城郊井田二2 煤層瓦斯地質(zhì)賦存特征研究

王傳永 苗曉斌 曹鴻鵬

（1.河南能源永煤公司城郊煤礦，河南 永城 476600； 2.河南能源建設(shè)集團國龍礦建公司，河南 永城 476600）

1 引言

城郊煤礦井田面積為92 km2，核定生產(chǎn)能力為5.0 Mt/a，開拓方式為立井多水平上下山。井田主采的二2 煤層位于山西組下統(tǒng)，平均煤厚2.95 m。礦井為煤與瓦斯突出礦井，地質(zhì)、水文地質(zhì)類型均為中等。二2 煤層自燃傾向性為Ⅲ類（不易自燃），煤塵無爆炸危險性。由于開采深度不斷延伸，二2煤層瓦斯含量呈增大趨勢，嚴重制約礦井采掘生產(chǎn)。為此，通過收集、整理井田勘探以及采掘生產(chǎn)揭露的瓦斯分布情況及地質(zhì)資料，分析了井田瓦斯地質(zhì)影響因素和賦存規(guī)律。

2 地質(zhì)構(gòu)造及控制特征

城郊井田位于NNE 向永城復(fù)式背斜西翼中段，寬緩褶皺伴隨一定數(shù)量的斷裂構(gòu)造和波狀起伏構(gòu)成了井田的基本構(gòu)造特征。井田內(nèi)構(gòu)造形態(tài)明顯受永城復(fù)式背斜所控制，褶皺和斷裂構(gòu)造多呈NNE 向展布，其次是近EW 向。井田東南部地層走向為NNE 向，南部由于兩組不同方向構(gòu)造的復(fù)合而呈馬鞍狀；井田中部、北部由于受小褶曲影響，呈波狀起伏，走向變化較大。井田周邊均為高角度正斷層，落差均超過100 m，從而使井田形成了一個相對獨立的地質(zhì)單元。井田地層傾向以SSW 向為主，地層傾角7～16°，局部地段達21～30°。

3 瓦斯地質(zhì)影響因素分析

3.1 煤層埋藏深度對瓦斯賦存的影響

由于城郊煤礦開采深度的延深，煤層埋深也在相應(yīng)增加，地壓力增大，煤巖層的透氣性逐漸變差，而封閉性越來越好，深部煤層中瓦斯含量也將相應(yīng)增大。將礦井投產(chǎn)后的各采區(qū)瓦斯實測參數(shù)結(jié)果匯總，并對井田勘探期間瓦斯含量測試結(jié)果進行統(tǒng)計篩選（數(shù)據(jù)異常的去掉，CH4成分小于80%的去掉，含量小于2 的去掉），見表1，建立回歸分析煤層埋藏深度（H）與瓦斯含量（W）的關(guān)系，如圖1 所示。

表1 二2 煤層瓦斯含量測試參數(shù)匯總表

二十二采區(qū)外段處于地質(zhì)構(gòu)造異常區(qū)，瓦斯含量測值偏高，屬于異常數(shù)據(jù)，不能代表瓦斯含量的正常變化，在此剔除。21804 膠帶順槽P12 點15 m取樣解吸堵針，3225 孔瓦斯成分75%，二十二采區(qū)通尺675 m 處于構(gòu)造影響帶，屬于異常點，剔除。

圖1 二2 煤層埋藏深度與瓦斯含量關(guān)系散點圖

由回歸方程可知，相關(guān)系數(shù)r 達0.91，煤層瓦斯含量與埋藏深度線性相關(guān)性較好，煤層瓦斯含量隨著埋藏深度的增加而增大，煤層埋藏深度為井田瓦斯賦存的主控因素。

3.2 地質(zhì)構(gòu)造對瓦斯賦存的影響

地質(zhì)構(gòu)造是影響瓦斯儲存的最重要的條件之一，通常開放型構(gòu)造對瓦斯逸散有利，封閉型地質(zhì)構(gòu)造對封存瓦斯有利。井田控制瓦斯地質(zhì)單元的邊界均為高角度正斷層，主要為近NNE 向和EW 向，均屬于基底斷裂，通過抽水試驗證實均不導(dǎo)水，斷層面對瓦斯的運移起到了阻隔的作用。

而受基底斷裂控制形成的反相褶皺及區(qū)內(nèi)小斷層則控制了瓦斯在地質(zhì)單元內(nèi)的分布，煤層瓦斯運移至斷層面被阻，造成瓦斯局部富集。在靠近斷層附近，受斷層排放影響，上盤往往瓦斯較低，下盤瓦斯較高。根據(jù)井下實測瓦斯含量，二十二采區(qū)外段正好處于向斜的核部且煤層產(chǎn)狀變化劇烈，煤厚變化較大，瓦斯相對較高，且煤層越厚瓦斯越大，屬于構(gòu)造影響瓦斯賦存異常區(qū)，因此地質(zhì)構(gòu)造是瓦斯賦存的影響因素之一。

3.3 煤層頂、底板巖性對瓦斯賦存的影響

煤層頂、底板巖性對瓦斯的賦存影響是相對的，以泥巖、砂質(zhì)泥巖、頁巖等致密巖性為主的煤層頂、底板，其透氣性較差，通常對瓦斯的逸散起阻隔、封閉作用，有利于保存煤層瓦斯。而砂巖、礫巖等，其孔隙度大，連通性好，不利于瓦斯保存。城郊井田二2 煤層頂、底板巖性以厚層狀泥巖（厚度一般大于5 m）和中細粒砂巖為主，局部區(qū)域為薄層狀泥巖和砂質(zhì)泥巖，巖石整體較完整，穩(wěn)定性好。如圖2 所示，3225 地勘孔以西為一寬緩向斜，處于斷層下盤牽引端，3225孔二2煤層頂板泥巖厚度為7 m，煤層厚度為4.51 m，瓦斯含量5.296 m3/t。二2煤層頂板巖性分布如圖3 所示，對比分析九、二十、二十二等瓦斯含量相對較高的采區(qū)，可以發(fā)現(xiàn)這幾個區(qū)域二2煤層頂板均為泥巖且均較厚，說明在相同條件下煤層頂板巖性越致密對煤層瓦斯保存越有利。因此，本井田煤層頂板巖性及分布是影響瓦斯賦存的主要因素之一。

3.4 巖漿巖分布對瓦斯賦存的影響

城郊井田內(nèi)巖漿巖活動較普遍，精查期間共有70 個鉆孔（占總鉆孔數(shù)的20%）穿見83 層次巖漿巖。鉆孔穿見厚度多在3 m 之內(nèi)，侵入?yún)^(qū)域主要集中分布在31 勘探線以北、F14 斷層以東的三、五、七采區(qū)。巖漿巖巖性以輝綠巖為主，產(chǎn)狀除花崗（斑）巖為巖床外，其余均為小的巖脈或巖席。在巖漿侵入?yún)^(qū)煤層薄或消失，部分區(qū)域煤層變質(zhì)為天然焦。

圖2 3 號勘探線剖面圖

根據(jù)井下五采區(qū)25001 工作面切眼實測地質(zhì)剖面（如圖4 所示），巖漿主要沿二2 煤層底板侵入，對煤層產(chǎn)生擠壓和揉搓，引起煤層發(fā)生熱變質(zhì)形成天然焦，煤層厚度減小。雖然巖漿活動可使煤層變質(zhì)程度增大，生成更多瓦斯，但該區(qū)煤層受構(gòu)造抬升埋深僅為400 多米，瓦斯幾乎逸散殆盡，附近0311 鉆孔瓦斯含量僅為0.33 m3/t 也證實這一點。

圖3 井田二2 煤層頂板巖性分布圖

圖4 25001 工作面切眼實測地質(zhì)剖面

因此，該區(qū)巖漿侵入對瓦斯保存不利。

3.5 巖溶陷落柱對瓦斯賦存的影響

巖溶陷落柱的存在一般會使煤層局部中斷，減少煤炭儲量，造成巷道工程穿過時施工困難。在水文地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域則會導(dǎo)通上下煤層、含水層間的瓦斯、水力聯(lián)系。出露地表的陷落柱則在煤層位置出現(xiàn)風(fēng)氧化現(xiàn)象，煤層瓦斯減??；隱伏陷落柱在煤層位置出現(xiàn)涌水量增大、瓦斯減小等現(xiàn)象。

城郊井田累計發(fā)現(xiàn)3 個陷落柱，分別位于三采區(qū)南部、二采區(qū)輔助采區(qū)東南部、八采區(qū)中部，實際揭露陷落柱均不導(dǎo)水，且均位于一水平靠近二2煤層露頭附近，瓦斯含量均在1 m3/t 以下。因此，本區(qū)巖溶陷落柱對瓦斯賦存幾乎無影響。

3.6 水文地質(zhì)條件對瓦斯賦存的影響

水文地質(zhì)條件對煤層瓦斯有三種控制作用：水力封閉、水力運移逸散和水力封堵。井田二2 煤層直接充水水源是頂板的山西組砂巖裂隙含水層，該含水層富水性不均一。在深部二水平，往往富水性較弱，滲透性差，地下水通過壓力傳遞作用，使瓦斯吸附在煤中，瓦斯含量相對較高，水文地質(zhì)條件對瓦斯起到封閉作用。而在淺部一水平，山西組砂巖含水層富水性稍強，滲透性相對較好，有利于瓦斯的運移和逸散。但由于該含水層補給性差，徑流滯緩，易于疏干，水文地質(zhì)條件對瓦斯賦存影響不明顯，不是瓦斯賦存的主控因素。

4 結(jié)論

（1）通過對城郊井田二2 煤層瓦斯賦存規(guī)律地質(zhì)因素的分析，發(fā)現(xiàn)影響瓦斯賦存的主要控制因素包括煤層埋深、地質(zhì)構(gòu)造、煤層頂板巖性。

（2）城郊井田地質(zhì)構(gòu)造是影響瓦斯賦存的主控因素之一，生產(chǎn)中誤揭露小型構(gòu)造的可能性很大，應(yīng)進一步提高小構(gòu)造探測水平，促進采掘生產(chǎn)安全。

（3）進一步收集井田瓦斯地質(zhì)數(shù)據(jù)和資料，不斷總結(jié)瓦斯地質(zhì)規(guī)律，繪制瓦斯地質(zhì)圖，對于科學(xué)指導(dǎo)礦井未采區(qū)的瓦斯預(yù)測，綜合防治瓦斯災(zāi)害均具有重要的理論和現(xiàn)實意義。