潘三煤礦礦井瓦斯影響因素及賦存規(guī)律研究

摘 要：研究礦井瓦斯的賦存規(guī)律是防治礦井瓦斯地質(zhì)災(zāi)害的重要基礎(chǔ)。作者通過對(duì)潘三煤礦礦井地質(zhì)條件對(duì)礦井瓦斯賦存的影響研究及對(duì)瓦斯含量分布分析得出：斷層、褶皺構(gòu)造影響符合一般規(guī)律，重力滑動(dòng)構(gòu)造有利于瓦斯釋放，小斷層附近瓦斯富集；研究區(qū)煤系地層巖性組合有利于瓦斯的封閉和賦存；礦井內(nèi)大部分巖漿侵入煤層區(qū)域瓦斯散逸可能性較大；瓦斯含量隨埋藏深度的增加而增大，深部的梯度比中部的梯度大。

關(guān)鍵詞：潘三；瓦斯；賦存規(guī)律

引言

潘三煤礦位于淮南煤田西北部，是一座特大型現(xiàn)代化礦井。潘三井田定名煤層32層，均屬二疊系，煤層總厚33.74m，含煤系數(shù)4.5%，可采煤層12層，平均總厚24.24m，其中13-1煤層為穩(wěn)定煤層。煤層上硬下軟，呈粉末狀或破碎狀結(jié)構(gòu)；構(gòu)造裂隙發(fā)育，層面滑動(dòng)現(xiàn)象較為普遍；煤層強(qiáng)度較低，其普氏硬度一般在0.3～0.7之間，局部更小。本區(qū)第四紀(jì)覆蓋巨厚，一般達(dá)300～400m，砂巖層的孔隙度與滲透率比較小。井田自三迭紀(jì)開始一直遭受剝蝕，歷經(jīng)三迭、侏羅、白堊、第三紀(jì)漫長(zhǎng)的暴露時(shí)期，含煤地層被剝蝕嚴(yán)重，煤層瓦斯風(fēng)化作用強(qiáng)。

1 礦井地質(zhì)條件對(duì)礦井瓦斯賦存的影響

1.1 斷層、褶皺構(gòu)造

1.1.1 斷層的開放與封閉性對(duì)瓦斯賦存影響顯著。

1.1.2 地質(zhì)構(gòu)造及組合對(duì)瓦斯賦存影響明顯。褶曲類型和褶皺復(fù)雜程度對(duì)瓦斯賦存均有影響。封閉的背斜有利于瓦斯的儲(chǔ)存，是良好的儲(chǔ)氣構(gòu)造或稱圈閉構(gòu)造。簡(jiǎn)單的向斜盆地構(gòu)造，其瓦斯排放條件往往是比較困難的。

1.1.3 重力滑動(dòng)構(gòu)造有利于瓦斯釋放。逆沖推覆構(gòu)造增加了煤層上覆巖層的厚度，且擠壓作用降低了巖層的透氣性，有利于瓦斯的保存。受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力作用影響，11-2煤層形成與礦井其他煤層不同的構(gòu)造發(fā)育規(guī)律。大構(gòu)造形態(tài)控制小構(gòu)造的發(fā)育形式，即董崗郢向斜控制小斷層的發(fā)育形式，斷層走向基本與向斜軸平行，董崗郢向斜北翼以正斷層為主，且斷層成組出現(xiàn)，向斜南翼以逆斷層為主，離向斜軸部越近，斷層落差越小；11-2煤層中小型正斷層多以層滑構(gòu)造形式顯現(xiàn)；煤層賦存正常段瓦斯含量很小，但小斷層附近往往出現(xiàn)瓦斯涌出異常，小斷層是瓦斯涌出異常和動(dòng)力現(xiàn)象最顯著的地質(zhì)標(biāo)志。

1.2 頂?shù)装鍘r性

在煤系中除煤層內(nèi)賦存瓦斯外，煤層圍巖孔隙、孔洞和裂隙之中也可能賦存一定量的瓦斯。在潘三礦區(qū)內(nèi)砂巖與砂頁巖互層厚度占煤系總厚的38%。根據(jù)主要煤層中砂巖樣品測(cè)試結(jié)果，砂巖砂頁巖孔隙率與滲透率均比較小，一般孔隙度小于5.0%，滲透率小于1.0md。根據(jù)TN捷奧多維奇對(duì)巖層按滲透性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，屬于非透氣性的巖層，所以有利于瓦斯的封閉和賦存。

1.3 巖漿巖分布

巖漿侵入含煤巖系、煤層，使煤、巖層產(chǎn)生脹裂及壓縮。巖漿的高溫烘烤可使煤的變質(zhì)程度升高。另外，巖漿巖體有時(shí)使煤層局部被覆蓋或封閉，有時(shí)因巖脈蝕變帶裂隙增加，造成風(fēng)化作用加強(qiáng)，逐漸形成裂隙通道。結(jié)合地質(zhì)背景作具體分析，本礦井內(nèi)大部分區(qū)域瓦斯散逸可能性較大，瓦斯含量一般較小。

1.4 煤層埋深及上覆基巖厚度

潘三礦區(qū)煤層向深部的延展較深較遠(yuǎn)，由于深部瓦斯壓力大，煤層中的瓦斯緩慢地由深部向淺部移動(dòng)，淺部瓦斯從煤層露頭逸散后，可以得到來自深部瓦斯的補(bǔ)充，始終保持相當(dāng)?shù)耐咚沽?。本礦區(qū)-1000m水平以上瓦斯含量隨埋藏深度的增加而增大，但深部的梯度比中部的梯度大。

1.5 巖溶陷落柱對(duì)瓦斯賦存的影響

本礦于2007年10月在西一8煤首采面的12318工作面揭露，大小為75m×25m的近橢圓形陷落柱。根據(jù)揭露資料分析，陷落柱內(nèi)巖性破碎，且有泥巖煤線等充填物，未出現(xiàn)導(dǎo)氣通道，而避免引發(fā)瓦斯涌出現(xiàn)象。

2 瓦斯含量及其分布規(guī)律研究

本次利用各可采煤層合格瓦斯樣點(diǎn)877個(gè)，瓦斯含量小于5的點(diǎn)有391個(gè)，大于5的點(diǎn)486個(gè)，高點(diǎn)與低點(diǎn)相間分布，規(guī)律性不強(qiáng)，但董崗郢向斜軸附近瓦斯含量一般較高，在向斜軸南翼也有分布有少量高點(diǎn)。這是因?yàn)槊簩油咚购康姆植贾饕艿刭|(zhì)構(gòu)造、煤層埋藏深度（即距基巖面深度）以及煤層頂板蓋層所控制。向斜軸部圍巖壓力大，瓦斯不易散出，向斜軸南翼煤層埋藏較深，地層平緩，上覆基巖厚度大，無大斷層發(fā)育，瓦斯缺少運(yùn)移通道，因此瓦斯含量也較高。

本區(qū)各主要可采煤層瓦斯含量平均值均大于5m3/t·燃，其中1、3煤層瓦斯含量高于其它煤層，各主要可采煤層的瓦斯最大含量均在15m3/t·燃以上，說明局部瓦斯含量較高。

本區(qū)瓦斯分布以董崗郢次級(jí)向斜軸為界可分為南、北兩個(gè)瓦斯地質(zhì)單元。其中向斜軸兩側(cè)瓦斯含量較高，在遠(yuǎn)離向斜軸的兩翼，南翼瓦斯含量高于北翼。

南翼瓦斯地質(zhì)單元：地層平緩，煤巖層走向東部變化小，靠近向斜軸部變化較大，構(gòu)造中等，特別是淺部靠近向斜軸部及F39斷層附近，中小斷層發(fā)育。

北翼瓦斯地質(zhì)單元：地層傾角比南翼稍陡，大中型斷層多，密度大，孤立的小斷層發(fā)育。

根據(jù)實(shí)測(cè)資料分析發(fā)現(xiàn)，北翼瓦斯地質(zhì)單元瓦斯含量與煤層埋深呈線性關(guān)系，隨煤層埋深增加瓦斯含量增大；南翼瓦斯分布無規(guī)律，但從測(cè)試資料看，南翼瓦斯含量比北翼偏高。

潘三礦煤層較松軟，呈粉末狀或破碎狀結(jié)構(gòu)，煤層內(nèi)構(gòu)造裂隙較發(fā)育，層面滑動(dòng)現(xiàn)象亦很明顯，因此，煤層強(qiáng)度比較低，其堅(jiān)固性系數(shù)一般在0.3～0.7之間，孔隙度與滲透率均比較小，煤層透氣性較低。

本區(qū)瓦斯含量高點(diǎn)與低點(diǎn)相間分布，董崗郢向斜軸附近瓦斯含量一般較高，在向斜軸南翼也有分布有少量高點(diǎn)。這是因?yàn)槊簩油咚购康姆植贾饕艿刭|(zhì)構(gòu)造、煤層埋藏深度以及煤層頂板蓋層所控制。向斜軸部圍巖壓力大，瓦斯不易散出，向斜軸南翼煤層埋藏較深，地層平緩，上覆基巖厚度大，無大斷層發(fā)育，瓦斯缺少運(yùn)移通道，因此瓦斯含量也較高。

3 結(jié)束語

3.1 斷層、褶皺構(gòu)造影響符合一般規(guī)律，重力滑動(dòng)構(gòu)造有利于瓦斯釋放，小斷層附近瓦斯富集；研究區(qū)煤系地層巖性組合有利于瓦斯的封閉和賦存；礦井內(nèi)大部分巖漿侵入煤層區(qū)域瓦斯散逸可能性較大；瓦斯含量隨埋藏深度的增加而增大，深部的梯度比中部的梯度大。

3.2 本區(qū)瓦斯分布以董崗郢次級(jí)向斜軸為界可分為南、北兩個(gè)瓦斯地質(zhì)單元。北翼瓦斯地質(zhì)單元瓦斯含量與煤層埋深呈線性關(guān)系，隨煤層埋深增加瓦斯含量增大；南翼瓦斯分布無特別規(guī)律，但南翼瓦斯含量普遍比北翼偏高。

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