某矿瓦斯赋存地质规律研究范文

《煤矿现代化杂志》2014年第四期

1影响瓦斯赋存的主要因素

1.1构造演化对瓦斯赋存的影响晋城矿区位于太行山造山带西侧，沁水盆地的南端，同时位于太行山隆起南端西侧。区域构造受太行山造山带构造演化的控制[1]。本矿区煤系地层在形成后，主要经历了印支、燕山、喜山三次大的构造运动。本区域煤沉积形成后，在印支期初期，受侯马一沁水一济源东西向沉积中心的控制[2]，仍以持续沉降为主，上覆岩层厚度达到4500m，煤发生深层变质作用，变质程度达到肥-焦煤阶段，出现第一次生烃高峰。在这个阶段，瓦斯生成量大约为240~270m3/t。从印支晚期至燕山早期，受到E-W向构造挤压作用，该区随山西地块整体隆升使上覆地层的剥蚀量超过1000m，煤停止了深层变质作用，生烃作用也相应中断。燕山运动中、后期尽管地层继续抬升，但在沁水盆地的南端，主要是晋城地区发生的岩浆活动热事件，产生区域性地热异常,使得煤化程度镜质组反射率R0为3.0％～4.0％，为整个沁水盆地为最高值，煤质从烟煤变质到了无烟煤阶段。煤层也在区域热变质条件下发生了二次生烃作用[3-4]，因而生成大量的瓦斯，为煤层提供了丰富的气源，这一阶段煤层瓦斯生成量大约为124~152m3/t。由于无烟煤体内有大量微孔隙，使吸附表面积达到了最大值，煤对瓦斯的能力到无烟煤阶段达到最大值。在喜山期，地层不断隆升剥蚀，区内三叠系地层大部分被剥蚀掉，煤层瓦斯也得到释放。但在煤层较深处，瓦斯含量最高为38.70ml/g（可燃基），接近煤层瓦斯吸附极限值。

1.2煤系地层岩性对瓦斯赋存的影响煤层围岩既是瓦斯的储存体又是瓦斯逃逸的阻隔物。煤层围岩在很大程度上影响着瓦斯的保存。煤层围岩的透气性直接影响气体的保存条件。围岩的透气性越小，气体越容易保存，煤层瓦斯含量就越大；反之，气体易于流失，煤层的含气量就越小[5]。孔隙与裂隙发育的砂岩、灰岩和砾岩的透气系数非常大，一般比致密而裂隙不发育的页岩、泥岩等岩石透气系数高出成千上万倍[6]。因此，在顶底板为透气性大的岩石时，煤层瓦斯含量相对要小。本井田煤系地层为石炭系太原组及二叠系山西组。石炭系太原组为一套海陆交互相含煤沉积建造。岩性为石灰岩、砂岩、粉砂质泥岩、泥（页）岩及煤层（线）等几种岩性呈交替出现的互层状，平均厚度82.96m。含六层灰岩为K1~K6、其中K2灰岩是15号煤层的直接顶，有利于瓦斯的释放。灰岩除透气性较好外还是井田的主要含水层，水的流动促进了煤层瓦斯的解吸，使瓦斯由吸附状态转化为游离状态，溶解于地下水中运移散失。这种围岩特征有利于瓦斯的释放。3号煤层沉积环境为三角洲平原泥炭沼泽和泛滥盆地泥炭沼泽环境，其直接顶板为灰黑色粉砂岩和砂质泥岩互层，岩性致密，有于瓦斯的保存。从实测数据来看（见表1），尽管3号煤层比15号煤层埋藏浅，但是，3号煤层瓦斯含量要比15号煤层的高。

1.3地质构造对瓦斯赋存的影响在印支期，区域构造应力场主压应力方向为SN向，在阳城以南形成区域性的近EW向的断裂和隆起，后期成为沁水盆地的南端端部。在阳城及以北发育有近EW向的断裂。本井田内近EW向的F1正断层及F3正断层便是在这个时期形成的。早第三纪时期，主压应力方位为NE－SW向，形成NW－NWW方向的小褶皱及断裂，F1正断层是在这个时期形成的。这些断层在形成为压扭性断层，对瓦斯起到封闭的作用，同时由于煤体受到挤压，会对煤层结构产生破坏作用，有利于瓦斯的保存，到了后期应力场的转变，断层由压扭性逆断层转变为高角度的正断层，这对瓦斯的释放有一定的作用，但是由于断层附近煤层结构发生破坏，并在一定范围内产生应力集中，这些区域仍是瓦斯的富集区。在F2正断层附近实测中，在距断层面100m的范围内，瓦斯含量相对高于其他区域，同时，越靠近断层面，瓦斯含量有变高的趋势（见图2）。在断层附近尤其是构造复合部位，是瓦斯赋存条件较好的部位，在进行开采时应得到足够的重视。

1.4煤层埋藏深度对瓦斯赋存的影响随着煤层埋藏深度的加深，煤层所承受的应力也增大，而应力增大会降低煤层的渗透性，煤层渗透率低会导致瓦斯在煤层中运移能力降低，煤层也就有利于瓦斯的保存[7]。同时随着煤层埋藏深度的增加，煤层瓦斯吸附能力增强，瓦斯向地表运移的距离相应也增大，因而埋深的增加有利于瓦斯保存的[8]。以井田内3号煤层为例，依据井下实测瓦斯含量资料和地质勘探时期测定瓦斯含量资料，在断层影响带之外，对煤层埋深和瓦斯含量进行了回归，得到煤层瓦斯含量与埋深的关系（见图3）。从图3可看出，煤层瓦斯含量与煤层埋深相关性系数R达到0.883，相关性很显著，瓦斯含量是随着煤层的加深而增大的，瓦斯含量增长梯度为1.04m3/t/100m。煤层埋深是本井田瓦斯含量分布的主控因素。

2结束语

（1）从区域性上受构造演化的控制，本矿区经历了印支、燕山、喜马拉雅三次大的构造运动，经历了深层变质作用及区域热变质作用，煤层变质程度高，并经历了两次生烃阶段，瓦斯产气量大，瓦斯吸附能力强，区域内煤层瓦斯含量较高。（2）受地质构造的控制，在断层附近一定范围内是瓦斯富集区，尤其是两个方向的向斜构造复合部位，是瓦斯赋存条件最好的部位，瓦斯含量相对要大些。当开采到在这些区域时应引起足够重视，加强对瓦斯的监测监控。（3）煤层瓦斯含量随着煤层埋深的加深而增大的规律显著，煤层埋深是本井田瓦斯含量分布的主控因素。开采深部的煤层时，瓦斯涌出会增大，在开采过程中必须重视瓦斯的监测与防治工作，确保煤矿的安全生产。

作者：李祝单位：山西省地质矿产研究院