地质的观点小庄矿井瓦斯赋存规律

摘 要：小庄矿井隶属彬长矿区,属高瓦斯矿井,主采4#煤层,平均厚度15m,4#煤易自燃发火,发火期一般3～5个月,最短的只有24天.矿井瓦斯涌出量大,如何防治瓦斯是影响煤矿安全生产的主要因素.本文从地质的观点分析了围岩、埋深、地质构造等与瓦斯赋存之间的关系,为深部瓦斯灾害治理提供指导.

Abstract：XiaozhuangminebelongstoBinchangmine,itisahigh-gascoalmine,itainminingis4#coalseam,anderagethicknessis15m.4#coaliseasytospontaneousbustion；thebustionperiodisgenerally3to5months,theshortestisonly24days.Thevolumeofgasinmineislarge,howtopreventgasarethemainfactorsthataffectingtheproductionsafetyofcoalmine.Thispaperanalyzestherelationsrockdepth,geologicalstructure,andgasoccurrencefromgeologicalperspective,andprovidesadvisingfordeepgasdisastermanagement.

关 键 词：地质；小庄矿井；瓦斯赋存规律

Keywords：geology；Xiaozhuangmine；gasoccurrenceregularity

中图分类号：TD712文献标识码：A文章编号：1006-4311（2013）36-0314-02

0引言

瓦斯是煤在地质历史演化过程中形成的气体地质体,煤层瓦斯赋存状态和影响瓦斯涌出量大小的地质条件是含煤地层历经多次构造运动演化的结果.随着小庄矿井开采强度的加大、开拓深度的延伸,瓦斯灾害逐渐成为矿井的首要灾害.瓦斯赋存和运移与地质构造等有着密不可分的关系,从地质角度来分析矿井瓦斯分布规律,对于防治矿井瓦斯灾害及瓦斯抽放利用有重大意义.

1矿井地质构造背景及瓦斯含量

1.1构造背景彬长矿区位于鄂尔多斯盆地南部渭北北缘的彬县—黄陵坳褶带.总体构造形态为中生界构成的NW缓倾的大型单斜构造.在此单斜上产生一些宽缓而不连续的褶皱（图1）.矿区发育背斜从南到北有彬县背斜,路家～小灵台背斜及矿区北部的七里铺～西坡背斜.这些背斜及由此而成的宽缓向斜对矿区煤层及瓦斯赋存有一定的控制作用.背斜的轴向与矿区地层走向一致,彬县一带呈EW向,彬县以西呈NW或近EW向,彬县以东为NE向.

小庄井田位于路家～小灵台背斜及七里铺～西坡背斜之间、董家庄短轴背斜轴的东端,井田地井层厚度、产状及煤层厚度及其起伏受此构造的影响而变化.田构造总体为走向NNE,两翼倾角1～8°的宽缓向斜.西区有明显的两翼,东区平坦,地震资料显示东区有1个断点,构造较为简单.

1.2瓦斯含量井田煤层自然瓦斯成分主要为甲烷及氮气,有效控制深度324.30m至785.50m,甲烷成分最高值84.21%（4-3孔）.瓦斯成分及分带的平面特征为：在井田中部,以氮气、沼气为主,甲烷浓度增高,含量增大,形成沼气带,其周围为氮气—沼气带,东部大范围面积属瓦斯风化带范畴,形成二氧化碳—氮气带,本井田西区中部为瓦斯富集区,5-3号钻孔甲烷含量为4.52ml/g,da,f自然成分：CH482.10%、CO23.45%、N232.18%,为本井田最高点,一般都在2.8ml/g,da,f以上,甲烷成分大部分在80%以上.

2围岩与瓦斯赋存的关系

由于压力的作用,煤层瓦斯会不断运移和排放,围岩和煤层的渗透性决定了瓦斯运移和排放的速度.如果煤层顶底板为致密较完整透气性差的岩层,如泥岩、裂隙不甚发育的灰岩,瓦斯不易渗出,瓦斯在煤层中就容易保存下来,致使煤层瓦斯含量过高,瓦斯压力过大.相反,如果煤层顶底板由胶结较差的中粗砂岩、砾岩组成,则煤层瓦斯含量低,瓦斯压力小.因此,小庄煤矿4#煤层的围岩状况决定了瓦斯的赋存能力.

小庄煤矿主采4#煤层,底板为灰色致密铝质泥岩,基本全区分布,因此煤层顶板岩性及其渗透性决定了围岩封闭瓦斯的能力.小庄矿井南部区域瓦斯含量在整个井田范围内最低,这是因为煤层顶面直接与中粗粒砂岩接触,此类砂岩胶结较差,空隙发育,导致了瓦斯易于扩散逸出.矿井南部区域煤层伪顶为厚约1m灰黑色泥岩,直接顶为灰白色钙泥质胶结粉砂岩,瓦斯含量和涌出量增加,这是由于泥岩及粉砂岩顶板组合圈闭性较好,瓦斯的散失受到了控制,此外由于顺层剪切作用,煤体结构被破坏导致.

3煤层的埋藏深度与瓦斯赋存的关系

瓦斯含量随埋深增大而增大,煤层埋深越大,煤层中的瓦斯向地表运移的距离就越长,就越容易保存下来.此外,深度的增加致使压力增大,煤层及围岩被压实,降低了透气性,有利于保存瓦斯,正常情况下,煤层的瓦斯含量与埋深呈现一定的相关性.本井田煤层瓦斯含量与煤层埋藏深度呈正相关关系,随着煤层埋藏深度的加深,瓦斯含量增大,浓度增高,瓦斯变化梯度为煤层埋深增加90.57m,瓦斯含量增加1ml/g,da,f,甲烷含量随甲烷浓度的增大而增大（图2）.

4地质构造与瓦斯赋存的关系

构造形迹对瓦斯赋存的影响是一方面造成了瓦斯分布的不均衡,另一方面是形成了有利于瓦斯赋存或有利于瓦斯排放的条件,由于地质构造应力的作用和应力场的复杂性,在同一构造形迹内出现有应力集中程度不同的块段,造成了相对的高压和相对的低压地区,驱动瓦斯的运移,形成了瓦斯的相对富集,这也是瓦斯分布不均衡的重要原因.

本区断层稀少,瓦斯赋存主要受区域褶皱控制.由于褶皱运动,使得褶皱产状发生了较大变化,而煤层是沉积岩中最软弱的成分之一,在构造应力作用下或重力作用下极易发生变形,甚至产生塑性流变,形成复杂的褶皱和厚煤包.岩层经过褶皱作用后,在褶皱不同部位围岩封闭瓦斯能力具有较大的差别,在背斜轴部节理以张性为主,因此,封闭瓦斯的能力明显减弱.在向斜轴部,节理以压性或压扭性为主,因此,围岩封闭瓦斯的能力介于背斜轴部和向斜轴部之间.此外,背斜倾伏端埋深相对大,封闭瓦斯的能力也相应增强；而向斜仰起端埋深相对减少,封闭瓦斯的能力也相对减弱[1].井田内路家～小灵台背斜轴部区域由于裂隙发育加之煤层较薄,为瓦斯的逸散提供了良好的通道,瓦斯含量本井田最低,相反南玉子向斜由于挤压力作用,煤层较为破碎,上覆岩层封闭性较好,瓦斯含量较高.

5煤层厚度对瓦斯赋存的影响

本区4#煤层北厚南薄,根据矿井瓦斯等值线图,煤层越厚,瓦斯含量越高.由于煤厚变化在井田先期开采地段的中部,以氮气、沼气为主,甲烷浓度增高,含量增大,形成沼气带,其周围为氮气—沼气带,成煤古垄岗及井田先期开采地段以外的东部大范围面积属瓦斯风化带范畴,形成二氧化碳—氮气带.

6结语

在研究地质因素的基础上,着重分析了小庄矿井田构造、围岩、煤厚、煤层埋深与瓦斯赋存的关系；得出地质构造、煤层埋藏深度、围岩条件变化等是影响该矿瓦斯赋存规律的主要因素,初步总结出小庄矿井的瓦斯地质规律.总之,瓦斯赋存运移与地质因素有着密切的关系.用地质的观点来分析瓦斯赋存运移规律,有助于矿井瓦斯地质预报和矿井安全生产.