城郊井田二2 煤層瓦斯地質賦存特征研究

王傳永 苗曉斌 曹鴻鵬

（1.河南能源永煤公司城郊煤礦，河南 永城 476600； 2.河南能源建設集團國龍礦建公司，河南 永城 476600）

1 引言

城郊煤礦井田面積為92 km2，核定生產能力為5.0 Mt/a，開拓方式為立井多水平上下山。井田主采的二2 煤層位于山西組下統，平均煤厚2.95 m。礦井為煤與瓦斯突出礦井，地質、水文地質類型均為中等。二2 煤層自燃傾向性為Ⅲ類（不易自燃），煤塵無爆炸危險性。由于開采深度不斷延伸，二2煤層瓦斯含量呈增大趨勢，嚴重制約礦井采掘生產。為此，通過收集、整理井田勘探以及采掘生產揭露的瓦斯分布情況及地質資料，分析了井田瓦斯地質影響因素和賦存規律。

2 地質構造及控制特征

城郊井田位于NNE 向永城復式背斜西翼中段，寬緩褶皺伴隨一定數量的斷裂構造和波狀起伏構成了井田的基本構造特征。井田內構造形態明顯受永城復式背斜所控制，褶皺和斷裂構造多呈NNE 向展布，其次是近EW 向。井田東南部地層走向為NNE 向，南部由于兩組不同方向構造的復合而呈馬鞍狀；井田中部、北部由于受小褶曲影響，呈波狀起伏，走向變化較大。井田周邊均為高角度正斷層，落差均超過100 m，從而使井田形成了一個相對獨立的地質單元。井田地層傾向以SSW 向為主，地層傾角7～16°，局部地段達21～30°。

3 瓦斯地質影響因素分析

3.1 煤層埋藏深度對瓦斯賦存的影響

由于城郊煤礦開采深度的延深，煤層埋深也在相應增加，地壓力增大，煤巖層的透氣性逐漸變差，而封閉性越來越好，深部煤層中瓦斯含量也將相應增大。將礦井投產后的各采區瓦斯實測參數結果匯總，并對井田勘探期間瓦斯含量測試結果進行統計篩選（數據異常的去掉，CH4成分小于80%的去掉，含量小于2 的去掉），見表1，建立回歸分析煤層埋藏深度（H）與瓦斯含量（W）的關系，如圖1 所示。

表1 二2 煤層瓦斯含量測試參數匯總表

二十二采區外段處于地質構造異常區，瓦斯含量測值偏高，屬于異常數據，不能代表瓦斯含量的正常變化，在此剔除。21804 膠帶順槽P12 點15 m取樣解吸堵針，3225 孔瓦斯成分75%，二十二采區通尺675 m 處于構造影響帶，屬于異常點，剔除。

圖1 二2 煤層埋藏深度與瓦斯含量關系散點圖

由回歸方程可知，相關系數r 達0.91，煤層瓦斯含量與埋藏深度線性相關性較好，煤層瓦斯含量隨著埋藏深度的增加而增大，煤層埋藏深度為井田瓦斯賦存的主控因素。

3.2 地質構造對瓦斯賦存的影響

地質構造是影響瓦斯儲存的最重要的條件之一，通常開放型構造對瓦斯逸散有利，封閉型地質構造對封存瓦斯有利。井田控制瓦斯地質單元的邊界均為高角度正斷層，主要為近NNE 向和EW 向，均屬于基底斷裂，通過抽水試驗證實均不導水，斷層面對瓦斯的運移起到了阻隔的作用。

而受基底斷裂控制形成的反相褶皺及區內小斷層則控制了瓦斯在地質單元內的分布，煤層瓦斯運移至斷層面被阻，造成瓦斯局部富集。在靠近斷層附近，受斷層排放影響，上盤往往瓦斯較低，下盤瓦斯較高。根據井下實測瓦斯含量，二十二采區外段正好處于向斜的核部且煤層產狀變化劇烈，煤厚變化較大，瓦斯相對較高，且煤層越厚瓦斯越大，屬于構造影響瓦斯賦存異常區，因此地質構造是瓦斯賦存的影響因素之一。

3.3 煤層頂、底板巖性對瓦斯賦存的影響

煤層頂、底板巖性對瓦斯的賦存影響是相對的，以泥巖、砂質泥巖、頁巖等致密巖性為主的煤層頂、底板，其透氣性較差，通常對瓦斯的逸散起阻隔、封閉作用，有利于保存煤層瓦斯。而砂巖、礫巖等，其孔隙度大，連通性好，不利于瓦斯保存。城郊井田二2 煤層頂、底板巖性以厚層狀泥巖（厚度一般大于5 m）和中細粒砂巖為主，局部區域為薄層狀泥巖和砂質泥巖，巖石整體較完整，穩定性好。如圖2 所示，3225 地勘孔以西為一寬緩向斜，處于斷層下盤牽引端，3225孔二2煤層頂板泥巖厚度為7 m，煤層厚度為4.51 m，瓦斯含量5.296 m3/t。二2煤層頂板巖性分布如圖3 所示，對比分析九、二十、二十二等瓦斯含量相對較高的采區，可以發現這幾個區域二2煤層頂板均為泥巖且均較厚，說明在相同條件下煤層頂板巖性越致密對煤層瓦斯保存越有利。因此，本井田煤層頂板巖性及分布是影響瓦斯賦存的主要因素之一。

3.4 巖漿巖分布對瓦斯賦存的影響

城郊井田內巖漿巖活動較普遍，精查期間共有70 個鉆孔（占總鉆孔數的20%）穿見83 層次巖漿巖。鉆孔穿見厚度多在3 m 之內，侵入區域主要集中分布在31 勘探線以北、F14 斷層以東的三、五、七采區。巖漿巖巖性以輝綠巖為主，產狀除花崗（斑）巖為巖床外，其余均為小的巖脈或巖席。在巖漿侵入區煤層薄或消失，部分區域煤層變質為天然焦。

圖2 3 號勘探線剖面圖

根據井下五采區25001 工作面切眼實測地質剖面（如圖4 所示），巖漿主要沿二2 煤層底板侵入，對煤層產生擠壓和揉搓，引起煤層發生熱變質形成天然焦，煤層厚度減小。雖然巖漿活動可使煤層變質程度增大，生成更多瓦斯，但該區煤層受構造抬升埋深僅為400 多米，瓦斯幾乎逸散殆盡，附近0311 鉆孔瓦斯含量僅為0.33 m3/t 也證實這一點。

圖3 井田二2 煤層頂板巖性分布圖

圖4 25001 工作面切眼實測地質剖面

因此，該區巖漿侵入對瓦斯保存不利。

3.5 巖溶陷落柱對瓦斯賦存的影響

巖溶陷落柱的存在一般會使煤層局部中斷，減少煤炭儲量，造成巷道工程穿過時施工困難。在水文地質條件復雜的區域則會導通上下煤層、含水層間的瓦斯、水力聯系。出露地表的陷落柱則在煤層位置出現風氧化現象，煤層瓦斯減??；隱伏陷落柱在煤層位置出現涌水量增大、瓦斯減小等現象。

城郊井田累計發現3 個陷落柱，分別位于三采區南部、二采區輔助采區東南部、八采區中部，實際揭露陷落柱均不導水，且均位于一水平靠近二2煤層露頭附近，瓦斯含量均在1 m3/t 以下。因此，本區巖溶陷落柱對瓦斯賦存幾乎無影響。

3.6 水文地質條件對瓦斯賦存的影響

水文地質條件對煤層瓦斯有三種控制作用：水力封閉、水力運移逸散和水力封堵。井田二2 煤層直接充水水源是頂板的山西組砂巖裂隙含水層，該含水層富水性不均一。在深部二水平，往往富水性較弱，滲透性差，地下水通過壓力傳遞作用，使瓦斯吸附在煤中，瓦斯含量相對較高，水文地質條件對瓦斯起到封閉作用。而在淺部一水平，山西組砂巖含水層富水性稍強，滲透性相對較好，有利于瓦斯的運移和逸散。但由于該含水層補給性差，徑流滯緩，易于疏干，水文地質條件對瓦斯賦存影響不明顯，不是瓦斯賦存的主控因素。

4 結論

（1）通過對城郊井田二2 煤層瓦斯賦存規律地質因素的分析，發現影響瓦斯賦存的主要控制因素包括煤層埋深、地質構造、煤層頂板巖性。

（2）城郊井田地質構造是影響瓦斯賦存的主控因素之一，生產中誤揭露小型構造的可能性很大，應進一步提高小構造探測水平，促進采掘生產安全。

（3）進一步收集井田瓦斯地質數據和資料，不斷總結瓦斯地質規律，繪制瓦斯地質圖，對于科學指導礦井未采區的瓦斯預測，綜合防治瓦斯災害均具有重要的理論和現實意義。