(qū)南翼鄰近小莊井田保護(hù)煤柱700m范圍表現(xiàn)最為突出,形成礦井高瓦斯區(qū)域。

        2.2礦井瓦斯賦存特征控制因素分析

        (1)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

        彬長(zhǎng)礦區(qū)屬鄂爾多斯盆地,與鄂爾多斯盆地和煤系地層有關(guān)的主要構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有三期,即印支運(yùn)動(dòng)、燕山早期運(yùn)動(dòng)及燕山晚期運(yùn)動(dòng)。

        印支期構(gòu)造為含煤地層基底構(gòu)造,對(duì)礦井內(nèi)煤系、煤層沉積和賦存控制作用明顯,在很大程度上決定了煤層瓦斯的“生、儲(chǔ)、蓋”。如礦井在古地貌低凹區(qū)(見圖1中A、B點(diǎn)),沉積厚度較大(見圖2中A、B點(diǎn)),而在古地貌隆起區(qū)(見圖1中C、D點(diǎn)),其沉積厚度相對(duì)變薄以至尖滅(見圖2中C、D點(diǎn))。401盤區(qū)位于下圖1中B點(diǎn)的古地貌低凹區(qū),沉積量大,沉積厚度厚;402盤區(qū)位于下圖2中D點(diǎn)的古地貌隆起區(qū),沉積量小,沉積厚度薄。因此,401盤區(qū)比402盤區(qū)具有更多的煤層瓦斯“生、儲(chǔ)、蓋”的有利條件。而圖中B點(diǎn)的位置大致就在401盤區(qū)的南翼,鄰近小莊礦保護(hù)煤柱的高瓦斯區(qū)域。該區(qū)的沉積量最多,沉積厚度最大,自然擁有的煤層瓦斯“生、儲(chǔ)、蓋”有利條件也就最多。

        (2)礦井地質(zhì)構(gòu)造

        ①褶皺構(gòu)造

        背斜,當(dāng)頂板巖石透氣性差,且未受構(gòu)造破壞時(shí),背斜有利于瓦斯儲(chǔ)存,背斜軸部的瓦斯會(huì)相對(duì)集中;向斜,在向斜盆地構(gòu)造的礦區(qū),頂板封閉條件良好時(shí),瓦斯易沿兩翼流動(dòng)。

        結(jié)合402103工作面回采期間絕對(duì)瓦斯涌出量變化情況,對(duì)褶皺構(gòu)造瓦斯流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行具體分析:由于A5向斜軸部的煤層瓦斯不斷向其兩翼流動(dòng),造成其軸部瓦斯含量低,其北翼為古地貌隆起區(qū)煤層尖滅,形成了阻隔煤層瓦斯逃逸的天然屏障,造成A5向斜北翼瓦斯相對(duì)富集,該段工作面絕對(duì)瓦斯涌出量17.22~23.98m3/min之間,大多在20m3/min以上。而A5向斜軸部及南翼煤層瓦斯流動(dòng)性好,加之發(fā)育有開放型正斷層,不利于瓦斯保存,該段工作面絕對(duì)瓦斯涌出量在13.72~11.92m3/min之間,煤層瓦斯最終流向A4背斜的軸部,并且A4背斜軸部未發(fā)育開放性斷層,頂板封閉良好,從而造成A4背斜軸部瓦斯富集,該段工作面絕對(duì)瓦斯涌出量21.16m3/min。A4背斜南翼至工作面收作工作面絕對(duì)瓦斯涌出量9.85~11.83m3/min。401盤區(qū)的401103工作面外段,回風(fēng)瓦斯?jié)舛仍?.1%以下,絕對(duì)瓦斯涌出量在0.5m3/min以下;當(dāng)掘進(jìn)至A1向斜兩翼附近時(shí),工作面回風(fēng)瓦斯?jié)舛茸畲筮_(dá)到0.4%,絕對(duì)瓦斯涌出量最大為2.68m3/min。這充分說明褶皺構(gòu)造對(duì)煤層瓦斯賦存有明顯的控制作用。②古河床沖刷沉積構(gòu)造帶

        結(jié)合401103工作面回采期間絕對(duì)瓦斯涌出量變化情況,對(duì)古河床沖刷沉積構(gòu)造帶瓦斯賦存規(guī)律進(jìn)行分析:由于A1向斜北翼古地勢(shì)較高,其軸部產(chǎn)生的瓦斯主要沿北翼流動(dòng),但由于古河床沖刷沉積構(gòu)造帶破壞了4煤層的完整性和瓦斯流動(dòng)通道,在很大程度上給煤層瓦斯向北逃逸設(shè)置了“天然”阻礙。在古河床沖刷沉積構(gòu)造帶阻隔的401盤區(qū)南翼區(qū)域瓦斯相對(duì)富集,工作面絕對(duì)瓦斯瓦斯涌出量23.02~35.03m3/min。而A3向斜軸部生成的瓦斯由于沒有阻隔作用,大部分瓦斯繼續(xù)向北部流動(dòng),造成工作面外段絕對(duì)瓦斯瓦斯涌出量明顯降低,在11.55m3/min~8.71m3/min之間。因此,古河床沖刷沉積構(gòu)造帶對(duì)于瓦斯的流動(dòng)性具有明顯地“阻隔”作用。

        ③斷層構(gòu)造

        斷裂構(gòu)造往往是造成同一煤田瓦斯壓力、含量分布不均衡地主要原因,開放性斷層是煤層與地表相連的連通,有利于瓦斯釋放;封閉性斷層型斷層可以阻斷煤層與地表的聯(lián)系,成為瓦斯向地表流動(dòng)的屏障。除了DF16正斷層外,其余402盤區(qū)發(fā)育的正斷層,均已在402103、402102掘進(jìn)過程中揭露,掘進(jìn)期間工作面瓦斯?jié)舛仍?.04~0.08%,回風(fēng)瓦斯?jié)舛仍?.1~0.14%,這充分說明開放性斷層發(fā)育的地方,瓦斯涌出量較小。401盤區(qū)的斷層目前均未揭露,都位于盤區(qū)東南部,該區(qū)發(fā)育的封閉型逆斷層(DF2、DF5)有利于瓦斯儲(chǔ)存,可能會(huì)在斷層附近形成瓦斯相對(duì)富集區(qū),應(yīng)高度關(guān)注。

        (3)煤層厚度

        煤層厚度及其變化直接影響生成瓦斯的物質(zhì)基礎(chǔ),因而它與瓦斯賦存有著密切的關(guān)系。一般認(rèn)為,煤層厚度越大,瓦斯生成量越大,當(dāng)具有良好的瓦斯保存條件時(shí),厚煤區(qū)一般也是瓦斯富集區(qū)。根據(jù)鉆孔及實(shí)測(cè)瓦斯數(shù)據(jù),繪制4煤層瓦斯含量與其煤層厚度的關(guān)系圖(如圖3)??煽闯?,井田范圍內(nèi)4煤層瓦斯含量與煤層厚度具有很大的正相關(guān)性,即隨著煤層厚度的增加,4煤層瓦斯含量逐漸增大。

        (4)煤層埋深

        隨著上覆基巖厚度增加,儲(chǔ)層壓力增大,相應(yīng)地,瓦斯向地表運(yùn)移的距離增大,封閉條件相對(duì)變好,煤對(duì)甲烷的吸附能力增強(qiáng),煤層瓦斯含量隨之增大。根據(jù)鉆孔及實(shí)測(cè)瓦斯數(shù)據(jù),繪制4煤層瓦斯含量與其埋深的關(guān)系圖(圖4),可看出整個(gè)井田范圍內(nèi),瓦斯含量與其埋深的相關(guān)性并不明顯。

        (5)頂?shù)装鍘r性

        一般情況下,當(dāng)煤層頂板為較完整的巖石,如泥巖、頁巖時(shí),煤層中的瓦斯容易被保存下來;頂板若為多孔隙或脆性裂隙較發(fā)育的巖石,如砂巖、礫巖時(shí),瓦斯容易逸散。井田范圍內(nèi)401盤區(qū)和402盤區(qū)煤層頂板巖性存在一定程度差異,402盤區(qū)4煤直接頂板以粉砂巖、粗粒砂巖為主,401盤區(qū)4煤直接頂板以泥巖為主,403、404、405盤區(qū)4煤頂板大量發(fā)育粉、細(xì)砂巖。401盤區(qū)和402盤區(qū)煤層底板巖性基本為泥巖(部分為鋁質(zhì)),但井田東北部的403、404、405盤區(qū)4煤底板底板巖性大量發(fā)育粉、細(xì)砂巖。綜上所述,401盤區(qū)的頂?shù)装鍘r性相較于其他盤區(qū)來講,更有利于煤層瓦斯的保存。

        3結(jié)束語

        胡家河礦4煤層瓦斯區(qū)域性分布特征的主控因素為褶皺構(gòu)造、煤層厚度、斷層、古河床沖刷沉積構(gòu)造帶。生產(chǎn)過程中,應(yīng)對(duì)礦井401盤區(qū)南翼鄰近小莊井田保護(hù)煤柱700m范圍的高瓦斯富集區(qū)進(jìn)行重點(diǎn)抽放,超前開展區(qū)域預(yù)抽,加密采前預(yù)抽,做到頂分層、切割層、底分層“全煤層”預(yù)抽。對(duì)厚煤區(qū)、背斜軸部、向斜翼部、逆斷層、古河床沖刷沉積構(gòu)造帶,應(yīng)進(jìn)行地質(zhì)前探,加強(qiáng)通風(fēng)和瓦斯預(yù)抽,避免瓦斯積聚和瓦斯異常涌出。

        參考文獻(xiàn)

        [1]林伯泉,崔恒信.礦井瓦斯防治理論與技術(shù)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,1998.

        [2]王強(qiáng),李振林,等.礦井地質(zhì)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2008.

        [3]于不凡,王佑安.煤礦瓦斯災(zāi)害防治及利用技術(shù)手冊(cè)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2000.

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