楊河井田邊界正斷層與瓦斯賦存關(guān)系研究

任沁元

(鄭煤集團 楊河煤業(yè)，河南 新密 452382)

煤與瓦斯突出是煤炭開采過程中極其復(fù)雜的動力現(xiàn)象，與構(gòu)造有直接關(guān)系[1-3]，它主要發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造破壞帶[4],特別是受斷層的影響[5-6]。斷裂構(gòu)造對煤體結(jié)構(gòu)、瓦斯封閉條件、煤巖顯微特征以及煤的滲透率等均有不同程度的影響[7-10]。煤層瓦斯含量受到地質(zhì)條件的明顯控制，煤層瓦斯賦存具有分區(qū)分帶性[11-12]。因此，查明斷層對煤層賦存的影響，熟悉礦井瓦斯賦存規(guī)律對礦井瓦斯防治有重要意義[13-16]。

1 礦井概況

楊河煤業(yè)隸屬鄭煤集團，由裴溝井田、楊河井田、樊寨井田組成，3個井田以大的斷層構(gòu)造進行井田劃分，自北向南分布。礦井核定生產(chǎn)能力180萬t/a，為煤與瓦斯突出礦井。礦井位于滎密背斜的南翼東部、新密復(fù)向斜中段向斜軸部，總體構(gòu)造形態(tài)為一向斜構(gòu)造，走向NW-SE，向SE傾伏。區(qū)內(nèi)發(fā)育大小規(guī)模不等的斷層多條，均為高角度正斷層。楊河井田位于油坊溝斷層和浮山寨斷層之間(表1),浮山寨斷層和油坊溝斷層為張性或張剪性走向正斷層。

表1 斷層特征

2 斷層對煤與瓦斯突出的控制

斷層破壞了煤層的整體連續(xù)性，對煤層瓦斯賦存的控制主要取決于其開放性和封閉性，開放型斷層有利于瓦斯的排放，封閉型斷層不利于瓦斯的排放[6,17]。浮山寨斷層和油坊溝斷層為張性或張剪性走向正斷層，屬于開放性斷層，有利于瓦斯排放。斷層在形成過程中，斷層帶內(nèi)的煤層受到斷層兩盤的強烈剪切作用，構(gòu)造煤寬度一般與煤層的規(guī)模成正比[12]。根據(jù)斷層作用下構(gòu)造煤形成機理的研究，斷層上盤應(yīng)當(dāng)最有利于突出[18]，在離開斷層一定距離處斷層上盤是最有利于煤與瓦斯突出的構(gòu)造部位[4,18,19]。

2.1 油坊溝斷層對煤層瓦斯含量的影響

油坊溝斷層西南起于浮山寨斷層，走向近NEE向，斷層傾向NNW，伸展長度10.5 km，傾角60～70°，落差0～80 m.在油坊溝附近有出露，西部由井巷工程控制，區(qū)內(nèi)有多個鉆孔直接控制，控制程度較高。根據(jù)鉆孔資料分析，淺部油坊溝斷層主要是煤層與對盤煤層上部山西組含煤地層對接，斷層的導(dǎo)氣性較差。

研究數(shù)據(jù)選取油坊溝斷層下盤550 m范圍內(nèi)的實測煤層瓦斯含量(見表2)，標高在0～-150 m.

表2 油坊溝斷層550 m范圍瓦斯含量數(shù)據(jù)

油坊溝斷層斷層下盤550 m范圍內(nèi)瓦斯含量分布如圖1所示。

圖1 油坊溝斷層550 m范圍內(nèi)瓦斯含量分布關(guān)系

從圖1可以看出，煤層瓦斯含量與距斷層的距離兩者的一次線性回歸方程為y=0.008 4x+2.624 5，復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.676 3，復(fù)相關(guān)系數(shù)較高，可知，煤層瓦斯含量有隨著距斷層距離的增加而增大的趨勢。雖然油坊溝斷層與煤層瓦斯含量復(fù)相關(guān)系數(shù)較高，但對其影響還需通過對浮山寨斷層分析后進行確定。

2.2 浮山寨斷層對煤層瓦斯含量的影響

浮山寨斷層在西部界外與油坊溝斷層相交，伸展方向為近EW向，伸展長度大于12.0 km.斷層傾向N，傾角70°左右，落差東部大、西部小，落差為50～360 m.區(qū)內(nèi)有多個鉆孔直接控制，控制程度較高。深部浮山寨斷層主要是煤層與對盤寒武系、奧陶系和太原組透氣性較好的地層對接，有利于瓦斯排放。

研究數(shù)據(jù)選取距離浮山寨斷層上盤650 m范圍內(nèi)煤層瓦斯含量(見表3)，標高為-150～-300 m.

表3 浮山寨斷層650 m范圍內(nèi)實測瓦斯含量數(shù)據(jù)

浮山寨斷層650 m范圍內(nèi)瓦斯含量分布如圖2所示。

圖2 浮山寨斷層650 m范圍內(nèi)瓦斯含量分布關(guān)系

從圖2可以看出，煤層瓦斯含量實測值與距斷層的距離兩者線性回歸方程為y=0.010 6x+0.962 6，復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.850 5，復(fù)相關(guān)系數(shù)高，說明煤層瓦斯含量隨著距斷層距離的增加而增大。

根據(jù)楊河井田實測煤層瓦斯含量，統(tǒng)計距離浮山寨斷層1 100 m范圍內(nèi)煤層瓦斯含量，瓦斯含量分布圖如圖3所示。

圖3 浮山寨斷層1 100 m范圍內(nèi)瓦斯含量分布關(guān)系

由圖3可以看出，煤層瓦斯含量在井田的中部最大，隨著靠近斷層，煤層瓦斯含量逐漸減小，最大瓦斯含量值出現(xiàn)在距離浮山寨斷層620 m左右。

可推斷，在一定范圍內(nèi)，距斷層越近，越有利于瓦斯逸散，瓦斯含量值越??；距離斷層越遠，瓦斯含量值越大。

2.3 斷層規(guī)模對煤層瓦斯含量的影響

斷層的規(guī)模主要影響斷層帶的寬度、構(gòu)造巖特征及與地表的連通性[20]。斷層規(guī)模的大小影響著斷層帶寬度，破碎帶內(nèi)構(gòu)造巖粒度越細，連通性越差，但在斷層形成過程中，斷層兩盤伴生的斷裂構(gòu)造越發(fā)育，可以為瓦斯逸散提供更好的條件。浮山寨斷層比大于油坊溝斷層規(guī)模要大得多，前者對楊河井田煤層瓦斯含量的影響范圍要大于后者。可推斷，落差較大的斷層對煤層瓦斯含量的控制距離較大。

3 地下水對煤層瓦斯含量的影響

地下水與瓦斯共存于含煤巖系及圍巖之中，由于兩者均呈流體狀態(tài)，因此，其運移和賦存都與煤(巖)層的孔隙、裂隙通道有關(guān)。根據(jù)浮山寨斷層附近的10個勘探鉆孔水樣化驗結(jié)果分析，在距斷層300 m范圍內(nèi)，由礦化度分析可知，太灰通過斷層破碎帶與下部奧灰水、寒灰水或上部頂板砂巖水存在水力聯(lián)系；由水樣陽離子含量變化可知，斷層兩盤不同含水層間通過斷層破碎帶發(fā)生水力聯(lián)系。兩者表現(xiàn)出在距斷層300 m范圍之外影響程度較小，規(guī)律不明顯。

斷層的水文地質(zhì)分析表明，浮山寨斷層為一條導(dǎo)水?dāng)鄬樱湎卤P影響寬度約300 m，按照斷層成因機理分析，上盤影響寬度應(yīng)該更大。顯然，該斷層對水的影響尚且如此，對瓦斯來說，斷層應(yīng)屬開放性質(zhì)，其影響范圍也應(yīng)當(dāng)更大。

4 結(jié) 語

通過對楊河井田內(nèi)斷層特征的描述、煤層瓦斯含量與斷層的距離相關(guān)性分析及地下水對煤層瓦斯含量的影響，得出以下結(jié)論：

1) 楊河井田內(nèi)瓦斯賦存未隨著煤層埋深的增加而增大，而因受邊界斷層的影響，特別是深部浮山寨斷層的影響較大，具有中部大，向深部和淺部邊界斷層減小的特點。

2) 浮山寨斷層對楊河井田煤層瓦斯賦存影響較大，距離斷層越近，瓦斯逸散越多，煤層瓦斯含量越小。

3) 分析了斷層對煤層瓦斯賦存規(guī)律的影響，斷層規(guī)模越大對煤層瓦斯賦存的影響距離越大。