貴州XXX煤礦瓦斯賦存規律及地質因素分析

2017-11-30 18:50:19李東慧

科技與創新 2017年16期

李東慧

（山東省煤田地質規劃勘察研究院，山東濟南250104）

李東慧

（山東省煤田地質規劃勘察研究院，山東濟南250104）

以西介紹了研究區基本地理、地質情況，對研究區整體的瓦斯數據（鉆孔的瓦斯含量、成分分析及瓦斯增項測試）進行了翔實的闡述和深入的分析。在各項數據基礎上，進一步研究了地質構造、煤層頂底板巖性、煤層埋深等方面對瓦斯賦存、運移的影響；分析了XXX煤礦煤層瓦斯特性及賦存規律，對煤礦以后的瓦斯治理和安全生產起到了促進作用，使得防突措施更有針對性和實用性。

瓦斯；賦存規律；地質構造；頂板巖性

1 研究區概況

該煤礦位于貴州省黔西縣，煤礦南北長約7.84 km，東西寬1.23～2.48 km，面積14.5 km2。本區含煤地層為二疊系上統龍潭組，平均厚度為173.12 m。整個煤系地層為典型的海陸交互相沉積，環境較穩定，變化較小，規律性較明顯。可采煤層主要有4層（M9、M13、M14、M15），可采煤層平均總厚8.84 m。煤系地層中所含煤層平均總厚度16.28 m，含煤系數9.34%.礦區處在安底背斜西翼。軸部出露地層：龍潭組為區內地表出露的最老層位，背斜軸呈S形，近南北向分布。井田構造發育程度一般，為燕山期構造，與井田褶皺屬同一地質時期。受區域性構造的控制，斷層主要發育于井田的東部邊界周圍和南部烏渡河以南。走向大都為近南北向，與地層走向基本一致，斷層落差變化較大。

2 煤礦瓦斯分布規律及特征

2.1 瓦斯含量及成分

各煤層中甲烷含量最高達16.40 m3/t，甲烷成分最高為99.57%.各煤層瓦斯均以甲烷（CH4）含量和成分最高，其次為氮氣（N2），二氧化碳（CO2）；根據瓦斯成分劃分該礦區以氮氣-沼氣帶、沼氣帶為主，局部分布二氧化碳-氮氣帶。

2.2 瓦斯分布規律

M9煤層礦區露頭附近及中部沿北西—南東方向為小片貧氣區、含氣區，東北部、西南部為富氣區；M13煤層由東向西總體上隨著埋藏深度的增加，依次為不規則條帶狀貧氣區、含氣區、富氣區；M14煤層可采范圍內露頭附近至南部邊界為貧氣區，中部、北部多為含氣區，局部為一富氣區；M15煤層礦區南部邊界附近為小細條帶狀貧氣區，向南部、深部多為含氣區，局部為小范圍富氣區。

M9煤層南部、中部為沼氣帶；南部靠近煤層露頭及滑坡體、中西部、北部為氮氣-沼氣帶，中西部氮氣-沼氣帶中存在一二氧化碳-氮氣點。M13煤層礦區中部為沼氣帶，兩側及北部為氮氣-沼氣帶，北部靠近沉缺邊界為二氧化碳-氮氣帶。M14煤層東南部、北中部可采范圍內為沼氣帶，西南部靠近煤層露頭、中西部可采范圍內、東北部為氮氣-沼氣帶。M15煤層整體上為氮氣-沼氣帶，中部分布一條帶狀沼氣帶，二氧化碳-氮氣帶零星分布。

3 瓦斯增項測試

3.1 突出危險性測試參數

各煤層均測試了煤的堅固性系數和瓦斯放散初速度ΔP.M9、M13、M14、M15煤層堅固性系數最小值分別為1.3，0.9，1.2，0.5，各煤層平均值均大于臨界值（0.5）。鉆孔瓦斯壓力測定值各煤層變化在0.15～2.04 MPa之間，除了M14以外，其他煤層均大于始突瓦斯壓力（0.74 MPa），各煤層瓦斯放散初速度ΔP分別為19，26，27，29，均大于其臨界值10.因此，M9、M13、M15煤層為瓦斯突出煤層。另外，樣品受采樣的局限，M14煤層也不排除有瓦斯突出危險性，為了確保生產過程中的安全，在開采時也應按突出煤層對待。

3.2 孔隙率和滲透率

孔隙率是影響多孔介質內流體傳輸性能的重要參數。M9、M13、M14、M15煤層的孔隙率分別為4.03%，3.47%，3.76%，6.71%.煤的孔隙特性與煤化程度、地質破壞程度和地應力性質及其大小等因素密切相關。

滲透率是煤巖滲透流體能力大小的度量，是煤層氣甲烷開采中一個最為關鍵的參數，也是最復雜且難以確定的參數。M9、M13、M14、M15煤層的滲透率分別為0.26×10-3μm2、0.32×10-3μm2、0.18×10-3μm2、0.24×10-3μm2，均屬中滲區。

4 瓦斯賦存的影響因素分析

影響煤層瓦斯賦存和分布的主要地質因素包括地質構造、煤層埋藏深度、圍巖條件、地下水活動和巖漿活動等。結合煤礦自身的地質情況，從地質條件的角度來分析，影響本礦區煤層瓦斯賦存的主要因素有地質構造、頂板巖性、煤層埋深、煤變質程度等。

4.1 地質構造對瓦斯賦存的影響

地質構造是影響本礦井瓦斯賦存的重要條件。礦區大地構造位于揚子準地臺黔北臺隆遵義斷拱畢節北東向構造變形區的東部，區域構造為一北東向寬緩背斜（安底背斜）南部傾伏端，背斜軸向北東。北西翼地層傾角25°～30°，南東翼地層傾向南東，傾角20°～35°，局部地層傾角較陡，為45°～60°。整個礦區斷裂不發育，利于瓦斯含量保存。

4.2 頂板巖性對瓦斯賦存的影響

該礦區煤層頂板巖性以砂質泥巖為主，其次為泥巖、粉砂巖。砂質泥巖、粉砂巖為疏松型巖性，有利于瓦斯逸散；泥巖頂板巖石為致密型巖性，對瓦斯起一定的保存作用。以M9煤層為例，J205鉆孔頂板為13.50 m（破碎帶）、0.29m（砂質泥巖），瓦斯得到較好的逸散，不利于瓦斯保存。即使位于埋藏較深的西部，瓦斯含量仍然最低，僅3.66 m3/t。

4.3 煤層埋深對瓦斯賦存的影響

一般出露地表的煤層，其瓦斯容易沿煤層運移向地表逸散，而且空氣也向煤層滲透，瓦斯含量小；隨著煤層埋藏深度的增加，上覆地層逐漸加厚，加大了對瓦斯的封存作用，不利于瓦斯逸散，從而使煤層瓦斯含量升高。根據眾多學者分析，瓦斯含量、瓦斯涌出量及瓦斯壓力，都隨埋藏深度的增大而增加[4-5]。以M9、M13為例，礦區埋藏較深的西部地區瓦斯含量比埋藏較淺的東部地區大。