三礦七采區瓦斯賦存規律控制因素分析

王愛紅WANG Ai-hong

（甘肅窯街煤電集團公司三礦，蘭州 730080）

（Gansu Yaojie Coal Electricity Group Co.，Ltd.No.3 Mine，Lanzhou 730080，China）

0 引言

瓦斯賦存規律研究是以瓦斯地質理論為依據，詳細分析影響瓦斯賦存的各個地質因素，找出其分區分帶特征，進行瓦斯預測預報，傳統的瓦斯研究主要考慮瓦斯賦存隨煤層埋深的增加而變化的一般規律，很少研究斷裂構造對瓦斯的運移、聚集以及對瓦斯突出的影響，三礦七采區復雜的地質構造特征直接影響瓦斯分布規律，研究分析該區地質構造展布規律對礦井瓦斯治理、防治煤與CO2突出，制定相應措施有很大指導意義。

1 礦井概況

三礦七采區是2008年7月窯街煤電集團公司根據省有關文件精神，進行資源整合而成立的新采區。該采區位于窯街煤田精查勘探區以外東北邊緣的一塊地層直立倒轉、構造極其復雜的地段，地質勘查階段沒有作過任何勘探工程。主采煤二層，煤質為不粘煤，煤層厚度10～60m，平均厚度35m。煤層傾角60°～90°。煤層結構復雜，一般含夾矸4～12 層。2010年礦井核定生產能力為200 萬t/a、其中七采區80 萬t/a，2013年礦井瓦斯等級鑒定為低沼、煤與CO2突出礦井，七采區自建井至今曾發生8 次煤與CO2突出事故，CH4的絕對涌出量為m3/min，相對量m3/t，CO2的絕對涌出量為m3/min，相對量m3/t。通風方式為抽出式通風，開拓方式為盤區與暗斜井聯合開拓，開拓水平為1400m，生產水平為1510m，采用走向長壁水平分層綜采放頂煤采煤法。

2 區域地質構造特征

窯街煤田為陸相斷凹型山間聚煤盆地，煤田形成后因受東部F19斷層組壓扭力影響使煤田形成北東向的一系列短軸褶皺構造，依次為海石灣向斜、喇嘛溝背斜、馬家嶺向斜、程家窯背斜，機修廠向斜。七采區煤田位于機修廠向斜東南翼的北端，由于靠近F19斷層組，使得該區域地質構造極為發育，煤層賦存條件復雜。三礦七采區構造如圖1 所示。

圖1 七采區地質構造綱要圖

3 七采區瓦斯賦存規律影響因素

3.1 地質構造對瓦斯賦存影響 地質構造對瓦斯賦存影響較大，一方面造成瓦斯分布不均衡，另一方面形成了瓦斯儲存或瓦斯運移的有利條件，根據多年的研究成果：皮帶斜井煤田中的CO2為無機來源，是煤田深部湟源群大理巖熱解的產物，大量的CO2氣體沿著F19深大斷裂帶運移至淺部，經過F15、F19-2、F604等次生斷裂構造帶至煤二層富集，這期間F15、F604等斷層成為七采區CO2運移的主要通道。

由于七采區煤層處于窯街煤田沉積邊緣，受F19深大斷裂構造影響，在采區南部形成以F604、F15-3為主的入字形斷裂構造體系，兩斷層均為壓扭型逆斷層，加之該區域煤二層頂板為致密堅硬的油頁巖、砂巖，在七采區南部形成封閉良好的斷陷塊段構造，從F15等斷層破碎帶中運移的無機源CO2氣體在F604、F15-3逆斷層下盤煤層中富集，形成局部高壓CO2氣包。

3.2 煤層結構對瓦斯賦存影響 七采區在侏羅紀后期強烈的構造活動，不但使煤系地層走向上彎曲多變，傾向上直立倒轉，而且形成大量的斷裂構造，七采區0.16km2的范圍內發現有14 條斷層，這些斷層的相互錯動和切割，形成大量的以炭質泥巖、碎裂煤、糜棱巖為主斷層構造煤，這些構造煤對CO2具有較強的吸附力，加之煤二層底板側的炭質泥巖軟分層，使七采區煤層結構復雜，具有聚集高壓CO 的條件，煤巖吸附瓦斯見圖2。

圖2 煤層吸附瓦斯曲線圖

七采區北部一是距F19甚大斷裂構造較遠，且被F15-3斷層切割阻擋，CO2氣體無法大量運移；二是北部煤層受F19深大斷裂構造影響較小，形成的次生構造數量少（只有4 條），且均為開放性正斷層，落差小（均小于10m），形不成大量的構造煤，所以煤層結構簡單，不利于大量CO2氣體儲存，只有少量有機源CO2及CH4存在，所有北部CO2含量較低，相對CH4含量較高。

3.3 煤層埋深對瓦斯賦存影響 煤層埋深的增加不僅因地應力的增高而使煤層和圍巖的透氣性降低，而且煤層瓦斯箱地表運移的距離和阻力增加，便于煤層瓦斯封存，不易逸散。統計2010年以來七采區勘探階段、井下鉆孔抽放前所取的原始煤層CH4、CO2含量，見表1，瓦斯含量與埋深的關系見圖3。經分析發現七采區煤二層中瓦斯含量基本上隨著煤層標高降低而增加，其相對瓦斯含量梯度為：CO20.066～0.08m3/（t.m），CH40.0018～0.0026m3/（t.m），據此煤層埋深是影響瓦斯賦存規律主要因素。

從圖3 可知，隨著煤層埋深增加，瓦斯含量逐漸增加，其CO2回歸線性方程為：

式中q—CO2含量（m3/t）。

h—煤層埋深（1550-1400m）（m）。

CH4回歸線性方程為：

式中q—CH4含量（m3/t）。

h—煤層埋深（1550-1400m）（m）。

表1 七采區實測瓦斯含量統計表

4 瓦斯賦存規律

圖3

沿煤層走向方向，南部區域斷裂構造發育，煤層結構復雜，通過斷層運移的CO2氣體含量高、壓力大，具有煤與CO2突出條件，而CH4相對較小；中北部煤層受斷裂構造破壞小，煤層結構簡單，且被F15-3斷層切割封閉，無機源CO2氣體無法運移，所以含量低，但中部煤層轉彎處，是煤層氣CH4集聚良好條件，CH4含量升高。具體見沿走向瓦斯含量曲線圖4。斷層破碎帶高于一般區域，斷層下盤煤層瓦斯高于上盤煤層。

圖4 瓦斯含量沿煤層走向變化趨勢圖

根據以上分析，對七采區瓦斯CO2突出危險區域劃分，南部F604斷層以北至F15-3以南為煤與CO2突出危險區；中北部F15-3斷層以北至井田邊界，1500 水平以上為非突出區，1500 以下暫定為突出危險區。

5 結論

綜合分析七采區歷年瓦斯資料，確定了瓦斯賦存規律與該區域的地質斷裂構造、煤層埋深有很大關系，是影響CO2、運移、分布、聚集的主要因素，研究分析斷裂構造發育特征對瓦斯治理有很大意義。

根據七采區瓦斯地質資料，劃分CO2突出區、非突出區，為防治煤與瓦斯突出，制定安全措施提高合理依據，確保礦井安全高效發展。

[1]張子敏，張玉貴.瓦斯地質規律與瓦斯預測[M].北京：煤炭工業出版社，2005.

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[3]周世寧，林柏泉.煤層瓦斯賦存與流動理論[M].北京：煤炭工業出版社，1999.