基于瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐值泥u莊礦82煤層瓦斯賦存特征研究

宋益東 ，高建寧 ，張 也

(1.煤礦安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 遼寧 撫順市 113006；2.煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司， 遼寧 撫順市 113122；3.河南理工大學(xué)，河南 焦作市 454000)

研究井田地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯賦存特征是煤層瓦斯賦存規(guī)律的主要研究內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行煤層瓦斯含量預(yù)測，可以有效提高預(yù)測的精度[1-3]。本文利用地勘期間鉆孔資料，結(jié)合井田地質(zhì)構(gòu)造特征，劃分礦井瓦斯地質(zhì)單元，預(yù)測煤層瓦斯含量，以實(shí)現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)。姜家鈺[4]等利用礦井瓦斯涌出量反推煤層原始瓦斯含量；曹運(yùn)興，雷東記等[4-7]通過劃分瓦斯地質(zhì)單元，進(jìn)行煤與瓦斯突出預(yù)測，有效提高了預(yù)測的準(zhǔn)確性。

本文以安徽鄒莊煤礦井田82煤層為例，以探采對比法修正地勘瓦斯含量為手段，以研究井田地質(zhì)構(gòu)造及其演化特征為基礎(chǔ)，得到較為準(zhǔn)確的煤層瓦斯含量，實(shí)現(xiàn)煤層瓦斯異常區(qū)預(yù)測研究的目的。

1 礦井瓦斯地質(zhì)概況

井田位于淮北煤田東南部，處于北東向的雙堆斷層、南坪斷層所夾持的斷塊內(nèi)。區(qū)內(nèi)總體構(gòu)造形態(tài)為一較寬緩軸向北東向西南仰起的向斜，其東翼被雙堆斷層切割，西翼被南坪斷層及F25斷層所夾一系列斷層切割，區(qū)內(nèi)斷層較為發(fā)育。在向斜軸部及東西兩翼瓦斯含量較大，構(gòu)造應(yīng)力集中，煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性較大；井田瓦斯賦存受斷層影響明顯，在F22斷層和F51斷層夾持的區(qū)域和DF26以東區(qū)域，構(gòu)造煤厚度較大，且構(gòu)造煤厚度變化明顯，特別是在F51、DF25、DF26、DF27附近，瓦斯含量普遍偏高。受F25斷層及南坪斷層的抬升作用，井田西部和南部煤層出露，瓦斯含量較低。DF35斷層可能以拉張作用為主，有利于瓦斯釋放，斷層周圍瓦斯含量較低。

2 82煤層瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐?/h2>

2.1 地勘鉆孔瓦斯含量分布特征

從煤層瓦斯含量的區(qū)域分布而言，本煤田在中部、東北部及F25、F26逆斷層的下盤瓦斯含量高；從煤層瓦斯含量隨埋藏深度的變化特征而言，深部煤層的瓦斯含量明顯增加，局部有瓦斯富集的可能。

大量研究表明，地勘期間瓦斯含量與煤層原始瓦斯含量相比較明顯偏低，其原因一是地勘期間大多數(shù)采用套管取芯，所取煤芯深度越深，煤芯暴露時(shí)間越長，估算的瓦斯損失量越不準(zhǔn)確。原因二為地勘瓦斯測定時(shí)存在人為讀數(shù)誤差或在裝樣過程中很容易混入水和矸石，直接導(dǎo)致地勘瓦斯含量測定失敗或測定結(jié)果偏低[3]。

《煤田地質(zhì)與勘探》的《基于探采對比的煤層瓦斯含量分析及預(yù)測》的修正系數(shù)見表1[4]。

表1 地勘瓦斯含量修正系數(shù)取值

2.2 瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐?/h3>

結(jié)合煤層賦存特征、頂?shù)装鍘r性、煤層埋深、巖漿侵入、構(gòu)造煤發(fā)育等情況，充分結(jié)合前人的劃分思想并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，以F25、F120、DF17、F26、F22斷層和-720 m水平大巷和34軌道大巷為界，將鄒莊井田82煤層劃分成5個(gè)瓦斯地質(zhì)單元。Ⅰ單元 DF17以西和 34軌道大巷以南煤層主要受 F25斷層控制，瓦斯賦存主要受上覆基巖厚度的影響；Ⅱ單元F26斷層以西，DF17以東和-720 m水平大巷以南煤層主要受DF35斷層的控制，瓦斯含量較低；Ⅲ單元 F26斷層和雙堆斷層所夾持的區(qū)域，處于雙堆斷層下降盤，受斷裂構(gòu)造影響較大，構(gòu)造煤發(fā)育，瓦斯含量較高；Ⅳ單元南坪斷層以東，F(xiàn)22斷層以西和-720 m水平大巷、34軌道大巷以東，斷層、構(gòu)造煤發(fā)育，尤其在F51、F22斷層以及-720 m水平大巷夾持的區(qū)域即向斜軸部及較緩的東翼受地質(zhì)構(gòu)造、埋深等影響，瓦斯含量最大，煤與突出危險(xiǎn)性最大（見圖1）；Ⅴ單元：F24斷層和南坪斷層所夾持區(qū)域，構(gòu)造煤層發(fā)育，厚度相對穩(wěn)定，受F120斷層和風(fēng)化帶影響，瓦斯含量低。

圖1 鄒莊井田82煤層瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐?/p>

3 82煤層瓦斯賦存特征

依據(jù)井田構(gòu)造特征，結(jié)合瓦斯賦存規(guī)律劃分的5個(gè)瓦斯地質(zhì)單元，各單元瓦斯賦存與分布具有明顯的分區(qū)性，具體如下：

（1）Ⅰ單元瓦斯含量見圖2、圖3，表2，瓦斯含量8 m3/t的臨界標(biāo)高為-453 m，以深具有煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)。

圖2 煤層底板標(biāo)高與Ⅰ單元瓦斯含量的關(guān)系

圖3 煤層底板標(biāo)高與Ⅰ單元瓦斯含量（修正）的關(guān)系

表2 瓦斯地質(zhì)單元Ⅰ瓦斯含量預(yù)測值

（2）Ⅱ單元瓦斯含量見圖4、圖5，表3，瓦斯含量8 m3/t的臨界標(biāo)高為-929 m，以深具有煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)。

圖4 煤層底板標(biāo)高與Ⅱ單元瓦斯含量的關(guān)系

（3）Ⅲ單元瓦斯含量見圖6、圖7，表4，瓦斯含量8 m3/t的臨界標(biāo)高為-735 m，以深具有煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)。

（4）Ⅳ單元瓦斯含量見圖8。

由方程可得，煤層底板標(biāo)高-520 m處的瓦斯含量趨勢值是8 m3/t。

圖5 煤層底板標(biāo)高與Ⅱ單元瓦斯含量（修正）的關(guān)系

表3 瓦斯地質(zhì)單元Ⅱ瓦斯含量預(yù)測值

圖6 煤層底板標(biāo)高與Ⅲ單元瓦斯含量的關(guān)系

圖7 煤層底板標(biāo)高與Ⅲ單元瓦斯含量（修正）的關(guān)系

表4 瓦斯地質(zhì)單元Ⅲ瓦斯含量預(yù)測值

（5）Ⅴ單元瓦斯含量見圖9、圖10、表5，瓦斯含量8 m3/t的臨界標(biāo)高為-676 m，以深具有煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)。

圖8 煤層底板標(biāo)高與Ⅳ單元瓦斯含量（修正）的關(guān)系

圖9 煤層底板標(biāo)高與地勘鉆孔瓦斯含量的關(guān)系

圖10 煤層底板標(biāo)高與地勘鉆孔瓦斯含量（修正）關(guān)系

表5 瓦斯地質(zhì)單元Ⅴ瓦斯含量預(yù)測值

4 結(jié) 論

鄒莊井田瓦斯賦存受構(gòu)造逐級控制，處于淮北煤田的構(gòu)造復(fù)雜區(qū)，瓦斯賦存主要受南坪向斜控制，受雙堆斷層、南坪斷層的影響。并且煤井瓦斯賦存具有分區(qū)分帶性特征，通過對瓦斯賦存規(guī)律研究，對煤井進(jìn)行了瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐郑治隽?個(gè)瓦斯地質(zhì)單元的瓦斯賦存特征，及各個(gè)單元內(nèi)瓦斯賦存的主控因素，預(yù)測了瓦斯含量，據(jù)此進(jìn)行了煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性評估，并判識(shí)了Ⅳ單元煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性大。