淮南煤田顧橋煤礦主采煤層瓦斯含量變化規(guī)律分析

王 亞 戴 汀 李顯春 郭紅星 高江淮

（1.安徽省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì) 安徽 淮南 232052；2.淮南礦業(yè)集團(tuán)顧橋煤礦 安徽 鳳臺(tái) 232150）

0 引言

顧橋煤礦隸屬于淮南礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，位于安徽省淮南市鳳臺(tái)縣西北部，距鳳臺(tái)約20km，于2003年11月開(kāi)工建設(shè)，2007年4月28日正式投產(chǎn)，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力5.0Mt/a，現(xiàn)核定生產(chǎn)能力為9.0Mt/a。分兩個(gè)生產(chǎn)水平，第一水平-780m，第二水平-950m，顧橋礦屬高瓦斯礦井，礦井總體為一南北走向、向東傾斜的單斜構(gòu)造,地層平緩,瓦斯賦存條件較好。

井田內(nèi)地層主要有奧陶系中下統(tǒng)、石炭系上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組及下石盒子組、二疊系上統(tǒng)上石盒子組及石千峰組，可采煤層集中分布在煤系地層二疊系的中、下部，煤系地層厚約450m，可采煤層共9層，全區(qū)可采的主要煤層為13-1煤、11-2煤、8煤、6-2煤及1煤。根據(jù)勘探鉆孔資料，各主采煤層中瓦斯含量較高，從井下實(shí)際揭露13-1及11-2煤層瓦斯情況來(lái)看，瓦斯相對(duì)涌出量及絕對(duì)涌出量均較大，瓦斯壓力較高。

1 地質(zhì)概況

1.1 地質(zhì)構(gòu)造

顧橋煤礦位于陳橋背斜東翼與潘集背斜西部的銜接帶，總體構(gòu)造形態(tài)為走向南北，向東傾斜的單斜構(gòu)造，地層傾斜平緩，傾角 5～15°，并發(fā)育不均勻的次級(jí)寬緩褶曲和斷層。根據(jù)次級(jí)褶曲和斷層的發(fā)育特征，可以劃分為四個(gè)區(qū)（見(jiàn)圖 1）：北部寬緩褶曲擠壓區(qū)；中部簡(jiǎn)單單斜區(qū)；南部“X”共軛剪切區(qū)；南部單斜構(gòu)造區(qū)。

①北部寬緩褶曲擠壓區(qū)：位于煤礦北部，大致相當(dāng)于F86～F81斷層之間。地層向東傾斜，傾角平緩，為5～150，因次級(jí)褶曲發(fā)育，使地層走向呈波狀形態(tài)。次級(jí)褶曲有小陳莊背斜、胡橋子向斜、后老莊背斜，它們起伏幅度不大，常被斷層切割，形態(tài)寬緩，褶曲向東傾伏，延伸距離短，軸向北西西～東西，與丁集東北部的次級(jí)褶曲軸向相同。

區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育，主要斷層有F81、F84、F85、F86斷層組，斷層組總體走向均為東西向。F81斷層組總落差超過(guò)500m，是井田北部邊界斷層。

從逆斷層與次級(jí)褶曲的配置關(guān)系分析，本區(qū)構(gòu)造具有由南向北的擠壓性質(zhì)。

②中部簡(jiǎn)單單斜區(qū)：位于F87～F92斷層組之間，煤層走向平直，變化不大，向東緩緩傾斜，斷層稀少。

③南部“X”共軛剪切區(qū)：顧橋煤礦南部由北西向北東向兩組斷層構(gòu)成“X”共軛交叉斷裂帶，地層走向南北，向東傾斜，傾角平緩，地層產(chǎn)狀一般變化不大。F92斷層組～F110斷層間北西向剪切帶內(nèi)因次級(jí)褶曲和較多斷層使地層產(chǎn)狀變得復(fù)雜。

④南部單斜構(gòu)造區(qū)：本區(qū)淺部窄、深部較寬，邊界斷層為F110和F211，F(xiàn)110、F211為北西向主要斷層，期間北東向的次級(jí)斷層較為發(fā)育，總體上呈單斜構(gòu)造，煤層傾角一般在6°以下，局部達(dá) 13°～15°。

1.2 主采煤層

圖1 井田構(gòu)造圖

井田內(nèi)全區(qū)可采的主要煤層 5 層：13-1、11-2、8、6-2、1煤，平均總厚20.25m，占可采總厚的89%。13-1煤層下距太灰平均350m。平均厚度4.24m，煤厚變異系數(shù)23.9%，可采指數(shù)100%。煤層穩(wěn)定；11-2煤層上距13-1煤平均70m。平均厚2.88m，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單～較簡(jiǎn)單，含1層夾矸，上部砂巖發(fā)育，底板以泥巖為主。煤厚變異系數(shù)21.8%，可采指數(shù)100%，煤層穩(wěn)定；8煤層上距11-2煤平均90m。平均厚2.59m米，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，局部含1層夾矸，煤層上部至9煤間砂體發(fā)育，具沖刷特征，形成8煤沖蝕區(qū),沖刷區(qū)大致呈東西向帶狀，使8煤缺失，變薄，沖蝕最深處達(dá)7-2煤下，變異系數(shù)34.6%，可采指數(shù)92.3%，煤層頂板多為砂巖，底板一般為泥巖。煤層較穩(wěn)定。非沖刷帶煤層穩(wěn)定，厚度變異系數(shù)為26.3%。6-2煤層平均厚3.56m，煤層單一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單～較簡(jiǎn)單。頂?shù)装宥酁槟鄮r，變異系數(shù)22%，可采指數(shù)99.5%，煤層穩(wěn)定；1煤層平均厚6.34m，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單～復(fù)雜，具0～3層夾矸，局部夾矸厚達(dá)4.64m，使1、3煤層分層出現(xiàn)。煤層頂?shù)装宥酁樯百|(zhì)泥巖。煤厚變異系數(shù)24.4%，可采指數(shù)100%，屬穩(wěn)定煤層。

2 瓦斯含量變化規(guī)律

2.1 主采煤層瓦斯含量

根據(jù)勘探鉆孔揭露5個(gè)主采煤層的瓦斯含量資料，將各煤層可燃?xì)夂俊⒊煞莘秩齻€(gè)水平列入表2-1。

表2-1 各主采煤層瓦斯含量統(tǒng)計(jì)表

井田范圍內(nèi) 13-1、11-2、8、6-2、1 煤等五個(gè)主要煤層的276個(gè)瓦斯煤樣，采集深度在-480～-1157m之間，具體分布情況為：13-1煤層68個(gè)、11-2煤層48個(gè)、8煤層46個(gè)、6-2煤層56個(gè)、1煤層58個(gè)。

從表2-1中可以看出，同一煤層隨埋深增加，瓦斯含量呈逐漸增大趨勢(shì)（11-2煤層在-780m以下由于多個(gè)鉆孔分布于斷層附近，受斷層影響，鉆孔瓦斯統(tǒng)計(jì)資料比實(shí)際偏?。４送?，在5個(gè)主采煤層中，6-2煤層瓦斯含量最高，56個(gè)鉆孔平均瓦斯含量6.51m3/t；11-2煤層最低，48個(gè)鉆孔平均瓦斯含量 4.883m3/t。

2.2 采區(qū)瓦斯含量變化規(guī)律

中央采區(qū)13-1煤層瓦斯含量0.0551～12.226m3/t，平均5.380m3/t。南區(qū)13-1煤層瓦斯含量0.77～13.5899m3/t，平均5.1414m3/t。根據(jù)以上數(shù)據(jù)回歸得出13-1煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系如下：

中央采區(qū) 11-2煤瓦斯含量 0.0288～10.1200m3/t，平均4.1830m3/t，南區(qū)瓦斯含量 1.6915～12.4513m3/t，平均 5.783m3/t，南區(qū)的11-2煤層瓦斯含量要比中央?yún)^(qū)大,南區(qū)和中央?yún)^(qū)劃分成兩個(gè)瓦斯地質(zhì)單元。

煤層埋藏深度的增加不僅會(huì)使煤層和圍巖的透氣性降低，而且瓦斯向地表運(yùn)移的距離也增大。根據(jù)以上數(shù)據(jù)回歸得出11-2煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系如下：

3 影響瓦斯含量變化因素

3.1 地質(zhì)構(gòu)造

在眾多的地質(zhì)因素中，造成瓦斯分布不均的主要影響因素是地質(zhì)構(gòu)造，地層的褶曲和斷層可以使瓦斯逸散，也可以使其在局部富集，以致形成井田各塊段間瓦斯含量的差異。構(gòu)造變動(dòng)可以破壞煤層尤其是厚煤層某些地段的原生結(jié)構(gòu)，使煤體強(qiáng)度降低，氣體運(yùn)移受阻，導(dǎo)致局部瓦斯壓力、瓦斯含量增大，發(fā)生煤與瓦斯突出的傾向性增強(qiáng)，成為礦井瓦斯的突出點(diǎn)。2009年元月，南區(qū)-796m進(jìn)風(fēng)提料斜巷揭露落差40m的F114斷層

時(shí)，從迎頭斷層裂隙中涌出瓦斯，造成采區(qū)回風(fēng)探頭超限，最大濃度達(dá)到1.04%。

3.2 圍巖結(jié)構(gòu)

瓦斯含量表現(xiàn)為煤的孔隙率越高，瓦斯含量越大，圍巖巖性越致密，瓦斯含量越高。顧橋九7孔11-2煤層頂板是厚的裂隙發(fā)育的中細(xì)砂巖，此處煤層可燃?xì)夂恐挥?.0288cm3/g，斷層附近的瓦斯含量可能偏低，顧橋九16、構(gòu)1孔分別位于F104、F109附近，1煤瓦斯含量偏低。在同一層煤的平行樣中上部樣品瓦斯含量較高，顧橋五27孔1煤的上部含量為6.2857cm3/g，下部為3.9826cm3/g。

煤層頂?shù)装迳皫r裂隙發(fā)育處往往積聚瓦斯，在近煤層頂?shù)装迳皫r出水時(shí)也常有瓦斯集中涌出現(xiàn)象。南二采區(qū)11-2膠帶機(jī)大巷在11-2煤層底板砂巖中掘進(jìn)時(shí),曾出現(xiàn)裂隙內(nèi)積聚瓦斯集中噴出現(xiàn)象；1414(1)運(yùn)順底板巷掘進(jìn)在無(wú)地質(zhì)構(gòu)造的情況下打錨索眼時(shí)出現(xiàn)頂板砂巖出水并向外噴瓦斯現(xiàn)象。

3.3 埋藏深度

煤層埋藏深度是控制瓦斯的主要地質(zhì)因素，直接影響到瓦斯含量、瓦斯壓力和瓦斯賦存條件，一般來(lái)說(shuō)，煤層埋藏越深，瓦斯壓力越大，瓦斯壓力隨著埋藏深度增加趨于增大的正相關(guān)關(guān)系。

4 結(jié)論

4.1 顧橋礦井為單斜構(gòu)造,地層平緩,瓦斯賦存條件較好，屬高瓦斯礦井，根據(jù)勘探鉆孔資料，各煤層中瓦斯含量較高，從井下實(shí)際揭露13-1及11-2煤層瓦斯情況來(lái)看，瓦斯相對(duì)涌出量及絕對(duì)涌出量均較大，瓦斯壓力較高。

4.2 同一煤層隨埋深增加，瓦斯含量呈逐漸增大趨勢(shì)，五個(gè)主采煤層中，6-2煤層瓦斯含量最高，56個(gè)鉆孔平均瓦斯含量6.51m3/t；11-2煤層最低，48個(gè)鉆孔平均瓦斯含量4.883m3/t。

4.3 瓦斯含量的大小與煤層圍巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、埋藏深度等因素有關(guān)，造成了瓦斯不同的貯存、運(yùn)移條件，導(dǎo)致煤層瓦斯含量分布的不均一性。

［1］夏森林.顧橋煤礦瓦斯分布規(guī)律初探[J].煤炭技術(shù)，2005，9，24（9）.

［2］張春光，姜波，朱慎剛，李長(zhǎng)貴.淮北祁南井田瓦斯賦存規(guī)律及影響因素分析[J].中國(guó)煤炭地質(zhì)，2010，1，22（1）.