對(duì)煤田地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯關(guān)系的探析

■王軍

（新疆地礦局第二區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)新疆昌吉831100）

對(duì)煤田地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯關(guān)系的探析

■王軍

（新疆地礦局第二區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)新疆昌吉831100）

煤炭是我國(guó)能源應(yīng)用的主力軍，肩負(fù)著供給國(guó)家能源的重任。煤田地質(zhì)各方面的研究是煤炭合理安全開(kāi)采的基礎(chǔ)。瓦斯事故是制約煤炭業(yè)開(kāi)采的主要因素，也是煤炭業(yè)科學(xué)發(fā)展中的突出問(wèn)題，由于我國(guó)產(chǎn)煤地質(zhì)復(fù)雜，對(duì)煤礦業(yè)開(kāi)采設(shè)計(jì)考驗(yàn)嚴(yán)峻，煤礦瓦斯防治工作引起了相關(guān)部門(mén)的高度重視。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展煤炭需求產(chǎn)量增加，其開(kāi)采工作開(kāi)始延伸，瓦斯事故也相應(yīng)的增加，瓦斯防治工作顯得更加的緊迫與復(fù)雜。有基于此，煤田地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯的關(guān)系具備了一定的現(xiàn)實(shí)研究意義。

煤田地質(zhì)構(gòu)造瓦斯關(guān)系

產(chǎn)煤區(qū)域地質(zhì)條件多復(fù)雜化，煤層受地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的疊加影響，其改造程度強(qiáng)烈，當(dāng)煤層塑性流變時(shí)，局部煤層厚度就會(huì)發(fā)生變化。煤礦區(qū)的構(gòu)造運(yùn)功，影響煤層瓦斯生成，地質(zhì)構(gòu)造不斷的對(duì)煤層擠壓、剪切，煤層受其影響結(jié)構(gòu)破壞，形成構(gòu)造煤，這是瓦斯富集的基礎(chǔ)條件，煤層變質(zhì)程度、歷史演變、滲透性、結(jié)構(gòu)破壞為煤層瓦斯含量奠定了基礎(chǔ)。

1　瓦斯特質(zhì)和我國(guó)煤田地質(zhì)構(gòu)造

1.1瓦斯特質(zhì)

古時(shí)候，植物堆積成煤階段，植物纖維素與有機(jī)質(zhì)受到厭氧菌分解形成，在溫度和壓力較高的環(huán)境中，經(jīng)物理和化學(xué)反應(yīng)，不斷生成瓦斯。瓦斯達(dá)到一定濃度范圍時(shí)，可致使人缺氧窒息，甚至發(fā)生燃燒和爆炸的現(xiàn)象。瓦斯在煤層或者煤體里以游離狀態(tài)與吸附狀態(tài)兩種方式存在。瓦斯的主要成份是甲烷，是常規(guī)天然生態(tài)能源，作為煤礦伴生氣體，是當(dāng)前煤礦井下事故發(fā)生的主要元素。瓦斯的游離狀態(tài)，也叫做自由狀態(tài)，其存在煤體孔隙與裂隙中，此時(shí)瓦斯作為自由氣體呈現(xiàn)壓力服從定律。瓦斯量的大小取決于煤層的孔隙率，瓦斯壓力在一定范圍內(nèi)，煤層孔隙越大，其含游離瓦斯的數(shù)量越大。瓦斯吸附狀態(tài)，是指瓦斯吸附在煤層的孔隙中，其吸附狀態(tài)是在固體分子的引力作用下，煤層縫隙緊密吸附瓦斯分子，建立吸附層。并且處于吸附狀態(tài)的瓦斯分子會(huì)對(duì)煤體孔隙進(jìn)行填充，占據(jù)煤層空間的孔隙空間。

1.2我國(guó)煤田地質(zhì)構(gòu)造

煤田構(gòu)造作用是指控制煤系、煤層的地質(zhì)因素等，因地殼運(yùn)行引發(fā)地質(zhì)構(gòu)造拗陷，為煤層形成提供適宜的空間。我國(guó)大陸板塊是復(fù)式結(jié)構(gòu)，由穩(wěn)定地塊與活動(dòng)帶兩種形式共同組成，穩(wěn)定塊的規(guī)模并不龐大，其剛性程度弱，在蓋層的變形非常強(qiáng)烈。和單式大陸歐美煤田地質(zhì)相比，我國(guó)煤盆的演變歷史是及其復(fù)雜的，我國(guó)含煤巖層具備顯著的特點(diǎn)，就是后期構(gòu)造引發(fā)的變形時(shí)空差異較大，在東部地區(qū)此特征明顯。由于能源需求大，煤炭開(kāi)發(fā)對(duì)煤層淺部資源開(kāi)始進(jìn)行探測(cè)，其開(kāi)發(fā)較為困難。當(dāng)前煤炭勘察重點(diǎn)是一些煤層新生界覆蓋區(qū)，或者老礦潛伏煤田，都是深部煤炭能源，其開(kāi)采的復(fù)雜度和難度就更加可想而知了。煤田構(gòu)造作為有機(jī)組成，是區(qū)域構(gòu)造中的一部分，地殼淺部變形與其深部運(yùn)動(dòng)存在緊密的聯(lián)系。當(dāng)前關(guān)于煤層構(gòu)造研究主要有大陸動(dòng)力學(xué)說(shuō)和盆地動(dòng)力學(xué)說(shuō)兩種，盆地構(gòu)造影響煤層演變以及煤床分布狀況。比如我國(guó)東部煤層，經(jīng)歷了一系列熱演化史，有印支、燕山、喜馬拉雅對(duì)其不同期次的疊加和改造，給予煤層不均衡的抬升和深埋作用等。

2　煤田地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯的關(guān)系

2.1煤田變質(zhì)程度

煤層的地質(zhì)史條件，決定瓦斯生成量，瓦斯地表運(yùn)移也受其影響。比如某地煤礦煤層厚度受150到160米之間的石炭沖積層覆蓋，那么就表明煤層在沖擊沉積前，瓦斯已在漫長(zhǎng)地質(zhì)年代中排放了。經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)，該區(qū)地表下700米深處左右，煤層瓦斯含量只有2.0m3/t。正常情況下，煤變質(zhì)程度高瓦斯的含量也多，但是在煤轉(zhuǎn)化為無(wú)煙煤時(shí)，煤體吸附瓦斯的能力就會(huì)減弱，甚至可能為零。在我國(guó)鄂爾多斯，其盆地東緣的疊記煤層，是從北部逐漸向南部變質(zhì)增高的，在煤層埋深、地質(zhì)相同的條件下，煤體瓦斯含量會(huì)緩慢增加。另外，在我國(guó)煤層含瓦斯量富集區(qū)，比如焦作、湘中、晉城等，都分布有產(chǎn)量較高的無(wú)煙煤?；诖?，可以明確這些地區(qū)煤層的瓦斯含量高，也變相的說(shuō)明了煤質(zhì)變質(zhì)與瓦斯含量的關(guān)聯(lián)性。

2.2煤巖結(jié)構(gòu)與深度

區(qū)域煤層含量隨著煤結(jié)構(gòu)的灰分增加減少，又隨著鏡質(zhì)組含量增多而增多。測(cè)定煤灰分產(chǎn)率，要在815℃的高溫下提煉燃燒測(cè)定。煤體揮發(fā)分產(chǎn)率，是把煤放置在坩鍋里，在900℃的高溫環(huán)境中，連續(xù)加熱7分鐘，就能根據(jù)對(duì)應(yīng)的公式算出分產(chǎn)率。煤體吸附氣體可以匯聚自身生成的瓦斯氣體，其吸附能力的強(qiáng)弱跟煤層孔隙表面積有直接聯(lián)系。煤變質(zhì)和煤巖煤質(zhì)影響區(qū)域瓦斯量。瓦斯生成量跟隨煤灰增加減少，有隨著鏡質(zhì)含量增大變大。研究表明，煤層埋藏越深，其瓦斯含量就越大，跟隨煤層深度線(xiàn)性增長(zhǎng)。但是，也有特殊情況，煤層瓦斯含量不與煤埋深度呈線(xiàn)性關(guān)系，而是其變化梯度受埋深影響，大多礦區(qū)煤層埋深與瓦斯含量成正比關(guān)系，埋深增加其瓦斯含量就增大，增量變化成梯度形式，最后趨向零產(chǎn)量。

2.3煤層圍巖性質(zhì)

煤層周?chē)菄鷰r層，如果煤層和圍巖結(jié)合緊密空隙小，那么煤層的瓦斯含量比較容易保存，如果孔隙較大，聯(lián)系不致密完整，瓦斯就比較容易逸散，煤層周?chē)幕規(guī)r、泥巖透氣性低，其在煤層中占據(jù)比例就比較大，對(duì)應(yīng)的瓦斯含量高。在我國(guó)重慶、貴州六枝等地，其地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤系層多泥巖、砂巖、灰?guī)r等，其厚度大透氣性較差，橫向巖性存在變化的可能性較小，對(duì)吸附于煤層的瓦斯保存條件較好，所有在這些區(qū)域煤礦的瓦斯含量高，是典型的高瓦斯礦井。

3　瓦斯地質(zhì)研究現(xiàn)狀

瓦斯地質(zhì)研究隨著煤礦開(kāi)采的深度增加而被深化認(rèn)識(shí)，當(dāng)前煤田探測(cè)技術(shù)、煤礦管理數(shù)字化，都建立在對(duì)瓦斯煤田地質(zhì)的正確認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上。煤礦地質(zhì)由區(qū)域背景、發(fā)育特點(diǎn)、褶曲構(gòu)造、煤層厚度、礦井水質(zhì)等多種因素構(gòu)成。其探測(cè)技術(shù)有了更廣泛應(yīng)用，但是地質(zhì)探測(cè)仍然是煤礦開(kāi)采的難題，也是制約礦井安全有序發(fā)展的關(guān)鍵步驟。礦井地質(zhì)探測(cè)的方向是儀器小型化、智能化發(fā)展，以更好的進(jìn)行煤炭能源生產(chǎn)，保障開(kāi)采工人的安全。我國(guó)是少數(shù)的以煤炭能源為主要燃料的國(guó)家，年均消費(fèi)煤產(chǎn)量比世界平均消費(fèi)值超出45個(gè)百分點(diǎn)，有效的利用瓦斯能源也是當(dāng)前清潔能源發(fā)展的重要課題。

4　結(jié)語(yǔ)

加強(qiáng)煤田礦井地質(zhì)構(gòu)造研究，可以更好的了解瓦斯賦存環(huán)境。如今，隨著煤礦不斷深入的開(kāi)采，對(duì)瓦斯的危險(xiǎn)性控制已經(jīng)成為首要進(jìn)行的工作，希望文本研究?jī)?nèi)容，為有關(guān)工作人員提供借鑒幫助。

［1］田坤云.高壓水載荷下煤體變形特性及瓦斯?jié)B流規(guī)律研究 ［D］.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京），2014.

［2］崔大尉.基于地震信息的煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)方法研究 ［D］.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2015.

［3］王天泰.安順煤礦瓦斯地質(zhì)規(guī)律與瓦斯預(yù)測(cè)研究 ［D］.河南理工大學(xué)，2012.

X752［文獻(xiàn)碼］ B

1000-405X（2016）-8-36-1