蔣莊煤礦瓦斯地質(zhì)規(guī)律與瓦斯涌出淺析

陳偉 姜濤 李強(qiáng) 孔猛 張凱

摘要：本文介紹了蔣莊煤礦地質(zhì)構(gòu)造和瓦斯情況，分析論述了褶皺、斷層，圍巖、水文地質(zhì)、埋深等與瓦斯的關(guān)系，并進(jìn)行了瓦斯含量、瓦斯涌出量及瓦斯與煤突出危險(xiǎn)性預(yù)測。

關(guān)鍵詞：瓦斯地質(zhì)規(guī)律 瓦斯涌出

1 井田地質(zhì)構(gòu)造特征

蔣莊井田位于滕南煤田的中部，井田內(nèi)為第四系覆蓋，沒有基巖露頭。本井田受高廟斷層、劉仙莊斷層、尹家洼斷層等控制，總體構(gòu)造線展布為NNE向，形成一斷裂構(gòu)造發(fā)育，以地塹、地壘為主要特點(diǎn)的寬緩褶皺區(qū)。井田內(nèi)斷層很多，含煤地層沿走向、傾向產(chǎn)狀均有變化，個(gè)別地段有巖漿侵入。依據(jù)《礦井地質(zhì)規(guī)程》和《生產(chǎn)礦井地質(zhì)條件分類工作有關(guān)問題補(bǔ)充說明》等有關(guān)規(guī)定，根據(jù)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算的各有關(guān)指標(biāo)、數(shù)據(jù)，將蔣莊煤礦礦井地質(zhì)條件綜合評(píng)定為Ⅱ類，即Ⅱ-Ⅱa，Ⅰd，Ⅱeg型，屬構(gòu)造中等區(qū)。

井田內(nèi)褶曲發(fā)育，褶曲軸向一般為北東向，局部軸向轉(zhuǎn)為北北東向或北東東向，兩翼巖層傾角一般為5～10°，個(gè)別地段達(dá)15°左右。樞紐常有起伏，其角度一般小于5°，使褶曲成短軸狀。各個(gè)褶皺都不同程度地受到斷層的破壞，使形態(tài)變得不明顯或不完整。井田內(nèi)的主要褶曲由西向東有：柴里向斜、孔莊背斜、張莊向斜、高崮堆向斜、尹家洼背斜、房莊向斜、于橋背斜等。

共發(fā)現(xiàn)落差大于20m的斷層36條，1.029條/km2，長度104080m，2973.7m/km2；落差10～20m的斷層16條，0.44條/km2，長度4840m，132.1m/km2；落差5～10m的斷層

條比較多見，小型斷層（落差5m以下）最發(fā)育，有280余條，占85.5%。這些斷層可分為三組，即北北東向正斷層組、近東西向正斷層組和北東向逆斷層組；北北東向和近東西向的正斷層為本井田的主要斷裂構(gòu)造，對(duì)煤層埋藏深度、地層沉積厚度（特別是上侏羅統(tǒng)蒙陰組）、構(gòu)造格局，起著控制作用。

蔣莊煤礦礦區(qū)井田井田內(nèi)褶曲發(fā)育，褶曲軸向一般為北東向，局部軸向轉(zhuǎn)為北北東向或北東東向，兩翼巖層傾角一般為5～10°，個(gè)別地段達(dá)15°左右。樞紐常有起伏，其角度一般小于5°，使褶曲成短軸狀。井田內(nèi)的主要褶曲由西向東有：柴里向斜、孔莊背斜、張莊向斜、高崮堆向斜、尹家洼背斜、房莊向斜、于橋背斜等。各個(gè)褶皺都不同程度地受到斷層的破壞，使形態(tài)變得不明顯或不完整，破壞了瓦斯的賦存條件，將不利于瓦斯賦存聚集，從而造成了瓦斯的大量逃逸。

2 礦井瓦斯地質(zhì)規(guī)律分析

2.1 井田煤層位于瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)，礦井含量較低

根據(jù)蔣莊煤礦勘探階段的鉆孔鑒定資料分析，CH4含量在0～23.00%，CO2含量在0.134%～45.98%，N2含量在51.49%～99.361%，CH4、CO2含量均小于1cm3/g，蔣莊煤礦3層煤位于瓦斯風(fēng)化帶的氮?dú)鈳А?/p>

歷年絕對(duì)瓦斯相對(duì)涌出量在0.9～1.3m3/min之間，絕對(duì)涌出量在4.0～7.15m3/min之間，瓦斯涌出量較小。

2.2 井田內(nèi)開放性斷層發(fā)育導(dǎo)致礦井瓦斯含量較低

井田內(nèi)斷層構(gòu)造較復(fù)雜，主要發(fā)育三組，一組為近南北向的正斷層；第二組為走向近東西向的正斷層；第三組北東向逆斷層組成。由于這些控制斷層為拉張性斷層，落差較大，所以井田中絕大部分瓦斯逸散了出去，使得整個(gè)井田的瓦斯含量與瓦斯的絕對(duì)、相對(duì)涌出量變得非常小。

蔣莊煤礦礦區(qū)井田井田內(nèi)褶曲發(fā)育，褶曲軸向一般為北東向，局部軸向轉(zhuǎn)為北北東向或北東東向，兩翼巖層傾角一般為5～10°，個(gè)別地段達(dá)15°左右。樞紐常有起伏，其角度一般小于5°，使褶曲成短軸狀。井田內(nèi)的主要褶曲由西向東有：柴里向斜、孔莊背斜、張莊向斜、高崮堆向斜、尹家洼背斜、房莊向斜、于橋背斜等。各個(gè)褶皺都不同程度地受到斷層的破壞，使形態(tài)變得不明顯或不完整，破壞了瓦斯的賦存條件，將不利于瓦斯賦存聚集，從而造成了瓦斯的大量逃逸。

2.3 礦井瓦斯的含量受地下水的影響

蔣莊煤礦3煤層的直接充水含水層是3煤層頂板砂巖段。巖性多為中細(xì)粒長石砂巖，局部為粗?；蛑写至ｉL石石英砂巖與泥巖、粉砂巖相間，頂板段砂巖泥巖涌水量較少，僅出現(xiàn)過因斷層影響，砂巖水會(huì)滲入工作面，涌水量也不大。因此，3煤層頂板砂巖段為裂隙水弱含水層，影響瓦斯的賦存。

2.4 頂?shù)装鍘r性對(duì)瓦斯賦存的影響

本區(qū)主采3煤層，其直接頂板以泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主，平均厚5.83m，區(qū)內(nèi)北部（如北八采區(qū)）、南部（如南九采區(qū)）煤層直接頂板為中細(xì)砂巖，平均厚23.47m，中～細(xì)粒結(jié)構(gòu)，致密堅(jiān)硬，間夾泥質(zhì)帶有少量炭紋，具單斜層理，裂隙較發(fā)育；粉砂巖頂成為瓦斯保存的良好蓋層，但是中部縱觀南北的邵集斷層讓好的頂板巖性失去了蓋層的意義，在斷層控制下，本礦井的瓦斯在這樣有利的通道下，生成后迅速逃逸，而且北部與南部的砂巖蓋層，本身透氣性就好，對(duì)瓦斯的逃逸起到了促進(jìn)作用。

2.5 巖漿巖分布對(duì)瓦斯的影響

據(jù)勘探資料，蔣莊井田巖漿活動(dòng)不甚強(qiáng)烈，沿主要構(gòu)造線呈北北東向脈狀分布，據(jù)分析，巖漿巖對(duì)山西組煤層影響范圍較小， 3煤層中有局部地段受巖漿巖影響變質(zhì)為天然焦，根據(jù)區(qū)域巖漿巖分布情況，本井田內(nèi)巖漿巖分布應(yīng)具有如下規(guī)律：由西向東巖漿活動(dòng)逐漸強(qiáng)烈，由南向北巖漿活動(dòng)逐漸減弱。

在巖漿影響的部分，煤層的產(chǎn)氣能力增強(qiáng)，但本井田內(nèi)巖漿活動(dòng)對(duì)煤層、煤質(zhì)影響很小，僅巖漿巖分布地段煤層發(fā)生焦化、變薄或?qū)⒚簩油涛g，對(duì)瓦斯的生成影響很小。

2.6 煤層埋深及上覆基巖厚度對(duì)瓦斯的影響

根據(jù)鉆孔資料分析蔣莊井田現(xiàn)南、北部薄，中間厚，因此，上覆基巖較厚的中部地區(qū)瓦斯賦存條件較好，而上覆基巖較薄的北部南部地區(qū)瓦斯含量較少。

2.7 巖溶陷落柱對(duì)賦存的影響

蔣莊井田至今未發(fā)現(xiàn)陷落柱。

3 瓦斯含量預(yù)測

根據(jù)蔣莊煤礦勘探階段的鉆孔鑒定資料分析，CH4含量在0～23.00%，CO2含量在0.134%～45.98%，N2含量在51.49%～99.361%，CH4、CO2含量均小于1cm3/g（鉆孔瓦斯測定資料表3.6），該礦3上、3下、12下、16煤層位于瓦斯風(fēng)化帶的氮?dú)鈳?。結(jié)合二十多年來蔣莊煤礦瓦斯涌出量基本保持穩(wěn)定的開采經(jīng)驗(yàn)，預(yù)測礦井瓦斯含量不會(huì)有大的變化。

4 瓦斯涌出量預(yù)測

4.1 礦井回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測

經(jīng)過對(duì)礦井近歷年來瓦斯等級(jí)鑒定、瓦斯日?qǐng)?bào)、風(fēng)量、產(chǎn)量、采掘進(jìn)尺等大量資料的整理，統(tǒng)計(jì)所回采工作面的絕對(duì)瓦斯涌出量及相對(duì)瓦斯涌出量數(shù)據(jù)。絕對(duì)瓦斯涌出量最大值為0.52m3/min，最小值0.14m3/min。掘進(jìn)工作面數(shù)據(jù)絕對(duì)瓦斯涌出量最大值為0.51m3/min，最小值0.12m3/min。根據(jù)礦井3層煤已回采工作面瓦斯實(shí)際涌出數(shù)據(jù)可以看出，3層煤回采工作面瓦斯絕對(duì)涌出量較小，并且采場已基本穩(wěn)定，預(yù)計(jì)回采工作面瓦斯涌出量不會(huì)有大的變化。

4.2 礦井瓦斯涌出量預(yù)測

蔣莊煤礦歷年絕對(duì)瓦斯涌出量為1.0～1.5m3/min之間，絕對(duì)CO2涌出量在4.0～7.15m3/min之間。蔣莊煤礦經(jīng)過二十年的開采，井下采場基本穩(wěn)定，至今未發(fā)現(xiàn)高瓦斯區(qū)及瓦斯涌出異?，F(xiàn)象，根據(jù)歷年瓦斯涌出資料分析，預(yù)計(jì)瓦斯涌出量基本穩(wěn)定。

5 煤與瓦斯區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測

根據(jù)《防治煤與瓦斯突出》（2009）規(guī)定第四十三條，按蔣莊煤礦目前的資料分析，井田開采的煤層均處于“瓦斯風(fēng)化帶”內(nèi)，既沒有“煤與CO2突出”的可能，也不存在“煤與CH4突出”的危險(xiǎn)性。

6 礦井瓦斯地質(zhì)圖

瓦斯地質(zhì)圖編制是在搜集礦井勘探時(shí)期的井田堪查地質(zhì)報(bào)告及開采期間的瓦斯檢測數(shù)據(jù)、歷年瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果中相關(guān)瓦斯數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上繪制的。

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作者簡介：陳偉（1980-），男，2003年畢業(yè)于山東科技大學(xué)采礦專業(yè)，助工，畢業(yè)后先后從事礦井采煤、調(diào)度、通防安全工作，現(xiàn)任棗礦集團(tuán)蔣莊煤礦通防技術(shù)主管。