貴州XXX煤礦瓦斯賦存規(guī)律及地質(zhì)因素分析

李東慧

（山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院，山東濟(jì)南250104）

貴州XXX煤礦瓦斯賦存規(guī)律及地質(zhì)因素分析

李東慧

（山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院，山東濟(jì)南250104）

以西介紹了研究區(qū)基本地理、地質(zhì)情況，對(duì)研究區(qū)整體的瓦斯數(shù)據(jù)（鉆孔的瓦斯含量、成分分析及瓦斯增項(xiàng)測(cè)試）進(jìn)行了翔實(shí)的闡述和深入的分析。在各項(xiàng)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了地質(zhì)構(gòu)造、煤層頂?shù)装鍘r性、煤層埋深等方面對(duì)瓦斯賦存、運(yùn)移的影響；分析了XXX煤礦煤層瓦斯特性及賦存規(guī)律，對(duì)煤礦以后的瓦斯治理和安全生產(chǎn)起到了促進(jìn)作用，使得防突措施更有針對(duì)性和實(shí)用性。

瓦斯；賦存規(guī)律；地質(zhì)構(gòu)造；頂板巖性

1 研究區(qū)概況

該煤礦位于貴州省黔西縣，煤礦南北長約7.84 km，東西寬1.23～2.48 km，面積14.5 km2。本區(qū)含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M，平均厚度為173.12 m。整個(gè)煤系地層為典型的海陸交互相沉積，環(huán)境較穩(wěn)定，變化較小，規(guī)律性較明顯?？刹擅簩又饕?層（M9、M13、M14、M15），可采煤層平均總厚8.84 m。煤系地層中所含煤層平均總厚度16.28 m，含煤系數(shù)9.34%.礦區(qū)處在安底背斜西翼。軸部出露地層：龍?zhí)督M為區(qū)內(nèi)地表出露的最老層位，背斜軸呈S形，近南北向分布。井田構(gòu)造發(fā)育程度一般，為燕山期構(gòu)造，與井田褶皺屬同一地質(zhì)時(shí)期。受區(qū)域性構(gòu)造的控制，斷層主要發(fā)育于井田的東部邊界周圍和南部烏渡河以南。走向大都為近南北向，與地層走向基本一致，斷層落差變化較大。

2 煤礦瓦斯分布規(guī)律及特征

2.1 瓦斯含量及成分

各煤層中甲烷含量最高達(dá)16.40 m3/t，甲烷成分最高為99.57%.各煤層瓦斯均以甲烷（CH4）含量和成分最高，其次為氮?dú)猓∟2），二氧化碳（CO2）；根據(jù)瓦斯成分劃分該礦區(qū)以氮?dú)?沼氣帶、沼氣帶為主，局部分布二氧化碳-氮?dú)鈳А?/p>

2.2 瓦斯分布規(guī)律

M9煤層礦區(qū)露頭附近及中部沿北西—南東方向?yàn)樾∑殮鈪^(qū)、含氣區(qū)，東北部、西南部為富氣區(qū)；M13煤層由東向西總體上隨著埋藏深度的增加，依次為不規(guī)則條帶狀貧氣區(qū)、含氣區(qū)、富氣區(qū)；M14煤層可采范圍內(nèi)露頭附近至南部邊界為貧氣區(qū)，中部、北部多為含氣區(qū)，局部為一富氣區(qū)；M15煤層礦區(qū)南部邊界附近為小細(xì)條帶狀貧氣區(qū)，向南部、深部多為含氣區(qū)，局部為小范圍富氣區(qū)。

M9煤層南部、中部為沼氣帶；南部靠近煤層露頭及滑坡體、中西部、北部為氮?dú)?沼氣帶，中西部氮?dú)?沼氣帶中存在一二氧化碳-氮?dú)恻c(diǎn)。M13煤層礦區(qū)中部為沼氣帶，兩側(cè)及北部為氮?dú)?沼氣帶，北部靠近沉缺邊界為二氧化碳-氮?dú)鈳?。M14煤層?xùn)|南部、北中部可采范圍內(nèi)為沼氣帶，西南部靠近煤層露頭、中西部可采范圍內(nèi)、東北部為氮?dú)?沼氣帶。M15煤層整體上為氮?dú)?沼氣帶，中部分布一條帶狀沼氣帶，二氧化碳-氮?dú)鈳Я阈欠植肌?/p>

3 瓦斯增項(xiàng)測(cè)試

3.1 突出危險(xiǎn)性測(cè)試參數(shù)

各煤層均測(cè)試了煤的堅(jiān)固性系數(shù)和瓦斯放散初速度ΔP.M9、M13、M14、M15煤層堅(jiān)固性系數(shù)最小值分別為1.3，0.9，1.2，0.5，各煤層平均值均大于臨界值（0.5）。鉆孔瓦斯壓力測(cè)定值各煤層變化在0.15～2.04 MPa之間，除了M14以外，其他煤層均大于始突瓦斯壓力（0.74 MPa），各煤層瓦斯放散初速度ΔP分別為19，26，27，29，均大于其臨界值10.因此，M9、M13、M15煤層為瓦斯突出煤層。另外，樣品受采樣的局限，M14煤層也不排除有瓦斯突出危險(xiǎn)性，為了確保生產(chǎn)過程中的安全，在開采時(shí)也應(yīng)按突出煤層對(duì)待。

3.2 孔隙率和滲透率

孔隙率是影響多孔介質(zhì)內(nèi)流體傳輸性能的重要參數(shù)。M9、M13、M14、M15煤層的孔隙率分別為4.03%，3.47%，3.76%，6.71%.煤的孔隙特性與煤化程度、地質(zhì)破壞程度和地應(yīng)力性質(zhì)及其大小等因素密切相關(guān)。

滲透率是煤巖滲透流體能力大小的度量，是煤層氣甲烷開采中一個(gè)最為關(guān)鍵的參數(shù)，也是最復(fù)雜且難以確定的參數(shù)。M9、M13、M14、M15煤層的滲透率分別為0.26×10-3μm2、0.32×10-3μm2、0.18×10-3μm2、0.24×10-3μm2，均屬中滲區(qū)。

4 瓦斯賦存的影響因素分析

影響煤層瓦斯賦存和分布的主要地質(zhì)因素包括地質(zhì)構(gòu)造、煤層埋藏深度、圍巖條件、地下水活動(dòng)和巖漿活動(dòng)等。結(jié)合煤礦自身的地質(zhì)情況，從地質(zhì)條件的角度來分析，影響本礦區(qū)煤層瓦斯賦存的主要因素有地質(zhì)構(gòu)造、頂板巖性、煤層埋深、煤變質(zhì)程度等。

4.1 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)瓦斯賦存的影響

地質(zhì)構(gòu)造是影響本礦井瓦斯賦存的重要條件。礦區(qū)大地構(gòu)造位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔北臺(tái)隆遵義斷拱畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)的東部，區(qū)域構(gòu)造為一北東向?qū)捑彵承保ò驳妆承保┠喜績(jī)A伏端，背斜軸向北東。北西翼地層傾角25°～30°，南東翼地層傾向南東，傾角20°～35°，局部地層傾角較陡，為45°～60°。整個(gè)礦區(qū)斷裂不發(fā)育，利于瓦斯含量保存。

4.2 頂板巖性對(duì)瓦斯賦存的影響

該礦區(qū)煤層頂板巖性以砂質(zhì)泥巖為主，其次為泥巖、粉砂巖。砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為疏松型巖性，有利于瓦斯逸散；泥巖頂板巖石為致密型巖性，對(duì)瓦斯起一定的保存作用。以M9煤層為例，J205鉆孔頂板為13.50 m（破碎帶）、0.29m（砂質(zhì)泥巖），瓦斯得到較好的逸散，不利于瓦斯保存。即使位于埋藏較深的西部，瓦斯含量仍然最低，僅3.66 m3/t。

4.3 煤層埋深對(duì)瓦斯賦存的影響

一般出露地表的煤層，其瓦斯容易沿煤層運(yùn)移向地表逸散，而且空氣也向煤層滲透，瓦斯含量小；隨著煤層埋藏深度的增加，上覆地層逐漸加厚，加大了對(duì)瓦斯的封存作用，不利于瓦斯逸散，從而使煤層瓦斯含量升高。根據(jù)眾多學(xué)者分析，瓦斯含量、瓦斯涌出量及瓦斯壓力，都隨埋藏深度的增大而增加[4-5]。以M9、M13為例，礦區(qū)埋藏較深的西部地區(qū)瓦斯含量比埋藏較淺的東部地區(qū)大。

4.4 煤變質(zhì)程度對(duì)瓦斯賦存的影響

煤變質(zhì)程度與煤層瓦斯含量關(guān)系密切。由于燕山期巖漿熱演化作用，控制了整個(gè)地區(qū)瓦斯的生成，隨著地層下降，溫度上升，變質(zhì)程度不斷增高，同時(shí)煤層具備了一定的自然生烴能力（或有機(jī)質(zhì)成熟度）。

總之，該礦區(qū)瓦斯含量與煤變質(zhì)程度、煤層埋深、地質(zhì)構(gòu)造、煤層露頭、頂板巖性等密切相關(guān)。瓦斯含量的大小是各種地質(zhì)因素綜合作用的結(jié)果。

5 結(jié)論

除常規(guī)瓦斯測(cè)試外，本礦區(qū)還對(duì)所采取的瓦斯樣進(jìn)行了多種瓦斯增項(xiàng)測(cè)試，包括瓦斯壓力、等溫吸附及突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)等，均顯示各主采煤層為瓦斯突出煤層。在生產(chǎn)過程中，必須采取安全防護(hù)措施，隨時(shí)進(jìn)行工作面的瓦斯監(jiān)測(cè)工作，以防瓦斯聚集造成突出事故。

瓦斯儲(chǔ)存在煤層中，是一種復(fù)雜的氣體地質(zhì)體，極易逸散，在歷經(jīng)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中，拉張裂陷活動(dòng)會(huì)使得煤層瓦斯大量逸散；它的賦存和分布受地質(zhì)條件的控制，有著明顯的瓦斯地質(zhì)規(guī)律。

瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究是瓦斯預(yù)測(cè)和防治研究的基礎(chǔ)，只有合理評(píng)價(jià)礦井瓦斯賦存及分布規(guī)律，才能有效防止煤礦瓦斯爆炸事故，保障煤礦安全生產(chǎn)。

［1］國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程（最新修訂）［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

［2］國家安全監(jiān)管總局，煤炭科學(xué)研究總院重慶分院.AQ 1024—2006煤與瓦斯突出礦井鑒定規(guī)范［S］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2006.

［3］葉建平.中國煤層氣勘探開發(fā)利用技術(shù)進(jìn)展［M］.北京：地質(zhì)出版社，2006.

［4］李增學(xué)，魏久傳，余繼峰.煤田地質(zhì)學(xué)［M］.北京：地質(zhì)出版社，2009.

［5］張子敏，張玉貴.編制煤礦三級(jí)瓦斯地質(zhì)圖［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2007.

〔編輯：劉曉芳〕

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.16.138

2095－6835（2017）16－0138－02