淮南煤田顧橋煤礦主采煤層瓦斯含量變化規律分析

王 亞 戴 汀 李顯春 郭紅星 高江淮

（1.安徽省煤田地質局第一勘探隊 安徽 淮南 232052；2.淮南礦業集團顧橋煤礦 安徽 鳳臺 232150）

0 引言

顧橋煤礦隸屬于淮南礦業（集團）有限責任公司，位于安徽省淮南市鳳臺縣西北部，距鳳臺約20km，于2003年11月開工建設，2007年4月28日正式投產，礦井設計生產能力5.0Mt/a，現核定生產能力為9.0Mt/a。分兩個生產水平，第一水平-780m，第二水平-950m，顧橋礦屬高瓦斯礦井，礦井總體為一南北走向、向東傾斜的單斜構造,地層平緩,瓦斯賦存條件較好。

井田內地層主要有奧陶系中下統、石炭系上統太原組、二疊系下統山西組及下石盒子組、二疊系上統上石盒子組及石千峰組，可采煤層集中分布在煤系地層二疊系的中、下部，煤系地層厚約450m，可采煤層共9層，全區可采的主要煤層為13-1煤、11-2煤、8煤、6-2煤及1煤。根據勘探鉆孔資料，各主采煤層中瓦斯含量較高，從井下實際揭露13-1及11-2煤層瓦斯情況來看，瓦斯相對涌出量及絕對涌出量均較大，瓦斯壓力較高。

1 地質概況

1.1 地質構造

顧橋煤礦位于陳橋背斜東翼與潘集背斜西部的銜接帶，總體構造形態為走向南北，向東傾斜的單斜構造，地層傾斜平緩，傾角 5～15°，并發育不均勻的次級寬緩褶曲和斷層。根據次級褶曲和斷層的發育特征，可以劃分為四個區（見圖 1）：北部寬緩褶曲擠壓區；中部簡單單斜區；南部“X”共軛剪切區；南部單斜構造區。

①北部寬緩褶曲擠壓區：位于煤礦北部，大致相當于F86～F81斷層之間。地層向東傾斜，傾角平緩，為5～150，因次級褶曲發育，使地層走向呈波狀形態。次級褶曲有小陳莊背斜、胡橋子向斜、后老莊背斜，它們起伏幅度不大，常被斷層切割，形態寬緩，褶曲向東傾伏，延伸距離短，軸向北西西～東西，與丁集東北部的次級褶曲軸向相同。

區內斷層發育，主要斷層有F81、F84、F85、F86斷層組，斷層組總體走向均為東西向。F81斷層組總落差超過500m，是井田北部邊界斷層。

從逆斷層與次級褶曲的配置關系分析，本區構造具有由南向北的擠壓性質。

②中部簡單單斜區：位于F87～F92斷層組之間，煤層走向平直，變化不大，向東緩緩傾斜，斷層稀少。

③南部“X”共軛剪切區：顧橋煤礦南部由北西向北東向兩組斷層構成“X”共軛交叉斷裂帶，地層走向南北，向東傾斜，傾角平緩，地層產狀一般變化不大。F92斷層組～F110斷層間北西向剪切帶內因次級褶曲和較多斷層使地層產狀變得復雜。

④南部單斜構造區：本區淺部窄、深部較寬，邊界斷層為F110和F211，F110、F211為北西向主要斷層，期間北東向的次級斷層較為發育，總體上呈單斜構造，煤層傾角一般在6°以下，局部達 13°～15°。

1.2 主采煤層

圖1 井田構造圖

井田內全區可采的主要煤層 5 層：13-1、11-2、8、6-2、1煤，平均總厚20.25m，占可采總厚的89%。13-1煤層下距太灰平均350m。平均厚度4.24m，煤厚變異系數23.9%，可采指數100%。煤層穩定；11-2煤層上距13-1煤平均70m。平均厚2.88m，結構簡單～較簡單，含1層夾矸，上部砂巖發育，底板以泥巖為主。煤厚變異系數21.8%，可采指數100%，煤層穩定；8煤層上距11-2煤平均90m。平均厚2.59m米，結構簡單，局部含1層夾矸，煤層上部至9煤間砂體發育，具沖刷特征，形成8煤沖蝕區,沖刷區大致呈東西向帶狀，使8煤缺失，變薄，沖蝕最深處達7-2煤下，變異系數34.6%，可采指數92.3%，煤層頂板多為砂巖，底板一般為泥巖。煤層較穩定。非沖刷帶煤層穩定，厚度變異系數為26.3%。6-2煤層平均厚3.56m，煤層單一，結構簡單～較簡單。頂底板多為泥巖，變異系數22%，可采指數99.5%，煤層穩定；1煤層平均厚6.34m，結構簡單～復雜，具0～3層夾矸，局部夾矸厚達4.64m，使1、3煤層分層出現。煤層頂底板多為砂質泥巖。煤厚變異系數24.4%，可采指數100%，屬穩定煤層。

2 瓦斯含量變化規律

2.1 主采煤層瓦斯含量

根據勘探鉆孔揭露5個主采煤層的瓦斯含量資料，將各煤層可燃氣含量、成份分三個水平列入表2-1。

表2-1 各主采煤層瓦斯含量統計表

井田范圍內 13-1、11-2、8、6-2、1 煤等五個主要煤層的276個瓦斯煤樣，采集深度在-480～-1157m之間，具體分布情況為：13-1煤層68個、11-2煤層48個、8煤層46個、6-2煤層56個、1煤層58個。

從表2-1中可以看出，同一煤層隨埋深增加，瓦斯含量呈逐漸增大趨勢（11-2煤層在-780m以下由于多個鉆孔分布于斷層附近，受斷層影響，鉆孔瓦斯統計資料比實際偏小）。此外，在5個主采煤層中，6-2煤層瓦斯含量最高，56個鉆孔平均瓦斯含量6.51m3/t；11-2煤層最低，48個鉆孔平均瓦斯含量 4.883m3/t。

2.2 采區瓦斯含量變化規律

中央采區13-1煤層瓦斯含量0.0551～12.226m3/t，平均5.380m3/t。南區13-1煤層瓦斯含量0.77～13.5899m3/t，平均5.1414m3/t。根據以上數據回歸得出13-1煤層瓦斯含量與埋深關系如下：

中央采區 11-2煤瓦斯含量 0.0288～10.1200m3/t，平均4.1830m3/t，南區瓦斯含量 1.6915～12.4513m3/t，平均 5.783m3/t，南區的11-2煤層瓦斯含量要比中央區大,南區和中央區劃分成兩個瓦斯地質單元。

煤層埋藏深度的增加不僅會使煤層和圍巖的透氣性降低，而且瓦斯向地表運移的距離也增大。根據以上數據回歸得出11-2煤層瓦斯含量與埋深關系如下：

3 影響瓦斯含量變化因素

3.1 地質構造

在眾多的地質因素中，造成瓦斯分布不均的主要影響因素是地質構造，地層的褶曲和斷層可以使瓦斯逸散，也可以使其在局部富集，以致形成井田各塊段間瓦斯含量的差異。構造變動可以破壞煤層尤其是厚煤層某些地段的原生結構，使煤體強度降低，氣體運移受阻，導致局部瓦斯壓力、瓦斯含量增大，發生煤與瓦斯突出的傾向性增強，成為礦井瓦斯的突出點。2009年元月，南區-796m進風提料斜巷揭露落差40m的F114斷層

時，從迎頭斷層裂隙中涌出瓦斯，造成采區回風探頭超限，最大濃度達到1.04%。

3.2 圍巖結構

瓦斯含量表現為煤的孔隙率越高，瓦斯含量越大，圍巖巖性越致密，瓦斯含量越高。顧橋九7孔11-2煤層頂板是厚的裂隙發育的中細砂巖，此處煤層可燃氣含量只有0.0288cm3/g，斷層附近的瓦斯含量可能偏低，顧橋九16、構1孔分別位于F104、F109附近，1煤瓦斯含量偏低。在同一層煤的平行樣中上部樣品瓦斯含量較高，顧橋五27孔1煤的上部含量為6.2857cm3/g，下部為3.9826cm3/g。

煤層頂底板砂巖裂隙發育處往往積聚瓦斯，在近煤層頂底板砂巖出水時也常有瓦斯集中涌出現象。南二采區11-2膠帶機大巷在11-2煤層底板砂巖中掘進時,曾出現裂隙內積聚瓦斯集中噴出現象；1414(1)運順底板巷掘進在無地質構造的情況下打錨索眼時出現頂板砂巖出水并向外噴瓦斯現象。

3.3 埋藏深度

煤層埋藏深度是控制瓦斯的主要地質因素，直接影響到瓦斯含量、瓦斯壓力和瓦斯賦存條件，一般來說，煤層埋藏越深，瓦斯壓力越大，瓦斯壓力隨著埋藏深度增加趨于增大的正相關關系。

4 結論

4.1 顧橋礦井為單斜構造,地層平緩,瓦斯賦存條件較好，屬高瓦斯礦井，根據勘探鉆孔資料，各煤層中瓦斯含量較高，從井下實際揭露13-1及11-2煤層瓦斯情況來看，瓦斯相對涌出量及絕對涌出量均較大，瓦斯壓力較高。

4.2 同一煤層隨埋深增加，瓦斯含量呈逐漸增大趨勢，五個主采煤層中，6-2煤層瓦斯含量最高，56個鉆孔平均瓦斯含量6.51m3/t；11-2煤層最低，48個鉆孔平均瓦斯含量4.883m3/t。

4.3 瓦斯含量的大小與煤層圍巖結構、構造、埋藏深度等因素有關，造成了瓦斯不同的貯存、運移條件，導致煤層瓦斯含量分布的不均一性。

［1］夏森林.顧橋煤礦瓦斯分布規律初探[J].煤炭技術，2005，9，24（9）.

［2］張春光，姜波，朱慎剛，李長貴.淮北祁南井田瓦斯賦存規律及影響因素分析[J].中國煤炭地質，2010，1，22（1）.