胡家河礦4煤層瓦斯賦存特征及瓦斯地質(zhì)分析

孫林

【摘要】基于胡家河礦工作面實(shí)測瓦斯參數(shù)異常變化的情況，運(yùn)用瓦斯地質(zhì)理論，從地質(zhì)構(gòu)造、煤層厚度、埋深、頂?shù)装鍘r性四個(gè)方面，對胡家河礦4煤層瓦斯賦存區(qū)域性特征進(jìn)行分析，得出高瓦斯富集區(qū)的位置和范圍，明確主控因素為褶皺構(gòu)造、煤層厚度、斷層、古河床沖刷沉積構(gòu)造帶。

【關(guān)鍵詞】煤層；瓦斯賦存；瓦斯地質(zhì)分析；主控因素

1礦井概況

胡家河煤礦位于陜西彬長礦區(qū)南部邊界，地處彬縣、長武兩縣交界處，隸屬長武縣、彬縣管轄。地質(zhì)儲(chǔ)量890.61Mt，可采儲(chǔ)量為395.44Mt。本井田劃分為2個(gè)含煤層段，即上段（J2y2）與下段（J2y1），上段含3號煤層，下段含4號煤層，其中：3號煤層為局部可采煤層；4號煤層厚度一般為10～25.00m，煤層傾角一般小于5°。煤層頂板以粉砂巖、粗粒砂巖為主，煤層底板巖性以泥巖為主。

2礦井瓦斯賦存特征及控制因素分析

2.1礦井瓦斯賦存特征

基于胡家河礦有采掘活動(dòng)的401、402盤區(qū)，各工作面采掘期間的瓦斯實(shí)測參數(shù)統(tǒng)計(jì)。胡家河礦不同盤區(qū)的工作面，甚至是一個(gè)工作面的不同位置瓦斯實(shí)測參數(shù)變化很大。工作面回采期間絕對瓦斯涌出量最大能達(dá)到55.10m3/min，最小僅為8.71m3/min；掘進(jìn)期間回風(fēng)瓦斯?jié)舛茸畲竽苓_(dá)到0.4%，最小不到0.1%。因此，礦井4煤層瓦斯賦存區(qū)域性分布特征明顯：總體來講，以中央大巷為界礦井南部（401盤區(qū)）比北部（402盤區(qū)）瓦斯賦存量高，各區(qū)內(nèi)的某些位置瓦斯又相對富集，尤其以401盤區(qū)南翼鄰近小莊井田保護(hù)煤柱700m范圍表現(xiàn)最為突出，形成礦井高瓦斯區(qū)域。

2.2礦井瓦斯賦存特征控制因素分析

（1）區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

彬長礦區(qū)屬鄂爾多斯盆地，與鄂爾多斯盆地和煤系地層有關(guān)的主要構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有三期，即印支運(yùn)動(dòng)、燕山早期運(yùn)動(dòng)及燕山晚期運(yùn)動(dòng)。

印支期構(gòu)造為含煤地層基底構(gòu)造，對礦井內(nèi)煤系、煤層沉積和賦存控制作用明顯，在很大程度上決定了煤層瓦斯的“生、儲(chǔ)、蓋”。如礦井在古地貌低凹區(qū)（見圖1中A、B點(diǎn)），沉積厚度較大（見圖2中A、B點(diǎn)），而在古地貌隆起區(qū)（見圖1中C、D點(diǎn)），其沉積厚度相對變薄以至尖滅（見圖2中C、D點(diǎn)）。401盤區(qū)位于下圖1中B點(diǎn)的古地貌低凹區(qū)，沉積量大，沉積厚度厚；402盤區(qū)位于下圖2中D點(diǎn)的古地貌隆起區(qū)，沉積量小，沉積厚度薄。因此，401盤區(qū)比402盤區(qū)具有更多的煤層瓦斯“生、儲(chǔ)、蓋”的有利條件。而圖中B點(diǎn)的位置大致就在401盤區(qū)的南翼，鄰近小莊礦保護(hù)煤柱的高瓦斯區(qū)域。該區(qū)的沉積量最多，沉積厚度最大，自然擁有的煤層瓦斯“生、儲(chǔ)、蓋”有利條件也就最多。

（2）礦井地質(zhì)構(gòu)造

①褶皺構(gòu)造

背斜，當(dāng)頂板巖石透氣性差，且未受構(gòu)造破壞時(shí)，背斜有利于瓦斯儲(chǔ)存，背斜軸部的瓦斯會(huì)相對集中；向斜，在向斜盆地構(gòu)造的礦區(qū)，頂板封閉條件良好時(shí)，瓦斯易沿兩翼流動(dòng)。

結(jié)合402103工作面回采期間絕對瓦斯涌出量變化情況，對褶皺構(gòu)造瓦斯流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行具體分析：由于A5向斜軸部的煤層瓦斯不斷向其兩翼流動(dòng)，造成其軸部瓦斯含量低，其北翼為古地貌隆起區(qū)煤層尖滅，形成了阻隔煤層瓦斯逃逸的天然屏障，造成A5向斜北翼瓦斯相對富集，該段工作面絕對瓦斯涌出量17.22～23.98m3/min之間，大多在20m3/min以上。而A5向斜軸部及南翼煤層瓦斯流動(dòng)性好，加之發(fā)育有開放型正斷層，不利于瓦斯保存，該段工作面絕對瓦斯涌出量在13.72～11.92m3/min之間，煤層瓦斯最終流向A4背斜的軸部，并且A4背斜軸部未發(fā)育開放性斷層，頂板封閉良好，從而造成A4背斜軸部瓦斯富集，該段工作面絕對瓦斯涌出量21.16m3/min。A4背斜南翼至工作面收作工作面絕對瓦斯涌出量9.85～11.83m3/min。401盤區(qū)的401103工作面外段，回風(fēng)瓦斯?jié)舛仍?.1%以下，絕對瓦斯涌出量在0.5m3/min以下；當(dāng)掘進(jìn)至A1向斜兩翼附近時(shí)，工作面回風(fēng)瓦斯?jié)舛茸畲筮_(dá)到0.4%，絕對瓦斯涌出量最大為2.68m3/min。這充分說明褶皺構(gòu)造對煤層瓦斯賦存有明顯的控制作用。②古河床沖刷沉積構(gòu)造帶

結(jié)合401103工作面回采期間絕對瓦斯涌出量變化情況，對古河床沖刷沉積構(gòu)造帶瓦斯賦存規(guī)律進(jìn)行分析：由于A1向斜北翼古地勢較高，其軸部產(chǎn)生的瓦斯主要沿北翼流動(dòng)，但由于古河床沖刷沉積構(gòu)造帶破壞了4煤層的完整性和瓦斯流動(dòng)通道，在很大程度上給煤層瓦斯向北逃逸設(shè)置了“天然”阻礙。在古河床沖刷沉積構(gòu)造帶阻隔的401盤區(qū)南翼區(qū)域瓦斯相對富集，工作面絕對瓦斯瓦斯涌出量23.02～35.03m3/min。而A3向斜軸部生成的瓦斯由于沒有阻隔作用，大部分瓦斯繼續(xù)向北部流動(dòng)，造成工作面外段絕對瓦斯瓦斯涌出量明顯降低，在11.55m3/min～8.71m3/min之間。因此，古河床沖刷沉積構(gòu)造帶對于瓦斯的流動(dòng)性具有明顯地“阻隔”作用。

③斷層構(gòu)造

斷裂構(gòu)造往往是造成同一煤田瓦斯壓力、含量分布不均衡地主要原因，開放性斷層是煤層與地表相連的連通，有利于瓦斯釋放；封閉性斷層型斷層可以阻斷煤層與地表的聯(lián)系，成為瓦斯向地表流動(dòng)的屏障。除了DF16正斷層外，其余402盤區(qū)發(fā)育的正斷層，均已在402103、402102掘進(jìn)過程中揭露，掘進(jìn)期間工作面瓦斯?jié)舛仍?.04～0.08%，回風(fēng)瓦斯?jié)舛仍?.1～0.14%，這充分說明開放性斷層發(fā)育的地方，瓦斯涌出量較小。401盤區(qū)的斷層目前均未揭露，都位于盤區(qū)東南部，該區(qū)發(fā)育的封閉型逆斷層（DF2、DF5）有利于瓦斯儲(chǔ)存，可能會(huì)在斷層附近形成瓦斯相對富集區(qū)，應(yīng)高度關(guān)注。

（3）煤層厚度

煤層厚度及其變化直接影響生成瓦斯的物質(zhì)基礎(chǔ)，因而它與瓦斯賦存有著密切的關(guān)系。一般認(rèn)為，煤層厚度越大，瓦斯生成量越大，當(dāng)具有良好的瓦斯保存條件時(shí)，厚煤區(qū)一般也是瓦斯富集區(qū)。根據(jù)鉆孔及實(shí)測瓦斯數(shù)據(jù)，繪制4煤層瓦斯含量與其煤層厚度的關(guān)系圖（如圖3）?？煽闯觯锓秶鷥?nèi)4煤層瓦斯含量與煤層厚度具有很大的正相關(guān)性，即隨著煤層厚度的增加，4煤層瓦斯含量逐漸增大。

（4）煤層埋深

隨著上覆基巖厚度增加，儲(chǔ)層壓力增大，相應(yīng)地，瓦斯向地表運(yùn)移的距離增大，封閉條件相對變好，煤對甲烷的吸附能力增強(qiáng)，煤層瓦斯含量隨之增大。根據(jù)鉆孔及實(shí)測瓦斯數(shù)據(jù)，繪制4煤層瓦斯含量與其埋深的關(guān)系圖（圖4），可看出整個(gè)井田范圍內(nèi)，瓦斯含量與其埋深的相關(guān)性并不明顯。

（5）頂?shù)装鍘r性

一般情況下，當(dāng)煤層頂板為較完整的巖石，如泥巖、頁巖時(shí)，煤層中的瓦斯容易被保存下來；頂板若為多孔隙或脆性裂隙較發(fā)育的巖石，如砂巖、礫巖時(shí)，瓦斯容易逸散。井田范圍內(nèi)401盤區(qū)和402盤區(qū)煤層頂板巖性存在一定程度差異，402盤區(qū)4煤直接頂板以粉砂巖、粗粒砂巖為主，401盤區(qū)4煤直接頂板以泥巖為主，403、404、405盤區(qū)4煤頂板大量發(fā)育粉、細(xì)砂巖。401盤區(qū)和402盤區(qū)煤層底板巖性基本為泥巖（部分為鋁質(zhì)），但井田東北部的403、404、405盤區(qū)4煤底板底板巖性大量發(fā)育粉、細(xì)砂巖。綜上所述，401盤區(qū)的頂?shù)装鍘r性相較于其他盤區(qū)來講，更有利于煤層瓦斯的保存。

3結(jié)束語

胡家河礦4煤層瓦斯區(qū)域性分布特征的主控因素為褶皺構(gòu)造、煤層厚度、斷層、古河床沖刷沉積構(gòu)造帶。生產(chǎn)過程中，應(yīng)對礦井401盤區(qū)南翼鄰近小莊井田保護(hù)煤柱700m范圍的高瓦斯富集區(qū)進(jìn)行重點(diǎn)抽放，超前開展區(qū)域預(yù)抽，加密采前預(yù)抽，做到頂分層、切割層、底分層“全煤層”預(yù)抽。對厚煤區(qū)、背斜軸部、向斜翼部、逆斷層、古河床沖刷沉積構(gòu)造帶，應(yīng)進(jìn)行地質(zhì)前探，加強(qiáng)通風(fēng)和瓦斯預(yù)抽，避免瓦斯積聚和瓦斯異常涌出。

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