胡家河礦4煤層瓦斯賦存特征及瓦斯地質分析

孫林

【摘要】基于胡家河礦工作面實測瓦斯參數異常變化的情況，運用瓦斯地質理論，從地質構造、煤層厚度、埋深、頂底板巖性四個方面，對胡家河礦4煤層瓦斯賦存區域性特征進行分析，得出高瓦斯富集區的位置和范圍，明確主控因素為褶皺構造、煤層厚度、斷層、古河床沖刷沉積構造帶。

【關鍵詞】煤層；瓦斯賦存；瓦斯地質分析；主控因素

1礦井概況

胡家河煤礦位于陜西彬長礦區南部邊界，地處彬縣、長武兩縣交界處，隸屬長武縣、彬縣管轄。地質儲量890.61Mt，可采儲量為395.44Mt。本井田劃分為2個含煤層段，即上段（J2y2）與下段（J2y1），上段含3號煤層，下段含4號煤層，其中：3號煤層為局部可采煤層；4號煤層厚度一般為10～25.00m，煤層傾角一般小于5°。煤層頂板以粉砂巖、粗粒砂巖為主，煤層底板巖性以泥巖為主。

2礦井瓦斯賦存特征及控制因素分析

2.1礦井瓦斯賦存特征

基于胡家河礦有采掘活動的401、402盤區，各工作面采掘期間的瓦斯實測參數統計。胡家河礦不同盤區的工作面，甚至是一個工作面的不同位置瓦斯實測參數變化很大。工作面回采期間絕對瓦斯涌出量最大能達到55.10m3/min，最小僅為8.71m3/min；掘進期間回風瓦斯濃度最大能達到0.4%，最小不到0.1%。因此，礦井4煤層瓦斯賦存區域性分布特征明顯：總體來講，以中央大巷為界礦井南部（401盤區）比北部（402盤區）瓦斯賦存量高，各區內的某些位置瓦斯又相對富集，尤其以401盤區南翼鄰近小莊井田保護煤柱700m范圍表現最為突出，形成礦井高瓦斯區域。

2.2礦井瓦斯賦存特征控制因素分析

（1）區域地質構造

彬長礦區屬鄂爾多斯盆地，與鄂爾多斯盆地和煤系地層有關的主要構造運動有三期，即印支運動、燕山早期運動及燕山晚期運動。

印支期構造為含煤地層基底構造，對礦井內煤系、煤層沉積和賦存控制作用明顯，在很大程度上決定了煤層瓦斯的“生、儲、蓋”。如礦井在古地貌低凹區（見圖1中A、B點），沉積厚度較大（見圖2中A、B點），而在古地貌隆起區（見圖1中C、D點），其沉積厚度相對變薄以至尖滅（見圖2中C、D點）。401盤區位于下圖1中B點的古地貌低凹區，沉積量大，沉積厚度厚；402盤區位于下圖2中D點的古地貌隆起區，沉積量小，沉積厚度薄。因此，401盤區比402盤區具有更多的煤層瓦斯“生、儲、蓋”的有利條件。而圖中B點的位置大致就在401盤區的南翼，鄰近小莊礦保護煤柱的高瓦斯區域。該區的沉積量最多，沉積厚度最大，自然擁有的煤層瓦斯“生、儲、蓋”有利條件也就最多。

（2）礦井地質構造

①褶皺構造

背斜，當頂板巖石透氣性差，且未受構造破壞時，背斜有利于瓦斯儲存，背斜軸部的瓦斯會相對集中；向斜，在向斜盆地構造的礦區，頂板封閉條件良好時，瓦斯易沿兩翼流動。

結合402103工作面回采期間絕對瓦斯涌出量變化情況，對褶皺構造瓦斯流動規律進行具體分析：由于A5向斜軸部的煤層瓦斯不斷向其兩翼流動，造成其軸部瓦斯含量低，其北翼為古地貌隆起區煤層尖滅，形成了阻隔煤層瓦斯逃逸的天然屏障，造成A5向斜北翼瓦斯相對富集，該段工作面絕對瓦斯涌出量17.22～23.98m3/min之間，大多在20m3/min以上。而A5向斜軸部及南翼煤層瓦斯流動性好，加之發育有開放型正斷層，不利于瓦斯保存，該段工作面絕對瓦斯涌出量在13.72～11.92m3/min之間，煤層瓦斯最終流向A4背斜的軸部，并且A4背斜軸部未發育開放性斷層，頂板封閉良好，從而造成A4背斜軸部瓦斯富集，該段工作面絕對瓦斯涌出量21.16m3/min。A4背斜南翼至工作面收作工作面絕對瓦斯涌出量9.85～11.83m3/min。401盤區的401103工作面外段，回風瓦斯濃度在0.1%以下，絕對瓦斯涌出量在0.5m3/min以下；當掘進至A1向斜兩翼附近時，工作面回風瓦斯濃度最大達到0.4%，絕對瓦斯涌出量最大為2.68m3/min。這充分說明褶皺構造對煤層瓦斯賦存有明顯的控制作用。②古河床沖刷沉積構造帶

結合401103工作面回采期間絕對瓦斯涌出量變化情況，對古河床沖刷沉積構造帶瓦斯賦存規律進行分析：由于A1向斜北翼古地勢較高，其軸部產生的瓦斯主要沿北翼流動，但由于古河床沖刷沉積構造帶破壞了4煤層的完整性和瓦斯流動通道，在很大程度上給煤層瓦斯向北逃逸設置了“天然”阻礙。在古河床沖刷沉積構造帶阻隔的401盤區南翼區域瓦斯相對富集，工作面絕對瓦斯瓦斯涌出量23.02～35.03m3/min。而A3向斜軸部生成的瓦斯由于沒有阻隔作用，大部分瓦斯繼續向北部流動，造成工作面外段絕對瓦斯瓦斯涌出量明顯降低，在11.55m3/min～8.71m3/min之間。因此，古河床沖刷沉積構造帶對于瓦斯的流動性具有明顯地“阻隔”作用。

③斷層構造

斷裂構造往往是造成同一煤田瓦斯壓力、含量分布不均衡地主要原因，開放性斷層是煤層與地表相連的連通，有利于瓦斯釋放；封閉性斷層型斷層可以阻斷煤層與地表的聯系，成為瓦斯向地表流動的屏障。除了DF16正斷層外，其余402盤區發育的正斷層，均已在402103、402102掘進過程中揭露，掘進期間工作面瓦斯濃度在0.04～0.08%，回風瓦斯濃度在0.1～0.14%，這充分說明開放性斷層發育的地方，瓦斯涌出量較小。401盤區的斷層目前均未揭露，都位于盤區東南部，該區發育的封閉型逆斷層（DF2、DF5）有利于瓦斯儲存，可能會在斷層附近形成瓦斯相對富集區，應高度關注。

（3）煤層厚度

煤層厚度及其變化直接影響生成瓦斯的物質基礎，因而它與瓦斯賦存有著密切的關系。一般認為，煤層厚度越大，瓦斯生成量越大，當具有良好的瓦斯保存條件時，厚煤區一般也是瓦斯富集區。根據鉆孔及實測瓦斯數據，繪制4煤層瓦斯含量與其煤層厚度的關系圖（如圖3）。可看出，井田范圍內4煤層瓦斯含量與煤層厚度具有很大的正相關性，即隨著煤層厚度的增加，4煤層瓦斯含量逐漸增大。

（4）煤層埋深

隨著上覆基巖厚度增加，儲層壓力增大，相應地，瓦斯向地表運移的距離增大，封閉條件相對變好，煤對甲烷的吸附能力增強，煤層瓦斯含量隨之增大。根據鉆孔及實測瓦斯數據，繪制4煤層瓦斯含量與其埋深的關系圖（圖4），可看出整個井田范圍內，瓦斯含量與其埋深的相關性并不明顯。

（5）頂底板巖性

一般情況下，當煤層頂板為較完整的巖石，如泥巖、頁巖時，煤層中的瓦斯容易被保存下來；頂板若為多孔隙或脆性裂隙較發育的巖石，如砂巖、礫巖時，瓦斯容易逸散。井田范圍內401盤區和402盤區煤層頂板巖性存在一定程度差異，402盤區4煤直接頂板以粉砂巖、粗粒砂巖為主，401盤區4煤直接頂板以泥巖為主，403、404、405盤區4煤頂板大量發育粉、細砂巖。401盤區和402盤區煤層底板巖性基本為泥巖（部分為鋁質），但井田東北部的403、404、405盤區4煤底板底板巖性大量發育粉、細砂巖。綜上所述，401盤區的頂底板巖性相較于其他盤區來講，更有利于煤層瓦斯的保存。

3結束語

胡家河礦4煤層瓦斯區域性分布特征的主控因素為褶皺構造、煤層厚度、斷層、古河床沖刷沉積構造帶。生產過程中，應對礦井401盤區南翼鄰近小莊井田保護煤柱700m范圍的高瓦斯富集區進行重點抽放，超前開展區域預抽，加密采前預抽，做到頂分層、切割層、底分層“全煤層”預抽。對厚煤區、背斜軸部、向斜翼部、逆斷層、古河床沖刷沉積構造帶，應進行地質前探，加強通風和瓦斯預抽，避免瓦斯積聚和瓦斯異常涌出。

參考文獻

[1]林伯泉，崔恒信.礦井瓦斯防治理論與技術[M].徐州：中國礦業大學出版社，1998.

[2]王強，李振林，等.礦井地質[M].北京：煤炭工業出版社，2008.

[3]于不凡，王佑安.煤礦瓦斯災害防治及利用技術手冊[M].北京：煤炭工業出版社，2000.