朱仙莊煤礦瓦斯賦存及涌出分布規(guī)律研究

代 濤，程錦亮

(安徽省煤田地質(zhì)局水文勘探隊(duì)，安徽 宿州 234000)

礦井概況：朱仙莊煤礦位于宿州市東南13 km處，屬宿州市埇橋區(qū)朱仙莊鎮(zhèn)管轄。礦井采用豎井石門分水平開拓，分為三個(gè)水平，回風(fēng)水平標(biāo)高為-275 m，一水平標(biāo)高-250～-435 m，二水平標(biāo)高-435～-700 m，三水平標(biāo)高-700～-1 100 m。礦井當(dāng)前生產(chǎn)水平為一、二水平。目前礦井現(xiàn)有生產(chǎn)采區(qū)三個(gè)，Ⅱ3采區(qū)、Ⅱ5采區(qū)和十采區(qū)，礦井內(nèi)為新生界松散層所覆蓋，經(jīng)鉆孔揭露地層有奧陶系、石炭系、二疊系、侏羅系、新近系和第四系，朱仙莊煤礦位于宿東向斜的北段。宿東向斜位于徐宿弧形構(gòu)造南端，西寺坡逆斷層和東三鋪逆斷層所夾持的斷塊之間，為一軸向N25°～50°W的不對(duì)稱向斜，軸長(zhǎng)18 km，寬1.5～5.8 km,軸部為二疊系煤系地層，四周為石炭系、奧陶系灰?guī)r所包圍，東翼因F4(東三鋪)逆斷層切割而使寒武、奧陶系灰?guī)r壓覆到煤系地層之上。本礦井含煤地層為石炭二疊系，可采或局部可采煤層有3、6、7、8和10煤層等5層，其中3煤和6煤為不穩(wěn)定煤層，7、8、10等3層為較穩(wěn)定煤層，主采二疊系下石盒子組8煤層與山西組10煤層。礦井甲烷相對(duì)涌出量10.71 m3/t，為瓦斯突出礦井，突出煤層：8、10煤層。

1 礦井瓦斯分布特征

本礦井近幾年施工的部分鉆孔測(cè)試了鉆孔煤層瓦斯含量，利用采集解吸式瓦斯煤樣35個(gè)。其中缺少瓦斯成分1個(gè)。瓦斯含量最高值18.68 cm3/g見表1。本礦區(qū)煤層中瓦斯成分構(gòu)成主要為N2，CH4和CO2所占比例較小，重?zé)N含量甚微?？傮w特征為：

CH4兩極值為0～87.32%，平均值為0～48.34%；CO2兩極值為0.19%～65.25%，平均值為11.01%～33.48%；N2兩極值為0.34%～90.76%，平均值為40.06%～57.41%。

各樣品瓦斯成分中CO2>20%、CH4>80%的所占比例都較小，且垂向上分布極為分散，最淺為293.00 m，最深為1 036.00 m。瓦斯成分中CO2<20%、N2>20%、CH4<20%占主導(dǎo)趨勢(shì)。

各煤層垂向上由上至下CH4含量有遞增的趨勢(shì)，7煤層平均最低，平均值為0.26 cm3/t，10煤層平均最高，平均值為5.32 cm3/t，8煤層瓦斯含量最大值為18.68 m3/t。

2 影響瓦斯賦存特征因素分析

瓦斯賦存規(guī)律受多方面因素的影響，現(xiàn)從地質(zhì)構(gòu)造及其演化、成煤環(huán)境、變質(zhì)程度、煤層特征及巖漿活動(dòng)幾個(gè)方面分析本礦井瓦斯賦存規(guī)律。

2.1 地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯賦存關(guān)系

2.1.1 北部區(qū)域

該區(qū)域?yàn)樗迻|向斜北段的仰起端，整個(gè)范圍內(nèi)8煤層露頭環(huán)繞周邊，成為煤層瓦斯向地表排放的天然窗口，內(nèi)部小斷層發(fā)育并伴有次一級(jí)的褶皺，煤系地層支離破碎，裂隙發(fā)育；F10正斷層斜切整個(gè)向斜，落差40～150 m，很好地隔絕了北部區(qū)域與深部的聯(lián)系，極大地阻止了深部瓦斯向淺部運(yùn)移的通道。在這樣的地質(zhì)背景下，一方面該區(qū)域四周有利于煤層瓦斯向地表的逸散，另一方面又沒有充足的深部瓦斯補(bǔ)給源，加之煤系埋藏較淺，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的風(fēng)化剝蝕后，煤層瓦斯已逐漸趨于匱乏、不足，因此造成了北部區(qū)域當(dāng)前總體上的低瓦斯區(qū)域。

2.1.2 南部區(qū)域

位于宿東向斜的中間部位，在該區(qū)域內(nèi)向斜東翼煤層被F4逆斷層切割逆掩，煤系地層傾角很陡(45°～90°)，西翼則為一較簡(jiǎn)單的單斜構(gòu)造，沿走向略有波狀起伏，傾角一般15°～20°，故西翼煤層瓦斯具有較好向地表逸散的有利條件，而東翼則比較困難，而一采區(qū)更處于宿東向斜的蜂腰部位，褶皺緊密，并介于一組X型剪切斷層(F10、F23)之間，構(gòu)造應(yīng)力最為集中；沿走向煤系有較大起伏且斷層發(fā)育。在向斜兩翼的中部，發(fā)育一組NE向的右剪切正斷層(F19、F23、F5、F1、F7等)，這里宿東向斜最寬，煤層埋藏深度大，在軸部最深達(dá)1 200 m，從向斜盆底到兩側(cè)邊緣的斜長(zhǎng)大，煤層瓦斯雖然可以沿露頭逸散，但因?yàn)槟艿玫缴畈客咚沟倪B續(xù)供給和補(bǔ)充，使得南部區(qū)域的淺部范圍雖和北部區(qū)域一樣具有向地表逸散瓦斯的良好條件，但煤層內(nèi)仍可能保存較高的瓦斯賦存量，從而具有瓦斯涌出或瓦斯突出危險(xiǎn)的特征。

表1 鉆孔煤層瓦斯測(cè)定成果表

圖1 構(gòu)造綱要圖

2.2 成煤環(huán)境、變質(zhì)程度與煤中瓦斯生成的關(guān)系

煤系地層沉積過程中，沉積的煤層經(jīng)過泥炭化階段，煤化階段及區(qū)域深成變質(zhì)階段，形成大范圍的低變質(zhì)煤(氣煤、氣肥煤)，煤層的變質(zhì)成氣作用在煤層內(nèi)部產(chǎn)生大量甲烷氣體，以后又有巖漿侵入和地表及地下水的影響，都可能造成煤層中甲烷的生成。

2.3 煤層與瓦斯賦存關(guān)系

2.3.1 煤層厚度

瓦斯含量多少和煤層厚度有一定關(guān)系，因?yàn)槊簩訛橥咚固峁┝藘?chǔ)存的場(chǎng)所，煤層越厚瓦斯存儲(chǔ)的越多。

2.3.2 煤體結(jié)構(gòu)特征

煤與瓦斯突出多發(fā)生在有軟煤分布的區(qū)域，而朱仙莊礦這種軟煤普遍分布且與較硬夾矸互層的煤體結(jié)構(gòu)特征，是容易造成煤與瓦斯突出的便利條件。

表2 主采煤層瓦斯及二氧化碳涌出量表

表3 礦井瓦斯及二氧化碳涌出量表

2.4 巖漿活動(dòng)與瓦斯賦存關(guān)系

本礦中性巖體為中生代燕山中期晚侏羅世～早白堊世巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物，酸性巖體則為新生代喜山早期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物，宿北斷裂可能是其侵入通道，巖漿活動(dòng)期間煤系地層埋藏在古基巖面下很淺的部位，礦井南部一、三、五、七采區(qū)至今未揭露有巖漿巖侵入的特征。

3 瓦斯涌出分布特征

3.1 礦井瓦斯涌出特征

見表3。

3.2 礦井瓦斯涌出分規(guī)律分析

目前礦上的主采煤層是8煤層和10煤層，可以看出瓦斯涌出主要分布在8煤層。

從礦井各采區(qū)瓦斯情況來看，86采區(qū)及已報(bào)廢的二、四、五、87等采區(qū)瓦斯涌出量相對(duì)較小，而南二系統(tǒng)的Ⅱ3采區(qū)、Ⅱ5采區(qū)瓦斯涌出量較大。

井下移動(dòng)泵以及礦井地面鉆孔可以為礦井排放大量瓦斯，為礦井安全生產(chǎn)提供保障

隨著開采深度的進(jìn)一步延伸，預(yù)計(jì)8、10煤層瓦斯涌出量將逐步增加。

4 結(jié)語

(1)依據(jù)可采煤層瓦斯含量特征分析，隨著煤層埋藏深度增加，地層厚度增加，地應(yīng)力增高，煤巖層致密性增加，煤巖層的透氣性降低；煤的變質(zhì)程度加深，煤層吸附甲烷能力增強(qiáng)，這都有利于瓦斯的保存，說明深度應(yīng)是影響本礦井瓦斯含量的主要因素。

(2)構(gòu)造影響瓦斯分布規(guī)律，在斷層附近瓦斯含量相對(duì)較低，但應(yīng)重視因構(gòu)造變動(dòng)、煤層賦存等因素變化引起的瓦斯局部富集問題。

(3)地面鉆孔瓦斯抽放可以降低煤層可采空區(qū)的瓦斯含量，避免井下瓦斯聚集現(xiàn)象的發(fā)生，一定程度上減少了瓦斯事故的隱患，可以加大地面鉆孔投入保障礦井安全生產(chǎn)。

(4)本礦井是煤與瓦斯突出礦井， 在今后礦井生產(chǎn)中加強(qiáng)瓦斯監(jiān)測(cè)研究工作，采取有效措施，確保安全生產(chǎn)。