李雅莊礦斷層構(gòu)造對(duì)瓦斯含量的影響

王汝鑫，秦金輝

（霍州煤電集團(tuán)公司李雅莊煤礦，山西　臨汾　041000）

李雅莊礦斷層構(gòu)造對(duì)瓦斯含量的影響

王汝鑫，秦金輝

（霍州煤電集團(tuán)公司李雅莊煤礦，山西臨汾041000）

摘要為分析李雅莊礦斷層構(gòu)造對(duì)瓦斯含量的影響，利用瓦斯地質(zhì)學(xué)的基本原理對(duì)其影響因素進(jìn)行了分析，指出地質(zhì)演化造成了李雅莊礦特有的瓦斯?fàn)顩r，而斷層構(gòu)造是導(dǎo)致李雅莊礦高瓦斯的主要因素。通過分析地質(zhì)構(gòu)造對(duì)瓦斯含量的影響，提出針對(duì)性的瓦斯治理方案，提高瓦斯治理效果。

關(guān)鍵詞李雅莊；地質(zhì)演化；斷層；瓦斯含量

對(duì)瓦斯地質(zhì)的研究，國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者經(jīng)過多年的探索，取得了豐富的理論成果，并用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，指導(dǎo)瓦斯治理工作。

國外有關(guān)學(xué)者早在20世紀(jì)20年代就進(jìn)行了相關(guān)研究，認(rèn)為瓦斯的賦存受地質(zhì)因素的控制，指出礦區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)一方面對(duì)煤層瓦斯的生成條件有影響，另一方面與瓦斯的保存條件也有關(guān)系［1－3］。

國內(nèi)有關(guān)學(xué)者自20世紀(jì)40年代以來對(duì)瓦斯地質(zhì)進(jìn)行了持續(xù)的研究，編制了不同比例的全國瓦斯地質(zhì)圖，揭示省區(qū)、礦區(qū)、礦井瓦斯賦存構(gòu)造逐級(jí)控制機(jī)理、控制規(guī)律和瓦斯地質(zhì)規(guī)律，為更深入地揭示瓦斯賦存機(jī)理、煤與瓦斯突出機(jī)理奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；為國家瓦斯治理宏觀規(guī)劃、煤層氣開發(fā)規(guī)劃，奠定了基礎(chǔ)、指明了方向、提供了思路和對(duì)策；指出瓦斯地質(zhì)可用于礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)、煤與瓦斯突出機(jī)理研究、突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)、煤層瓦斯含量預(yù)測(cè)、煤層氣資源的綜合評(píng)價(jià)等方面［4－7］，為礦井瓦斯治理提供了科學(xué)依據(jù)。這些研究大多是針對(duì)全國性的高瓦斯礦區(qū)，對(duì)霍州礦區(qū)的瓦斯地質(zhì)研究不足。通過對(duì)李雅莊礦礦區(qū)內(nèi)斷層構(gòu)造的分析，揭示了李雅莊礦斷層構(gòu)造對(duì)瓦斯含量的影響作用。

1　井田地質(zhì)概況

霍州煤電集團(tuán)公司李雅莊礦位于霍州市，井田位于霍州礦區(qū)的北端，屬于臨汾盆地。李雅莊礦采用斜井—立井聯(lián)合開拓方式開采，主采2＃煤層。在霍山斷裂帶的西部和靈石隆起之什林撓褶斷裂帶的北盤，受到這兩個(gè)斷裂帶的共同控制作用。礦區(qū)內(nèi)總體構(gòu)造以斷層構(gòu)造為主，尤其是小斷層構(gòu)造較多，在礦井內(nèi)廣泛分布，這些斷層主要為正斷層。褶皺構(gòu)造在礦井北部和東北部較發(fā)育，其他區(qū)域發(fā)育不明顯。陷落柱在礦井內(nèi)發(fā)育不充分。

井田內(nèi)主要構(gòu)造以正斷層為主，構(gòu)造線走向以北北東－北東為主，斷層落差大，延伸長度大，見圖1。

礦井開采區(qū)域已揭露的數(shù)百條斷層中，其斷距小于3 m的253條，3～5 m的63條，5～10 m的51條，大于10 m的31條。落差較大的斷層具有等距性，大致以300～500 m左右的間隔出現(xiàn)。

2　地質(zhì)演化對(duì)瓦斯賦存的影響

李雅莊礦礦區(qū)位于沁水盆地的西部。印支運(yùn)動(dòng)時(shí)期，沁水盆地晚古生代煤系的埋藏深度持續(xù)增大。印支期末到燕山期初，構(gòu)造整體抬升導(dǎo)致煤系蓋層開始遭受剝蝕，燕山期中期，沁水盆地緩慢沉積，燕山晚期至喜馬拉雅早期，為持續(xù)抬升階段。整個(gè)盆地長期處于隆升狀態(tài)，煤系及其上覆地層遭受嚴(yán)重剝蝕，導(dǎo)致瓦斯大量散失。喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)中—晚時(shí)期，構(gòu)造分異重新加劇，導(dǎo)致局部地區(qū)快速沉陷，煤層埋深再度加大，有利于瓦斯氣體的繼續(xù)保存。大部分地區(qū)基本保持穩(wěn)定或略有沉降或始升，瓦斯的保存狀況更為明顯地受到其它地質(zhì)因素的影響。該區(qū)獨(dú)特的沉積構(gòu)造發(fā)展史，決定了李雅莊現(xiàn)今特有的瓦斯?fàn)顩r。

圖1　礦井已揭露斷層玫瑰花圖

3　地質(zhì)構(gòu)造對(duì)瓦斯賦存的影響

地質(zhì)構(gòu)造中的斷層使煤層的連續(xù)完整性遭到了破壞，導(dǎo)致煤層中瓦斯的賦存狀況也隨之發(fā)生變化。由于斷層構(gòu)造形式的變化，對(duì)煤層瓦斯保存及釋放的影響也是截然不同的。擠壓應(yīng)力作用產(chǎn)生的壓扭性裂隙與斷裂，通常閉合程度高，瓦斯運(yùn)移相對(duì)比較困難，再加上擠壓作用，使圍巖及煤層的致密性增大，阻礙瓦斯向地表逸散；張應(yīng)力作用下形成的張性裂隙和斷層，則促進(jìn)煤層瓦斯的釋放［8］。

總的來說，開放性斷層不利于瓦斯保存，封閉性斷層則阻礙瓦斯排放，成為瓦斯逸散的屏障層，對(duì)瓦斯保存起到良好的保護(hù)作用。和太行山東麓各礦區(qū)一樣，大的、開放性的斷層是瓦斯散失的通道，這是本區(qū)瓦斯偏低的原因之一。但小斷層卻對(duì)瓦斯賦存有利。

李雅莊礦處在霍山斷裂帶的西部和靈石隆起之什林撓褶斷裂帶的北盤，受到這兩個(gè)斷裂帶的共同控制作用。什林撓褶斷裂是一條左旋正傾滑斷層，李雅莊至高王莊為中段，走向N60°E，斷面南傾。井田大部正處于什林撓褶斷裂帶下降盤，埋深較大，且接近地下水滯留區(qū)，所以有利于瓦斯的富集。

礦區(qū)內(nèi)北部邊界處發(fā)育有兩對(duì)緊密相連的北北東向褶曲，即東莊背斜和馮南垣向斜，陳下白道背斜和家洼村東向斜，南部地區(qū)有一對(duì)北西向背斜構(gòu)造。井田東北部F45邊界斷層以外，有數(shù)條近東西向的小型背向斜構(gòu)造，其性質(zhì)不同，特征各異。根據(jù)瓦斯運(yùn)移規(guī)律，在向斜的兩翼及背斜的軸部，瓦斯將大量富集。

礦區(qū)發(fā)育小斷層，斷距多在20 m以內(nèi)。而煤層平均厚度在2．65 m，頂板泥巖、砂巖平均厚300余m；底板泥巖、砂巖平均厚20余m。在進(jìn)行分析的過程中發(fā)現(xiàn)，斷層附近瓦斯含量有明顯的增大，這說明雖然本井田斷層多以正斷層為主，但大多數(shù)不是瓦斯溢出的通道，而是形成了良好的封閉，將瓦斯儲(chǔ)存起來。

井田內(nèi)的褶曲發(fā)育于單斜構(gòu)造中，屬于次級(jí)褶曲構(gòu)造。次級(jí)背斜幅度小，多為緩波狀褶曲，兩翼產(chǎn)狀緩，軸部裂隙不發(fā)育，有利于形成小型構(gòu)造圈閉，往往是瓦斯局部富集地段。

4　斷層構(gòu)造對(duì)瓦斯含量的影響

通過上述分析可知，在李雅莊井田范圍內(nèi)斷層構(gòu)造發(fā)育較多，褶皺構(gòu)造較少。在已揭露的斷層中以正斷層為主，而大的、開放性的斷層不利于瓦斯的儲(chǔ)存，理論上在整個(gè)礦井范圍內(nèi)瓦斯含量應(yīng)不高。但是礦井內(nèi)多為落差在3 m范圍內(nèi)的小斷層。在小斷層情況下瓦斯溢出后不能向煤層上方繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，而在煤層上方小范圍內(nèi)積聚，從而造成礦井瓦斯含量偏高。

經(jīng)上述分析可知，在李雅莊井田內(nèi)瓦斯的含量與小斷層的落差關(guān)系密切。為了驗(yàn)證上述分析，對(duì)李雅莊煤礦2＃煤層斷層落差與瓦斯含量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，見表1。

表1　2＃煤層斷層落差與瓦斯含量統(tǒng)計(jì)表

由表1可見，回歸分析瓦斯含量（y）與其附近斷層落差（x）的關(guān)系見圖2，線性相關(guān)性較好，煤層附近斷層落差的變化對(duì)瓦斯含量的影響明顯。相關(guān)回歸系數(shù)R＝0．953 7。建立了如下數(shù)學(xué)模型：

y＝0．190 9x＋5．514

式中：

x—煤層中的斷層落差，m；

y—瓦斯含量，m3／t；

R—相關(guān)回歸系數(shù)。

圖2　斷層落差與瓦斯含量的關(guān)系散點(diǎn)圖

由圖2可見，隨著小斷層斷距的增加，瓦斯含量也隨著增加。說明在李雅莊礦一定落差范圍內(nèi)的小斷層附近瓦斯含量顯著增加，是瓦斯的主要積聚源，也是導(dǎo)致李雅莊礦高瓦斯的主要因素。在開采過程中應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)勘查工作，掌握各斷層的分布和發(fā)育情況，遇斷層時(shí)及時(shí)制定相應(yīng)的瓦斯防治措施，防止瓦斯事故的發(fā)生。

5　結(jié)　論

1）通過對(duì)李雅莊礦井田范圍內(nèi)的地質(zhì)演化情況的分析，指出該區(qū)獨(dú)特的沉積構(gòu)造發(fā)展史，決定了李雅莊現(xiàn)今特有的瓦斯?fàn)顩r。

2）分析了地質(zhì)構(gòu)造對(duì)瓦斯賦存的影響，認(rèn)為斷層構(gòu)造中的小斷層是造成李雅莊礦高瓦斯的主要因素。

3）在李雅莊井田內(nèi)瓦斯含量隨著小斷層落差的加大增大。

4）在開采過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)小斷層構(gòu)造的詳查工作，以便制定針對(duì)性的瓦斯防治措施。

參考文獻(xiàn)

［1］B．M．吉馬科夫．為解決采礦安全問題而預(yù)測(cè)含煤地層瓦斯含量的地質(zhì)基礎(chǔ)［G］．第十七屆國際采礦安全研究會(huì)議論文集．北京：煤炭工業(yè)部科技情報(bào)所，1980：79－80．

［2］K F，GAYERR．The impact of tectonic deformation upon coal seams＇in the South Wales coalfield，UK［J］．Int J．Coal Geol，1999（38）：297－332．

［3］BIBLER C，MARSHALL J．PILCHER．Status of worldwide coal mine methanee mission sanduse R C［J］．Int J Coal Geol，1998（35）：283－310．

［4］楊力生．全國煤礦瓦斯地質(zhì)編圖研究成果初步總結(jié)［J］．焦作工學(xué)院學(xué)報(bào)，1997（2）：10－14．

［5］張子敏，郭德勇，張子戌．瓦斯地質(zhì)基礎(chǔ)與應(yīng)用研究［M］．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2011：8．

［6］張子敏，吳吟．中國煤礦瓦斯賦存構(gòu)造逐級(jí)控制規(guī)律與分區(qū)劃分［J］．地學(xué)緣，2012（3）：20－28．

［7］張子敏．基于煤礦瓦斯災(zāi)害防治的瓦斯地質(zhì)理論與方法［J］．中國科技論文在線，2010（4）：22－25．

［8］崔洪慶，姚念崗．不滲透斷層與瓦斯災(zāi)害防治［J］．煤炭學(xué)報(bào)，2010，35（9）：1486－1489．

中圖分類號(hào)：TD712＋．2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672－0652（2014）01－0048－03

收稿日期：2013－11－26

作者簡(jiǎn)介：王汝鑫（1986—），女，遼寧撫順人，2009年畢業(yè)于大連民族學(xué)院，助理工程師，主要從事煤礦瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定工作（E－mail）jinhui466＠163．com

The Influence of Faults Structure on the Gas Content in Liyazhuang Coal Mine

Wang Ru－xin，Qin Jin－h(huán)ui

AbstractFor analyzing the influence of faults structure on the gas content in Liyazhuang coal mine，using the basic principle of gas geology studied its influencing factors，points out that the geological evolution caused Liyazhuang coal mine the unique situation of gas，while faults structure is the main factor that led to Liyazhuang coal mine high gas．By analyzing the influence of faults structure on the gas content，puts forward the targeted gas control programs，and improves the gas control effect．

Key wordsGeological evolution；Faults structure；Gas content