新密市煤礦區瓦斯地質規律及分布特征研究

呂樂樂 宋清坤

（河南省煤田地質局二隊，河南 洛陽471023）

新密煤田位于河南省中部嵩山東麓，隸屬新密市。東北距鄭州市40 公里。東西長約44km，南北寬約35km，面積6501km2。新密市煤礦區是以新密煤田為主體，北跨滎鞏煤田三李井田、南跨登封煤田郜成井田，主采煤層為二疊系下統山西組下部的二1 煤層（全部可采），個別礦井開采或兼采石炭系上統太原組底部的一1 煤層（大部可采）及二疊系上統上石盒子組（P2s）七煤段的七4 煤層（局部可采）。

1 礦區瓦斯地質規律

依據礦區構造發育特征及瓦斯賦存特征，西段以樊寨斷層，東段以超化斷層為界劃分南、北2 個構造及瓦斯分區。由于兩區內構造及瓦斯分布特征的差異，又分為5個小區，其中，北區分為3 個小區（I、米村～王莊區，II、任崗～三李區，III、裴溝區）；南區分為2 個小區（IV、平陌～超化區，V、關口區）。分述如下：

1.1 北區瓦斯賦存規律

位于新密向斜北翼，西以閆家門斷層為界，東止于二1 煤層-800m 煤層底板等高線，北以二1 煤層露頭及三李斷層為界，南以樊寨、超化斷層為界。總體為一向南至南東傾斜的單斜構造。區內以北西向正斷層為主，傾向北及北東，呈密集的階梯狀，并伴有少量的小褶曲；斷層多為張扭性斷裂，裂隙發育，延展性好，不利于瓦斯的聚積，瓦斯含量小，二1 煤層露頭一線暴露程度也較好，使二1 煤層風化帶較深，瓦斯逸散條件較好。區內二1 煤層埋深0～1200m，一般煤厚4～6m，煤類為無煙煤和貧煤，南部局地有貧瘦煤。西段位于新密傾伏向斜的仰起端，煤層埋深淺，0～400m，瓦斯小；東段位于新密向斜的傾伏端，煤層埋深0～1200m，煤層埋藏、瓦斯賦存條件優于西段，瓦斯含量相對較大，高瓦斯礦和突出礦井也多分布于東段。二1 煤層為構造煤，全層發育，破壞類型為III、IV、V。

根據北區構造及瓦斯分布特征，3 個瓦斯地質單元或小區，I、米村～王莊區，II、任崗～三李區，III、裴溝區的構造、瓦斯分布特征及規律分述如下：

I 米村-王莊區

位于新密市的西部，新密向斜北翼西端，總體為一向南傾斜的單斜構造。區內以北西向正斷層為主，斷層傾向北東，并呈階梯狀，區內伴有少量的小褶曲。斷層多為張扭性正斷層，不利于瓦斯的聚積；二1 煤層露頭一線暴露程度較好，為瓦斯的逸散提供了較好的通道。本區二1 煤層為無煙煤，局部有小范圍的貧煤，生氣條件優越，CH4含量1.33～7.43m3/t。煤層埋深0～400m，一般煤厚6m 左右，局部有特厚煤層。瓦斯風化帶在煤底標高+150～±80m 之間，CH4成分小于80%，CH4含量在2～4 m3/t之間（表1）。本區瓦斯賦存規律，總體為隨煤層埋深的增加瓦斯增大，但在斷層附近瓦斯明顯降低，在小的褶曲即向斜軸部瓦斯較大，小的背斜軸部瓦斯無明顯變化，局部的特厚煤層處瓦斯較大。

表1 米村-王莊礦區礦井瓦斯監測表

II 任崗-三李區

位于新密市東北部，新密向斜北翼，總體為向南東傾斜的單斜構造。區內以北西向正斷層為主，伴有少量北東向正斷層和少量的小褶曲構造。北西向斷層呈階梯狀向北～北東傾斜。南部正斷層間有重力滑動構造。諸斷層多為張扭性正斷層，斷層帶及斷層附近地層裂隙發育，為瓦斯逸散提供了通道，不利于瓦斯的聚積，二1 煤層露頭一線，出露較好，也為瓦斯逸散提供了有利條件。本區二1 煤層為無煙煤，局部有小范圍的貧煤，生氣條件優越，CH4含量0.06～16.86m3/t（表2）。一般煤厚4m 左右，并呈北薄南厚變化趨勢，煤層埋深0～1200m。瓦斯風化帶在煤底標高+100～±0m 以淺區段。本區瓦斯賦存規律，總體隨煤層埋深的增加瓦斯增大，但在斷層附近瓦斯明顯降低，斷層稀疏區段瓦斯大，稠密區段瓦斯小；在小的斷層或斷層的尖滅處，瓦斯會有聚積，在小的向斜軸部瓦斯較大，小的背斜軸部無明顯變化。煤層頂板為泥質巖類處，瓦斯較大，砂巖頂板瓦斯較小；局部特厚煤處瓦斯較大。本區構造復雜程度中等，局地受構造等影響，有高瓦斯帶。

表2 任崗-三李礦區礦井瓦斯監測表

III 裴溝礦區

位于新密市東南部，北為任崗-三李區，兩區以七里崗斷層為界。區內主要構造為浮沱背斜，軸向北西，北東翼被東西向斷層切割，西南翼保留較完整，地層走向北東，傾向南東，傾角10～20°，并伴有小型褶曲，區內斷層主要分布于礦區淺部，山西組下部有重力滑動構造。二1 煤層露頭一線暴露較好。二1 煤層埋深0～1000m。二1 煤層為貧煤，局部有小范圍無煙煤，煤厚6m 左右，生氣條件優越。CH4含量1.86～12.76m3/t。本區瓦斯風化帶位于+120～+10m 煤底標高以淺，CH4含量在2～4 m3/t 之間。本區淺部有煤層露頭，張性斷裂，瓦斯逸散條件好，瓦斯小，多位于瓦斯風化帶內；深部構造簡單，無大型斷裂構造，瓦斯賦存條件較好，含量大。總體瓦斯隨深度增加而增大，在接近褶曲和小斷層附近瓦斯變化較大，如：檜樹亭、安泰、裴溝等礦較為明顯。由于滑動構造的影響，煤厚變化大，短距離增厚變薄或鏟失，在厚煤帶瓦斯大，薄煤帶瓦斯小。瓦斯賦存的不均衡性明顯（表3）。

表3 裴溝礦區礦井瓦斯監測表

1.2 南區瓦斯賦存規律

位于滎密和風后嶺背斜的次級褶曲內，北以樊寨斷層、超化斷層為界，南以新莊斷層為界；西以大冶一線二1 煤層露頭為界，東止于二1 煤層-800m 等高線。區內主體構造為超化背斜、大冶向斜、關口向斜。區內斷裂構造除邊界斷層外，以北東、北西向逆沖斷層為主，主要有龜山、周山、葛溝斷層等。地層產狀局部陡傾（楊臺一線），達70-80°，局部倒轉；奧陶系頂部有重力滑動構造。總體位于一近東西向的構造擠壓帶。二1 煤層埋深0-1100m，一般厚7～8m，煤類為貧煤，局部有貧瘦。瓦斯生成條件優越，構造煤全層發育，破壞類型Ⅳ、Ⅴ。瓦斯賦存條件復雜，瓦斯風化帶西段位于+150m 煤底標高以淺，東段位于+50m 煤底標高以淺。CH4含量2-4 m3/t 之間。除二1 煤層露頭一帶位于瓦斯風化帶內瓦斯含量較低外，總體屬高瓦斯含量區。

根據南區構造及瓦斯分布特征，又分為2 個小區，即：IV、平陌～超化區，V、關口區。各小區構造及瓦斯分布特征與規律如下：

IV 平陌-超化區

位于新密市的西南部，為滎密背斜南翼的次級褶曲內。區內主要構造為超化背斜和大冶向斜，斷裂構造除邊界斷層外，以逆沖斷層為主，為本區的一大特點。地層產狀陡傾，楊臺一線達70～80°，局部倒轉，并發育有超化重力滑動構造，構造復雜，煤厚一般7 ～8m，瓦斯生成和賦存條件優越，CH4含量0.61-13.05m3/t（表4）。二1 煤層埋深0～1100m，煤層露頭一線暴露程度較好。低瓦斯區主要沿煤層露頭淺部一帶分布，瓦斯風化帶西段位于+150m 煤底標高左右，東段位于+50m 煤底標高左右，CH4含量2-4m3/t 之間。總體瓦斯分布隨深度增加而增大，受構造等因素影響，不均衡分布明顯。

表4 平陌-超化礦區礦井瓦斯監測表

V 關口區

位于新密市東南，與平陌～超化區以關口背斜剝蝕區相隔。區內主體構造為關口向斜的北西翼，總體屬一單斜構造，地層走向北東，傾向南東，傾角28°左右。煤類為貧煤（PM）與貧瘦煤（PS），二1 煤層厚0.31-20.4m，平 均 4.92m， 煤 層 埋 深100-900m，除邊界斷層外，主要為超化斷層，本區為全掩蓋區，二1 煤層瓦斯生、儲條件優越。二1 煤層瓦斯風化帶位于煤底標高+50m 左右，瓦斯含量2-4 m3/t 之間。CH4含量兩極值為1.3-10.48m3/t，瓦斯賦存與埋深及煤厚有較好的正相關關系。瓦斯與埋深的增長梯度為2.19-3.07m3/t·100m；瓦斯壓力為0.15-1.477Mpa，總體隨深度增加呈跳躍式變化（表5）。

表5 關口礦區礦井瓦斯監測表

本區瓦斯賦存規律，本區構造簡單，瓦斯賦存條件有利，總體變化規律為，瓦斯含量、瓦斯壓力隨深度增加而增大，屬高瓦斯含量區。

綜上，新密市煤礦區二1 煤層為高變質的煙煤（PS～PM）和無煙煤（WY），生、儲條件優越。瓦斯的賦存主要受地質構造控制。北區為一單斜構造，主要受滎密背斜、新密向斜和密集的北西向正斷層控制，諸斷層呈階梯式向北傾斜，有利于瓦斯逸散。斷層稀疏區瓦斯較大，斷層稠密區瓦斯較小，瓦斯隨深度變化規律較明顯，受新密傾伏向斜影響，西段仰起向東段傾伏，故淺部瓦斯小、深部瓦斯大，西段瓦斯小、東段瓦斯大。局部的小褶曲、小向斜軸部瓦斯大，小背斜瓦斯無明顯變化，小斷層及斷層尖滅處瓦斯大。南區，總體受超化背斜、大冶向斜、關口向斜和多條逆沖斷層及超化滑動構造影響和控制，構造復雜。煤厚在8m 左右，瓦斯生、儲條件優越，瓦斯含量高。低瓦斯主要分布于煤層露頭一線淺部，高瓦斯及突出點主要分布深部及構造的復合部位。

2 礦區瓦斯賦存分布特征

礦區位于風后嶺與滎密背斜之間，區內次級褶曲發育，受多期構造運動的影響，不同構造形跡均遍布全區。

北部以密集的北西向斷裂為主，伴有規模不等的褶皺及滑動構造，受新密傾伏向斜影響，西段仰起，煤層埋藏淺，瓦斯小，向東傾伏，東段煤層埋藏深，瓦斯較大。總體瓦斯賦存特征為隨煤層埋深增加瓦斯增大，斷裂構造稀疏區瓦斯大，稠密區瓦斯小，局部受小褶曲影響，瓦斯分布不均衡性明顯。本區二1 煤層瓦斯始突標高-186m。

南部受控于滎密和風后嶺背斜的次級褶曲，并發育多條較大型逆沖構造及超化滑動構造，為一近東西～北東向的擠壓構造帶。區內地層產狀變化大，局部地層產狀達70～80°，區內瓦斯賦存條件優越，而且復雜。高瓦斯礦井、突出礦井多集中于此，瓦斯含量高。瓦斯賦存特征為沿煤層露頭一線的淺部小，隨深度增加而增大。瓦斯含量分布不均衡性明顯，高瓦斯帶，煤與瓦斯突出主要位于二1 煤層底板標高-68m 水平以深的構造復合地段和煤厚突變地帶。

3 結論

礦區位于風后嶺與滎密背斜之間，區內次級褶曲發育，受多期構造運動的影響，不同構造形跡均遍布全區。全區總體瓦斯分布特征為北小南大，西小東大，北區西段為低瓦斯區，東段為中等～高瓦斯區；南區為淺部小，深部大，瓦斯分布不均衡性明顯。