瓦斯賦存與地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系之我見(jiàn)

柴義紅

摘要：隨著煤礦行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)于井下瓦斯賦存狀態(tài)影響因素的研究得到了業(yè)內(nèi)人士的高度重視。對(duì)于瓦斯賦存狀態(tài)在多數(shù)情況下不僅受到一個(gè)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造型式的影響，還會(huì)受到局部地質(zhì)構(gòu)造型式的影響?？梢哉f(shuō)，地質(zhì)構(gòu)造型式對(duì)瓦斯賦存狀態(tài)起著決定性的作用，同時(shí)也可以有效地評(píng)估該地區(qū)的煤田瓦斯?fàn)顩r。本文結(jié)合對(duì)地質(zhì)構(gòu)造特征的描述，闡明了地質(zhì)構(gòu)造型式對(duì)瓦斯賦存狀態(tài)的影響作用。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)構(gòu)造型式；瓦斯賦存狀態(tài)；影響作用；分析

一、前言

瓦斯是煤在地質(zhì)歷史演變過(guò)程中逐漸形成的氣體地質(zhì)體，影響瓦斯涌出量大小和煤層瓦斯賦存狀態(tài)的地質(zhì)條件是含煤層歷經(jīng)多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)演化的結(jié)果。瓦斯賦存和運(yùn)移與地質(zhì)構(gòu)造有著十分緊密的關(guān)系，從地質(zhì)角度來(lái)分析礦井瓦斯賦存規(guī)律，對(duì)于瓦斯抽放利用及防治礦井瓦斯災(zāi)害有重大意義。

目前，隨著將瓦斯與地質(zhì)構(gòu)型相結(jié)合研究工作的開展，在對(duì)地質(zhì)構(gòu)型與瓦斯生產(chǎn)、轉(zhuǎn)移等關(guān)系之間的研究已經(jīng)取得了初步成效以及進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)。現(xiàn)如今，在越來(lái)越先進(jìn)的技術(shù)支撐下，必須要善于利用這些技術(shù)并加大對(duì)該課題的理論研究，全面提升相關(guān)研究水平，最終為煤和瓦斯的進(jìn)一步發(fā)展提供可靠的理論基礎(chǔ)，從而更進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)煤礦事業(yè)的大力發(fā)展。筆者根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)，采取地質(zhì)劃分的方法，對(duì)該課題進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析研究。

二、地質(zhì)構(gòu)造特征介紹

（一）斷裂構(gòu)造介紹

地殼的形變，一般都是從褶皺到斷裂，斷裂又可分為斷層和節(jié)理；但一旦發(fā)生斷裂，它便作為地塊的邊界條件，從而對(duì)以后的變形起決定性影響。雖說(shuō)每個(gè)采煤礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件各有不同，其斷裂構(gòu)造形態(tài)也不盡相同。但經(jīng)過(guò)研究，可以看出它們之間也存在著一些相同的規(guī)律性可循。對(duì)具有成生聯(lián)系的各項(xiàng)結(jié)構(gòu)因素而言，在統(tǒng)一的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的作用下，在具體統(tǒng)一的地質(zhì)構(gòu)型下，其產(chǎn)生的構(gòu)造形跡并不是隨機(jī)無(wú)序的，盡管這些結(jié)構(gòu)要素可能具有不同形態(tài)、不同級(jí)別、不同性質(zhì)、不同方向和不同序次，但仍有著一定的內(nèi)在規(guī)律可循。斷層的封閉性和透氣性將對(duì)瓦斯的積聚產(chǎn)生巨大的影響。

（二）褶皺構(gòu)造介紹

每一個(gè)采煤礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)型都各不相同，除了上面提到的斷裂構(gòu)造外，還存在著一種褶皺構(gòu)造。當(dāng)煤層受到褶皺的充分影響作用后，在褶皺區(qū)域的不同部位對(duì)于瓦斯的賦存狀態(tài)也是千差萬(wàn)別的。例如在復(fù)式向、背斜軸部轉(zhuǎn)折端，瓦斯極易聚集，而在褶曲兩翼，則瓦斯不易于積聚。

（三）地質(zhì)動(dòng)力的區(qū)分？

地質(zhì)動(dòng)力區(qū)分是結(jié)合了現(xiàn)有先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，以地質(zhì)形態(tài)的基本常識(shí)與常見(jiàn)的地質(zhì)外形為依據(jù)，來(lái)正確地預(yù)測(cè)出該地區(qū)的地質(zhì)形態(tài)。在這其中，必須有對(duì)該地區(qū)地質(zhì)形態(tài)最專業(yè)和權(quán)威的分析研究，還必須要能夠分析出該地區(qū)地質(zhì)斷裂形成的原因以及其歷史的發(fā)展變化情況，再利用現(xiàn)代化先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析軟件、應(yīng)力測(cè)量?jī)x等來(lái)找出應(yīng)力集中的地域或方位。這種辦法現(xiàn)在已經(jīng)在中國(guó)很多礦區(qū)加以實(shí)際推廣應(yīng)用，也得到了業(yè)內(nèi)人士的一致好評(píng)，為煤田的順利開采提供了一定的技術(shù)支持與豐富手段，也值得進(jìn)一步的推廣使用。

三、地質(zhì)構(gòu)造對(duì)瓦斯賦存狀態(tài)的影響分析

（一）地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯賦存的關(guān)系分析

地質(zhì)構(gòu)造形跡對(duì)瓦斯賦存的影響主要表現(xiàn)在：一方面造成了瓦斯分布的不均衡，另一方面是形成了有利于瓦斯賦存或排放的條件。受到地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力的作用和應(yīng)力場(chǎng)復(fù)雜性的影響，在同一構(gòu)造形跡內(nèi)會(huì)出現(xiàn)有應(yīng)力集中程度不同的塊段，從而形成了相對(duì)的高壓和相對(duì)的低壓區(qū)域，壓力差驅(qū)動(dòng)了瓦斯的運(yùn)移，形成了瓦斯的相對(duì)聚積，這也是造成瓦斯分布不均衡的重要原因。

如果煤田所處斷層較少，瓦斯賦存就主要受到區(qū)域褶皺的控制。由于褶皺運(yùn)動(dòng)，會(huì)造成褶皺產(chǎn)狀發(fā)生較大變化，而煤層作為沉積巖中最軟弱的成分之一，在構(gòu)造應(yīng)力的作用下或重力作用下極易發(fā)生形變，甚至產(chǎn)生塑性流變，從而形成復(fù)雜的褶皺和厚煤包。巖層經(jīng)過(guò)褶皺作用后，在褶皺不同部位圍巖封閉瓦斯能力也具有較大的差別，在背斜軸部節(jié)理以張性為主，其封閉瓦斯的能力明顯較弱。而在向斜軸部，節(jié)理以壓性或壓扭性為主，因此，圍巖封閉瓦斯的能力會(huì)介于背斜軸部和向斜軸部之間。此外，背斜傾伏端埋深相對(duì)大，封閉瓦斯的能力也會(huì)相應(yīng)增強(qiáng)；而向斜仰起端埋深相對(duì)減少，則封閉瓦斯的能力也相對(duì)減弱。

（二）煤層埋藏深度及圍巖與瓦斯賦存的關(guān)系

瓦斯含量隨埋深增大而增大，煤層埋深越大，煤層中的瓦斯向地表運(yùn)移的距離就越長(zhǎng)，就越容易保存下來(lái)。此外，深度的增加致使壓力增大，煤層及圍巖被壓實(shí)，降低了透氣性，有利于保存瓦斯，正常情況下，煤層的瓦斯含量與埋深呈現(xiàn)一定的相關(guān)性。

由于壓力的作用，煤層瓦斯會(huì)不斷運(yùn)移和排放，圍巖和煤層的滲透性決定了瓦斯運(yùn)移和排放的速度。如果煤層頂?shù)装鍨橹旅茌^完整透氣性差的巖層，如泥巖、裂隙不甚發(fā)育的灰?guī)r，瓦斯不易滲出，瓦斯在煤層中就容易保存下來(lái)，致使煤層瓦斯含量過(guò)高，瓦斯壓力過(guò)大。相反，如果煤層頂?shù)装逵赡z結(jié)較差的中粗砂巖、礫巖組成，則煤層瓦斯含量低，瓦斯壓力小。

（三）地質(zhì)構(gòu)造對(duì)瓦斯含量及壓力預(yù)測(cè)的影響

對(duì)于一個(gè)采煤區(qū)的瓦斯含量及其壓力等方面的測(cè)評(píng)工作是十分必要的。在實(shí)際工作中，可以利用目前先進(jìn)發(fā)達(dá)的儀器設(shè)備來(lái)進(jìn)行具體測(cè)試。首先，需要對(duì)具體煤礦的井下瓦斯原始值進(jìn)行測(cè)量，并且要做好多組數(shù)值的歷史記錄；其次，要能夠正確靈活地使用多場(chǎng)耦合分析模擬系統(tǒng)，正確計(jì)算出最后的數(shù)值；最后，需要結(jié)合記錄下來(lái)的數(shù)值，在適合的軟件里面做出曲線圖。經(jīng)過(guò)對(duì)這些測(cè)試、分析以及總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)中，可以很直觀的發(fā)現(xiàn)地質(zhì)形態(tài)對(duì)于瓦斯和壓力值都有很大的影響作用。

（四）區(qū)域構(gòu)造對(duì)于瓦斯賦存的影響

大型構(gòu)造體系決定了煤田盆地的形成。如含煤巖系一般保存于山字型的馬蹄形盾地和兩翼負(fù)向構(gòu)造單元內(nèi)，盾地部位可以是構(gòu)造簡(jiǎn)單的含煤盆地，也可以是一系列含煤向斜構(gòu)造，兩翼的含煤向斜構(gòu)造則呈雁列展布。煤田中常見(jiàn)一些中、小型直扭型構(gòu)造型式，如中、小型多字型構(gòu)造和中、小型入字型構(gòu)造等。在多字型構(gòu)造中，保存含煤巖系的褶皺和斷裂構(gòu)造具有等距、雁列展布特征，一般以長(zhǎng)條狀、短軸狀褶曲為主，兩翼不對(duì)稱，陡翼常伴生走向逆沖斷層。入字型構(gòu)造其主干斷層一般長(zhǎng)數(shù)十公里，張扭性分支斷裂與主干斷層所夾銳角指向所在盤相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向，含煤巖系一般保存于分支斷層下降盤或拖曳向斜構(gòu)造內(nèi)，等距、雁列于主干斷層旁側(cè)。在構(gòu)造型式的控制下，煤區(qū)周圍出現(xiàn)一定的應(yīng)力集中區(qū)，從而導(dǎo)致瓦斯得不到及時(shí)的釋放，使得這個(gè)地區(qū)的瓦斯量比較高。這種對(duì)地質(zhì)形態(tài)的預(yù)測(cè)為進(jìn)一步評(píng)估一個(gè)地區(qū)的瓦斯賦存具體狀態(tài)有著不可取代的重要作用。除此之外，由于地區(qū)的環(huán)境條件不同，其煤層的透氣性能以及斷層的情況對(duì)瓦斯的賦存狀態(tài)同樣有著相當(dāng)重要的影響作用。

四、結(jié)論

隨著科技的不斷發(fā)展，煤礦行業(yè)也在發(fā)生著日新月異的變化。對(duì)瓦斯賦存狀態(tài)的研究一直都是業(yè)內(nèi)人士非常關(guān)注課題，經(jīng)過(guò)不斷地研究分析發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)構(gòu)造型式對(duì)其的影響作用是至關(guān)重要的。在實(shí)際的煤礦運(yùn)營(yíng)中，技術(shù)人員應(yīng)該在大量理論知識(shí)的支撐下，對(duì)該課題進(jìn)行更深層次的研究與分析，進(jìn)一步提升我國(guó)煤炭事業(yè)的發(fā)展與壯大。