影響煤層瓦斯賦存的地質因素分析

李　靜

(1.河南理工大學，河南 焦作　454000；　2.晉中職業(yè)技術學院，山西 晉中　030600)

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影響煤層瓦斯賦存的地質因素分析

李靜1,2

(1.河南理工大學，河南 焦作454000；2.晉中職業(yè)技術學院，山西 晉中030600)

結合山西焦煤西山煤電集團官地礦的地質條件與瓦斯賦存情況，從地質構造、圍巖性質、埋藏深度等方面，分析了影響煤層瓦斯賦存的地質因素，指出煤層的地質條件決定了瓦斯的賦存含量及運移規(guī)律。

煤層瓦斯，地質條件，礦井

1　礦井概況

山西焦煤西山煤電集團官地礦位于距太原市西南方17.5km處，汾河西岸的呂梁山腳下，地理坐標為東經(jīng)112°15′41″～112°24′26″，北緯37°41′50″～37°49′30″，所開采井田南北長約10km，東西寬約13km，井田面積104.497 4km2，現(xiàn)生產能力為5.0Mt/年。

官地井田東部以及東南部的煤層埋藏都比較淺，交通方便, 開采條件好，多沿煤層露頭土法開采，本礦采用主平硐、副斜井的聯(lián)合開拓方式，開采2號、3號、6號、8號、9號煤層，開采深度820m～1 170m，殘柱式開采，投資少、工期短、收益快。

2　煤層瓦斯參數(shù)及礦井瓦斯等級

2.1煤層瓦斯參數(shù)

為了準確掌握礦井煤層瓦斯基本參數(shù)，為保證安全生產提供技術依據(jù)，2010年集團公司委托重慶煤科院測定了官地礦2號、3號、6號、8號、9號煤層的瓦斯參數(shù)。測得瓦斯參數(shù)見表1。

表1　各煤層瓦斯參數(shù)測定結果

通過對煤層瓦斯參數(shù)測定數(shù)據(jù)進行分析，測定區(qū)域的各煤層均處于甲烷帶。

2.2礦井瓦斯等級

根據(jù)相關規(guī)程、規(guī)范，在2014年對官地煤礦的瓦斯等級進行了鑒定，該礦井屬于高瓦斯礦井。表2為歷年礦井瓦斯絕對涌出量和相對涌出量的鑒定結果，從表2中可以看出，礦井的瓦斯涌出量逐漸增大。

表2　歷年瓦斯鑒定結果匯總表

3　影響瓦斯賦存的地質因素

瓦斯在煤層中的賦存含量是受多種因素共同作用下的一個結果，結合官地礦的具體地質條件，影響瓦斯賦存的地質因素主要有如下幾種。

3.1地質構造

官地煤礦所開采井田屬于西山煤田的前山區(qū)，井田地層呈單斜構造狀態(tài)，地層傾向SW、走向NW～SE。井田內褶皺和斷層大多為擠壓性封閉構造，透氣性較差，所以瓦斯含量較其他部位都高；而在陷落柱附近常伴有裂隙，陷落柱內煤、巖塊混雜，透氣性好，往往將臨近煤巖層溝通，使礦井瓦斯涌出量高于其他部位。

3.2圍巖性質

瓦斯主要賦存在煤層中，但會向周圍巖層發(fā)生逸散，而瓦斯逸散的通道主要是圍巖中存在的孔隙，所以煤層瓦斯含量受到其周圍巖石孔隙發(fā)育程度的影響，當圍巖孔隙不發(fā)育時，圍巖的透氣性差，隔氣性強，瓦斯難以通過圍巖，比較容易積存于煤層中；當圍巖為砂礫巖等孔隙發(fā)育程度高的巖石時，圍巖的隔氣性差，透氣性強，瓦斯在煤層中的積存就會減少。為了反映圍巖透氣性對煤層瓦斯賦存的影響，常用的指標是煤層圍巖的厚度和致密性，例如頂?shù)装迥鄮r的厚度越大，對瓦斯逸散的阻隔作用越強，致密的頂?shù)装迥鄮r能起到很好的封蓋能力，并限制地下水的運移、滲透，導致地下水的活躍性較弱，水動力條件下降，從而使瓦斯含量增高；頂?shù)装鍨榛規(guī)r時，易被溶蝕導致裂隙十分發(fā)育，水動力條件較強，瓦斯就不容易積存在煤層中。

官地煤礦2號、3號、6號、9號煤層頂板均為較致密的泥巖、細砂巖、砂質泥巖，瓦斯容易聚集保存；8號煤層頂板為致密堅硬的石灰?guī)r，對瓦斯的聚集保存也比較有利。

3.3煤層埋深

多年的礦井開采經(jīng)驗表明，隨著煤層埋深的加深，瓦斯含量、瓦斯壓力、瓦斯涌出量都會增加，而且在瓦斯風化帶以下，它們與煤層埋藏深度的關系呈正相關。除了煤體裂隙發(fā)育程度、對瓦斯吸附能力、含水性和溫度等對煤層中瓦斯含量影響較大外，還有一項主要因素是煤層中的瓦斯壓力。瓦斯壓力指賦存于煤層孔隙中的瓦斯對孔隙壁的作用力，其大小取決于煤層中所賦存瓦斯的排放條件，而煤層瓦斯的排放條件與煤層自身透氣性、地質構造情況有關，又因為煤層瓦斯密度小于空氣密度，所以排放出的瓦斯總體上會向上方巖層逸散，所以煤層瓦斯的排放條件還與其上覆巖層的厚度、透氣性及含水性有關，例如淺部巖層在構造應力作用下往往裂隙比較發(fā)育，瓦斯排放條件好，因此瓦斯壓力較低，而隨著埋藏深度增加，瓦斯越不容易排放，因此其壓力會增大。此外，瓦斯壓力與地應力也有關，地應力隨深度增加而增加，地應力的增加使得煤體中孔隙趨向閉合，從而使孔隙壁對孔隙中瓦斯的作用力增大，即增大了瓦斯壓力。當煤層瓦斯壓力大于靜水壓力時，煤層瓦斯就會向外排放，直至瓦斯壓力低于靜水壓力。與淺部煤層相比，深部煤層的瓦斯排放條件差，瓦斯壓力遠高于靜水壓力，所以瓦斯含量和瓦斯涌出量都比較大。

4　結語

影響煤層瓦斯含量的因素除了地質構造、圍巖性質、煤層埋深以外還有很多，如煤質、煤層裂隙發(fā)育情況、水文地質條件、沉積作用等等，因此掌握礦井的地質條件是研究礦井煤層瓦斯的賦存及運移規(guī)律的基礎。

礦井瓦斯的形成經(jīng)歷了生物化學成氣和煤化變質作用兩個階段，第一階段由于離地表較近，覆蓋層不厚而且透氣性好，所以生產的氣體大部分散逸到大氣中。隨著沉積作用的不斷進行，上覆巖層越來越厚，透氣性越來越差，溫度和壓力也隨之增加，生物化學作用逐漸停止轉到煤化變質作用階段，有機物的揮發(fā)分開始減少，固定碳開始增加，主要生成甲烷和二氧化碳，在該階段，高變質程度的煤層中瓦斯含量也較高。

在成煤過程中，瓦斯會向外逸散，生成的瓦斯量要比煤層中所賦存的瓦斯量高很多，所以煤層瓦斯含量與瓦斯的排放條件有關，瓦斯排放條件越差，煤層對瓦斯的儲存條件就越好，瓦斯含量也越高。影響瓦斯排放條件的關鍵因素有煤層透氣性、地質構造、上覆巖層的厚度與透氣性等。

綜上所述，可以得出，煤層的地質條件決定了煤層中瓦斯的賦存及運移規(guī)律。不同礦區(qū)、不同煤層的瓦斯含量不同，即使同一礦區(qū)、同一煤層的不同地點，由于地質條件的不同，其瓦斯含量也會有所差別，因此研究影響煤層瓦斯賦存的地質因素，是研究礦井瓦斯的基礎。

[1]石小光,楊靖，汪新翔.重慶觀音峽礦區(qū)新店子井田煤層氣賦存影響因素及開發(fā)模式研究[J].中國煤炭地質，2015，27(6)：26-30.

[2]陳佳.萍鄉(xiāng)青山煤礦大槽煤層瓦斯地質特征研究[D].淮南：安徽理工大學，2011.

[3]李萬仕.下溝煤礦瓦斯地質規(guī)律探討[J].能源技術與管理，2010(6)：54.

Ongeologicalfactorsaffectinggasoccurrenceincoalseams★

LiJing1,2

(1.Henan University of Technology, Jiaozuo 454000, China;2.Jinzhong Vocational and Technical College, Jinzhong 030600, China)

CombiningwiththegeologicalconditionsandgasoccurrenceofGuandiMineofXishanCoalElectricityGroup,thepaperanalyzesthegeologicalfactorsaffectingthegasoccurrenceofthecoalseamsfromthegeologicalcomponents,propertiesofsurroundingrock,andburialdepth,andpointsoutthegeologicalconditionofthecoalseaminfluencesthegasvolumeandthemigrationlaw.

coalseamgas,geologicalcondition,mine

1009-6825(2016)23-0062-02

2016-06-08

李靜(1984- )，女，在讀工程碩士，助教

TD712.2

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