煤礦瓦斯地質(zhì)規(guī)律與瓦斯預(yù)測(cè)構(gòu)建

王霜森 付櫟臻

摘要：隨著我們國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度越來越快，針對(duì)能源的需求程度也呈現(xiàn)出大幅度上升的趨勢(shì)，對(duì)煤礦開發(fā)的實(shí)踐程度也呈現(xiàn)出逐步上升的趨勢(shì)。在最近這些年，隨著煤礦的開采程度逐步上升，煤層的地質(zhì)條件呈現(xiàn)出復(fù)雜化的趨勢(shì)，礦井的瓦斯含量也在呈現(xiàn)出上升的態(tài)勢(shì)。所以，對(duì)煤礦的瓦斯地質(zhì)規(guī)律和預(yù)測(cè)就成為了現(xiàn)在工作中必須解決的一個(gè)問題。

關(guān)鍵詞：煤礦 ?瓦斯 ?地質(zhì)規(guī)律 ?瓦斯預(yù)測(cè)

煤炭行業(yè)是我們國(guó)家重要的支出產(chǎn)業(yè)之一，煤炭行業(yè)自身的健康發(fā)展也直接決定了我們國(guó)家自身的能源安全。我們國(guó)家的煤礦環(huán)境十分復(fù)雜賦存條件十分不好，并且對(duì)應(yīng)的危險(xiǎn)種類也十分繁多。最近這些年來，我們國(guó)家的煤礦瓦斯災(zāi)害頻繁發(fā)生，各種瓦斯的災(zāi)害層出不窮，嚴(yán)重制約了我們國(guó)家的煤炭工業(yè)取得進(jìn)一步的成就。

本文就通過對(duì)煤炭瓦斯的賦存規(guī)律和預(yù)測(cè)的概念，探索了煤礦瓦斯的安全情況，希望能夠拋磚引玉，跟同行共享經(jīng)驗(yàn)。

1 斷層構(gòu)建下的煤礦瓦斯地質(zhì)規(guī)律

斷層構(gòu)建下的地質(zhì)環(huán)境對(duì)瓦斯在地層中的賦存情況比較復(fù)雜。在很多的情況下斷層的存在有利于瓦斯進(jìn)行排放，但是在其余的情況下卻防止瓦斯整體在煤層中進(jìn)行聚集。一般說來，張性的斷層都可以促進(jìn)瓦斯的整體排放，但是反過來壓性的斷層就不利于瓦斯的整體排放，甚至可能會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的封閉作用。

開放性的斷層不管其自身是否能跟地表進(jìn)行直接的連通，都會(huì)直接導(dǎo)致斷層附近的整體瓦斯含量大幅度降低。當(dāng)整體的煤層接觸構(gòu)建對(duì)于盤巖層透氣性相對(duì)來說比較大的時(shí)候，瓦斯含量的降低幅度會(huì)大幅度增加。

封閉性的斷層，尤其是跟煤層接觸的對(duì)盤巖層透氣性相對(duì)來說比較低的時(shí)候，煤層自身的瓦斯排放程度也相對(duì)較低。在這種環(huán)境構(gòu)建下，煤層自身含有的瓦斯量相對(duì)來說是比較多的。當(dāng)整體的巖石斷層規(guī)模十分龐大，同時(shí)巖層的斷距也很長(zhǎng)的時(shí)候，跟煤層自身接觸的對(duì)盤巖層完全封閉并且不透氣的幾率就會(huì)大幅度的降低。所以對(duì)于大面積的斷層來說，一定會(huì)出現(xiàn)一定寬度下的瓦斯排放帶，在這個(gè)寬度之內(nèi)，瓦斯的含量會(huì)大幅度地降低。

2 褶皺構(gòu)建下的煤礦瓦斯地質(zhì)規(guī)律

2.1 向斜構(gòu)造 整個(gè)向斜的軸部相對(duì)的瓦斯涌出量比較小，而如果遠(yuǎn)離軸部，其瓦斯的涌出量會(huì)呈現(xiàn)出慢慢增加的趨勢(shì)。在這種情況下，相對(duì)瓦斯的涌出數(shù)量會(huì)因?yàn)橹鸩竭h(yuǎn)離斜軸而呈現(xiàn)出一種線性上升的關(guān)系，并且其如果離深部的核心點(diǎn)距離越近，整條分布的構(gòu)建形式就越偏向一條直線的構(gòu)架。對(duì)整個(gè)瓦斯的分布形態(tài)和向斜構(gòu)成當(dāng)前的這種關(guān)系進(jìn)行解釋需要從兩個(gè)方面進(jìn)行探討。瓦斯是煤礦形成過程中的主要伴生物，通過游離和吸附的狀態(tài)存在于煤塊當(dāng)中以及圍巖當(dāng)中。黨政各煤層和巖石層在水平的方向上受到了地心的應(yīng)力作用時(shí)，整個(gè)變形的過程就可以分成關(guān)鍵的兩個(gè)階段。整個(gè)巖層開始進(jìn)行擠壓的時(shí)候，整個(gè)地層當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)空隙。因?yàn)橄蛐钡妮S部相對(duì)來說是一個(gè)地殼壓力的集中區(qū)域，所以整體的瓦斯開始運(yùn)動(dòng)和移動(dòng)的方向就是通過這條軸線為基礎(chǔ)，向兩邊進(jìn)行翼型分散，見下圖1（a）。隨著形狀變化的不斷加大，巖層的兩邊側(cè)翼傾斜角度也會(huì)不斷增加，但是層面的法線方向構(gòu)架和整體的壓力方向其主要的夾角度數(shù)也會(huì)逐步變小，巖層兩邊的翼所受到的正應(yīng)力也會(huì)逐步增大，巖層之間的間隙會(huì)呈現(xiàn)出逐步消失的趨勢(shì)。在這種情況下，瓦斯自身的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)移方向也發(fā)生了主要的變化，兩個(gè)翼狀地形的瓦斯也在正盈利的構(gòu)建分別向相反的兩個(gè)方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)移，第一部分就是斜軸附近的瓦斯會(huì)向著軸部進(jìn)行集中，但是剩余的大部分則會(huì)反方向移動(dòng)，向外部擴(kuò)散，見圖1（b）。

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2.2 背斜構(gòu)造 背斜構(gòu)造是一個(gè)閉合但是完整的背斜框架或者是穹窿構(gòu)造，其上方覆蓋的巖層一般具有不透氣的特征，因此對(duì)于這種構(gòu)造而言，瓦斯極易存儲(chǔ)在里面。

在這個(gè)背斜的軸部構(gòu)件中，如果和上文的向斜進(jìn)行對(duì)比的話，會(huì)有如下特征：埋藏深度相同的情況下，翼部的瓦斯含量沒有軸部的含量高，但是當(dāng)整個(gè)背斜的軸頂部的巖石層為透氣型的巖石層或者是因?yàn)閺埩?gòu)建下而形成的可以連通地面的裂縫時(shí)候，整體的瓦斯就會(huì)產(chǎn)生大量流失的可能。在這種時(shí)候，軸部的瓦斯含量相對(duì)于翼部來說反而比較低。這是因?yàn)樵浇咏承辈糠值妮S部，整體的瓦斯補(bǔ)給區(qū)域面積就會(huì)越小，整個(gè)補(bǔ)給的瓦斯量離軸部越接近，其瓦斯的補(bǔ)給量就會(huì)越枯竭。除了這個(gè)原因，還有比如背斜部分的軸部裂隙發(fā)育比較良好，煤巖自身的透氣性相對(duì)來說比較好等等。正是這些因素對(duì)于軸部的瓦斯流失有著極好的促進(jìn)作用，見下圖。

2.3 層滑構(gòu)造 相對(duì)于上兩種構(gòu)造來說，層滑構(gòu)造應(yīng)該歸類到斷裂構(gòu)造當(dāng)中，因?yàn)槠渲饕臉?gòu)造痕跡可以見到十分明顯的破碎面，并且其破碎面還會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的唯一作用。但是和傳統(tǒng)的破碎面形成構(gòu)架不相同的是，這個(gè)破碎面還會(huì)和斷層以及節(jié)理有著明顯的本質(zhì)區(qū)別。對(duì)于層滑構(gòu)造來說，其自身出現(xiàn)頻率并不算低，相對(duì)來說是在當(dāng)前礦井構(gòu)建下所能遇到的常規(guī)現(xiàn)象之一。當(dāng)前國(guó)內(nèi)以及國(guó)外的瓦斯研究學(xué)者對(duì)于這種瓦斯和層滑構(gòu)造的相關(guān)性進(jìn)行了明確的研究，并且對(duì)他們當(dāng)中的聯(lián)系性也越來越重視。在整個(gè)煤礦的構(gòu)架當(dāng)中，煤礦自身的瓦斯含量和滑層構(gòu)架的影響特別明顯。首先的原因就是層滑構(gòu)架下的的煤礦結(jié)構(gòu)無(wú)法形成一個(gè)整體而是取而代之的破碎分離，使得煤礦自身的分層急劇增加厚度，煤礦自身蘊(yùn)含的瓦斯更加容易集合聚攏;然后是整體煤礦的厚度以及煤層之間的間距發(fā)生了強(qiáng)烈的變化，使得煤礦自身瓦斯的涌出數(shù)量發(fā)生了極大的改變。整個(gè)層滑的構(gòu)架會(huì)對(duì)整個(gè)煤礦的煤層進(jìn)行破壞和分解，使得整個(gè)煤礦變形，形成了揉皺煤、碎裂煤或者是碎粒煤等各種結(jié)合并不緊密的構(gòu)造煤。對(duì)于煤礦自身的整體破壞必然會(huì)直接導(dǎo)致煤礦碎粒之間的空檔增加，整個(gè)游離的瓦斯數(shù)量和對(duì)瓦斯進(jìn)行吸附的煤礦數(shù)量也大幅度增加，瓦斯自身的壓力也隨之增大。由于當(dāng)前的層滑構(gòu)架造成了力學(xué)壓迫，煤層或者增厚或者變薄，整體瓦斯的富集區(qū)域一般來說就會(huì)產(chǎn)生在煤層厚度發(fā)生異常的轉(zhuǎn)換位置。尤其是針對(duì)煤礦的厚煤層和薄煤層之間的過渡區(qū)域，也就是煤層自身厚度轉(zhuǎn)變很大的區(qū)域。所以相對(duì)來說，層滑自身的構(gòu)造特征對(duì)于當(dāng)前煤礦的瓦斯蘊(yùn)含規(guī)律有著很強(qiáng)的指導(dǎo)意義，對(duì)于瓦斯在煤礦當(dāng)中的賦存構(gòu)造更是有著極強(qiáng)的控制和引領(lǐng)作用。

2.4 構(gòu)造組合 所謂的構(gòu)造組合指的就是對(duì)于瓦斯自身的分布所形成的構(gòu)造狀態(tài)的組合形式。一般說來可以分成下面的幾種：首先是壓性斷層礦井邊界封閉型構(gòu)造。在這種形態(tài)構(gòu)建中，壓性斷層作為整體礦井的對(duì)邊邊界構(gòu)架，七段層面一般來說是相背傾斜的構(gòu)建形式，在這種形勢(shì)下控制的礦井，其瓦斯含量比較高。第二種是構(gòu)造蓋層封閉型構(gòu)架。在這種情況下，瓦斯自身的賦存條件完全取決于自身的保存條件。如果有什么比較大的逆掩斷層把大量的低透氣性巖層推到了煤層，對(duì)原有蓋層條件進(jìn)行了改變，就會(huì)造成瓦斯封閉。

正是在這種構(gòu)架當(dāng)中，我們可以對(duì)瓦斯的預(yù)測(cè)進(jìn)行科學(xué)化的構(gòu)建。在影響煤層自身含量的各種因素當(dāng)中，煤層的自身深度就是控制著瓦斯含量的最關(guān)鍵一點(diǎn)。在這其中，斷層構(gòu)造、褶皺形成等等都會(huì)對(duì)每一個(gè)煤礦當(dāng)中的瓦斯含量產(chǎn)生重大的影響。

3 結(jié)論

本文通過對(duì)各種構(gòu)造情況下的煤礦瓦斯地質(zhì)規(guī)律進(jìn)行了研究，并經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，瓦斯的預(yù)測(cè)跟斷層、褶皺、層滑構(gòu)造以及各種構(gòu)造組合等方面都有重要的關(guān)系。

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