瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐掷碚撎接懪c實(shí)踐*

張振安 趙 東 孟 浩 楊 晨

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第五地質(zhì)勘查院；2.河南省中南煤炭工程設(shè)計(jì)有限公司)

瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐掷碚撎接懪c實(shí)踐*

張振安1趙 東2孟 浩1楊 晨1

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第五地質(zhì)勘查院；2.河南省中南煤炭工程設(shè)計(jì)有限公司)

為了引導(dǎo)煤層瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐值囊?guī)范化和合理化，針對(duì)當(dāng)前瓦斯地質(zhì)單元缺乏明確的學(xué)術(shù)定義、瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐值闹笇?dǎo)原則不明確等問(wèn)題進(jìn)行了探討，并提出了規(guī)范瓦斯地質(zhì)單元學(xué)術(shù)定義以及建立瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐种笇?dǎo)原則的具體措施。以淮北煤田朱仙莊礦8#煤層為例，采用瓦斯地質(zhì)區(qū)劃論的基本理論和方法，劃分了該煤層的瓦斯地質(zhì)單元，取得了較好的效果。

煤與瓦斯突出 瓦斯地質(zhì)單元 瓦斯地質(zhì)區(qū)劃論

瓦斯地質(zhì)區(qū)劃論的觀點(diǎn)自1982年在四川天池召開(kāi)的全國(guó)第三次瓦斯突出預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)學(xué)術(shù)會(huì)議上被正式提出[1]以來(lái)，已歷經(jīng)30余a，基于該理論的瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐忠苍缫雅c瓦斯地質(zhì)圖編制工作相結(jié)合而被應(yīng)用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。迄今為止瓦斯地質(zhì)單元沒(méi)有明確的學(xué)術(shù)定義，瓦斯地質(zhì)單元的劃分原則也不夠清晰。為此，結(jié)合工程和科研實(shí)踐，對(duì)目前應(yīng)用瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐址椒媾R的一些實(shí)際問(wèn)題和應(yīng)對(duì)措施作了初步探討，為實(shí)現(xiàn)瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐值囊?guī)范化和合理化提供參考。

1 瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐掷碚摰牟蛔?/h2>

1.1 瓦斯地質(zhì)單元缺乏明確的學(xué)術(shù)定義

瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐謥?lái)源于原焦作工學(xué)院瓦斯地質(zhì)研究所在“湘、贛、豫煤和瓦斯突出帶地質(zhì)構(gòu)造特征”課題中所提出的“瓦斯地質(zhì)區(qū)劃論”，該理論的主要論點(diǎn)是：“瓦斯分布和突出分布是不均衡的，具有分區(qū)分帶的特點(diǎn)，這種分區(qū)、分帶性與地質(zhì)條件有密切關(guān)系，并受地質(zhì)因素制約”，并指出瓦斯地質(zhì)研究中的區(qū)劃是將影響瓦斯賦存和瓦斯突出的各種地質(zhì)因素進(jìn)行對(duì)比，找出它們?cè)跁r(shí)間和空間上的區(qū)別和聯(lián)系，按一定的標(biāo)志進(jìn)行綜合，劃分出不同級(jí)別的區(qū)域或地段，從而劃分出瓦斯地質(zhì)單元[2]。

由此可以看出，瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐謱?shí)際上是瓦斯地質(zhì)區(qū)劃論的應(yīng)用或者說(shuō)瓦斯地質(zhì)區(qū)劃論的工作方法即為瓦斯地質(zhì)單元法[3]，但是對(duì)于瓦斯地質(zhì)單元并沒(méi)有給出明確的定義，這種概念上的缺失直接影響到該理論方法在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用和發(fā)展?！斗乐蚊号c瓦斯突出規(guī)定》在第四十三、四十四條提出“可以根據(jù)煤層瓦斯參數(shù)結(jié)合瓦斯地質(zhì)分析的區(qū)域預(yù)測(cè)方法劃分突出危險(xiǎn)區(qū)域”[4]，其中提到“在同一地質(zhì)單元內(nèi)”、“在不同地質(zhì)單元內(nèi)”等概念，這里所表述的“地質(zhì)單元”具體指代是很不明確的。為了便于理解和執(zhí)行，國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局于2013年發(fā)布了《〈防治煤與瓦斯突出規(guī)定〉(簡(jiǎn)稱(chēng)〈防突規(guī)定〉)部分條款征求意見(jiàn)稿》，對(duì)“地質(zhì)單元”的概念進(jìn)行了簡(jiǎn)短的敘述，即“位于大型斷層、褶曲的同一翼且賦存、煤質(zhì)、構(gòu)造特點(diǎn)等相近的煤層區(qū)域”[5]，但是該解釋能否提升本條例在實(shí)際應(yīng)用上的可執(zhí)行性還有待觀察。從瓦斯地質(zhì)學(xué)角度講，采用瓦斯地質(zhì)分析方法劃分突出危險(xiǎn)區(qū)域，即根據(jù)煤層在不同的區(qū)域是否具有突出危險(xiǎn)性這一原則劃分出不同的瓦斯地質(zhì)單元。因此，《防突規(guī)定》所表述的“地質(zhì)單元”其實(shí)質(zhì)就是瓦斯地質(zhì)區(qū)劃論所提出的“瓦斯地質(zhì)單元”。

1.2 瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐秩狈η逦闹笇?dǎo)原則

當(dāng)前并沒(méi)有清晰的指導(dǎo)原則來(lái)規(guī)范瓦斯地質(zhì)單元的劃分，因此有可能會(huì)導(dǎo)致不同的人員對(duì)同一礦區(qū)或井田劃分出不同的瓦斯地質(zhì)單元。造成瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐值闹笇?dǎo)原則不夠清晰的原因既有瓦斯地質(zhì)理論自身不夠成熟和完善的一面，還有一點(diǎn)就是，我國(guó)煤層分布的區(qū)域性和構(gòu)造格局的差異性。瓦斯地質(zhì)區(qū)劃缺乏固定的模式和區(qū)劃指標(biāo)[6]，也在一定程度上阻礙了瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐种笇?dǎo)原則的建立。

2 應(yīng)對(duì)措施

2.1 規(guī)范瓦斯地質(zhì)單元學(xué)術(shù)定義

綜合目前學(xué)術(shù)界對(duì)瓦斯地質(zhì)單元的認(rèn)識(shí)和理解，可以對(duì)瓦斯地質(zhì)單元作如下概括性表述：瓦斯地質(zhì)單元就是采用瓦斯地質(zhì)區(qū)劃論的基本理論和方法，根據(jù)煤層瓦斯賦存條件的差異性劃分出若干個(gè)區(qū)域，每一區(qū)域內(nèi)煤層具有相似的瓦斯地質(zhì)特征。

2.2 建立和完善瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐值闹笇?dǎo)原則

(1)建立明確的瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐旨?jí)別?？梢愿鶕?jù)研究區(qū)范圍的大小以及對(duì)已開(kāi)采區(qū)確切掌握的瓦斯地質(zhì)規(guī)律，確定瓦斯地質(zhì)單元的劃分級(jí)別，建議不宜超過(guò)兩級(jí)瓦斯地質(zhì)單元，其中二級(jí)瓦斯地質(zhì)單元是在一級(jí)瓦斯地質(zhì)單元的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步精確劃分。

(2)瓦斯地質(zhì)單元的邊界應(yīng)以控制瓦斯分布或突出主導(dǎo)因素的區(qū)劃邊界為主來(lái)圈定。

(3)同一區(qū)域內(nèi)瓦斯地質(zhì)單元的劃分應(yīng)采用統(tǒng)一的劃分指標(biāo)。在對(duì)同一礦區(qū)或井田進(jìn)行瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐謺r(shí)，無(wú)論采用單一指標(biāo)或者采用綜合指標(biāo)進(jìn)行劃分，所采用的瓦斯、地質(zhì)指標(biāo)應(yīng)當(dāng)一致。

(4)瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐謶?yīng)當(dāng)與瓦斯地質(zhì)圖編制相結(jié)合，劃分的成果應(yīng)反映在瓦斯地質(zhì)圖上，以便于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

3 瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐謱?shí)例

3.1 礦井概況

朱仙莊礦位于安徽省宿州市東15 km，構(gòu)造位置處于徐—宿弧形逆沖推覆構(gòu)造南端的宿東向斜北段[7-9]，為高瓦斯突出礦井。煤系地層為石炭二疊紀(jì)，8#煤層屬穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的特厚主采煤層，井田以F10斷層為界被劃分為南、北兩翼。朱仙莊礦南、北兩翼瓦斯賦存具有明顯差異，南翼為高瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)，北翼為低瓦斯無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)。南翼各采區(qū)從巷道準(zhǔn)備到回采, 瓦斯涌出量均顯著大于北翼各采區(qū)。根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，在井田北翼，當(dāng)回采至標(biāo)高 -550 m左右的8415工作面時(shí)，相對(duì)瓦斯涌出量仍低于 5 m3/t，而相同標(biāo)高處南翼相對(duì)瓦斯涌出量為13.64 m3/t。根據(jù)瓦斯組分測(cè)定分析的結(jié)果, 8#煤層在北翼采區(qū)-435 m水平以上為瓦斯風(fēng)化帶，而在礦井南翼，一、三采區(qū)瓦斯風(fēng)化帶標(biāo)高為-230 m，五、七

采區(qū)瓦斯風(fēng)化帶標(biāo)高為-270 m。朱仙莊礦從北翼各采區(qū)至南翼各采區(qū)，8#煤層瓦斯風(fēng)化帶深度由深變淺,礦井瓦斯涌出量在逐漸增大。

3.2 瓦斯地質(zhì)規(guī)律和單元的劃分

宿東向斜作為一個(gè)整體，其8#煤層經(jīng)歷了相同的沉積環(huán)境和產(chǎn)氣過(guò)程[10]。朱仙莊礦南、北兩翼8#煤層瓦斯賦存具有明顯差異是地質(zhì)構(gòu)造引起的煤系賦存形態(tài)、圍巖覆蓋特征和地下水活動(dòng)綜合影響的結(jié)果。

北翼位于宿東向斜的北仰起端，煤層埋深相對(duì)較淺，8#煤層沿三面出露于地表，形成瓦斯逸散的天然通道。域內(nèi)張性斷裂發(fā)育，圍巖覆蓋條件比較差，煤系地層之上覆蓋有含水性很強(qiáng)的第四、五含水層，兩含水層之間具有一定的水力聯(lián)系，成為區(qū)內(nèi)地下水活動(dòng)的交匯區(qū)，如此覆蓋條件有利于瓦斯運(yùn)移。由擠壓應(yīng)力形成的落差40～150 m的F10剪切正斷層對(duì)宿東向斜具有切割作用，將向斜北仰起端與向斜主體截?cái)啵斐杀毖銎鸲?#煤層被孤立，不能得到向斜主體部分深部的瓦斯補(bǔ)給，北仰起端8#煤層瓦斯經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期排放，形成了現(xiàn)今北翼的低瓦斯區(qū)。在南翼，8#煤層僅在宿東向斜的西側(cè)一翼出現(xiàn)煤層露頭，該區(qū)域內(nèi)宿東向斜的樞紐往南加深，煤層埋藏深度大。8#煤層從向斜軸到煤層露頭的斜距長(zhǎng)，深部充足的瓦斯氣體成為淺部瓦斯逸散的補(bǔ)給源，南翼煤系上覆不存在第五含水層，且第四含水層底部巖性由砂礫層為主變成以黏土為主, 該類(lèi)覆蓋層不利于煤層瓦斯的向上逸散，使南翼8#煤層瓦斯賦存一直處于較高水平，成為高瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)。綜合對(duì)朱仙莊礦8#煤層南、北兩翼瓦斯賦存規(guī)律的研究，以F10斷層為界，將朱仙莊礦8#煤層劃分成2個(gè)瓦斯地質(zhì)單元，其中井田北翼為瓦斯地質(zhì)單元Ⅰ，南翼為瓦斯地質(zhì)單元Ⅱ(見(jiàn)圖1)。

圖1 朱仙莊礦8#煤層瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐质疽?/p>

對(duì)朱仙莊礦Ⅰ、Ⅱ單元內(nèi)8#煤層瓦斯的管理應(yīng)區(qū)別對(duì)待，瓦斯地質(zhì)單元Ⅰ內(nèi)8#煤層開(kāi)采按低瓦斯方式管理，瓦斯地質(zhì)單元Ⅱ內(nèi)8#煤層開(kāi)采按高瓦斯突出煤層管理?？梢愿鶕?jù)對(duì)南翼煤與瓦斯突出規(guī)律進(jìn)行深入研究，對(duì)瓦斯地質(zhì)單元Ⅱ進(jìn)行更精確的二級(jí)瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐帧?/p>

4 結(jié) 語(yǔ)

瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐肿鳛橥咚沟刭|(zhì)區(qū)劃論的工作方法已被用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，由于缺乏瓦斯地質(zhì)單元規(guī)范的學(xué)術(shù)定義，已經(jīng)制約了該理論方法的實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展。對(duì)此，對(duì)瓦斯地質(zhì)單元的學(xué)術(shù)定義進(jìn)行詳細(xì)闡述，并對(duì)瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐值闹笜?biāo)原則進(jìn)行討論，對(duì)于規(guī)范瓦斯地質(zhì)單元學(xué)術(shù)定義以及指導(dǎo)瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐止ぷ骶哂幸欢ǖ膮⒖純r(jià)值。

[1] 彭立世，王新義，湯友誼.瓦斯突出危險(xiǎn)帶預(yù)測(cè)的瓦斯地質(zhì)技術(shù)[C]∥張子戌，張子敏，羅開(kāi)順.瓦斯地質(zhì)新進(jìn)展.鄭州：河南科學(xué)技術(shù)出版社，2001：63-68.

[2] 焦作礦業(yè)學(xué)院瓦斯地質(zhì)研究室.瓦斯地質(zhì)概論[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1990.

[3] 彭立世，袁崇孚.瓦斯地質(zhì)與瓦斯突出預(yù)測(cè)[M].北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2009.

[4] 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.防治煤與瓦斯突出規(guī)定[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

[5] 煤礦安監(jiān)局科技裝備司.《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》部分條款修訂稿[EB/OL].http:∥www.chinasafety.gov.cn/newpage/Contents/Channel_5826/2013/0703/211536/content_211536.htm，2013-07-03.

[6] 呂閏生.陶二礦2#煤層瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐旨百x存特征[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2012，40(8)：43-46.

[7] 王 偉，姜 波，姚曹節(jié)，等.朱仙莊礦斷裂分形研究及其對(duì)瓦斯賦存的控制[J].中國(guó)煤炭地質(zhì)，2010，22(5)：10-13.

[8] 馮松寶，吳基文.朱仙莊煤礦8#煤層構(gòu)造媒分析及對(duì)瓦斯的影響[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007(S)：54-55

[9] 李子明.宿東礦區(qū)8#煤層層滑構(gòu)造特征探討[J].煤炭技術(shù)，2003，22(2)：102-104.

[10] 黃家會(huì)，陳興祥，陸國(guó)幀.淮北礦區(qū)宿東向斜8#煤層瓦斯賦存規(guī)律研究[J].焦作工學(xué)院學(xué)報(bào)，1997，16(2)：41-45，94.

*河南省基礎(chǔ)與前沿研究資助項(xiàng)目(編號(hào)：092300410211)。

2014-12-01)

張振安(1984—)，男，助理工程師，碩士，450001 河南省鄭州市高新區(qū)蓮花街56號(hào)。