萊蕪煤田潘西煤礦礦井瓦斯分布規律研究

摘要：潘西煤礦位于萊蕪市區東南15km處，面積14.5162km2，現開采3、4、7和19煤層，礦井歷年瓦斯等級鑒定均定為低瓦斯礦井，但在近幾年的生產過程中，發現斷層附近瓦斯含量大，涌出量也大，通過研究斷層、褶皺構造對瓦斯賦存的影響；頂底板巖性對瓦斯賦存的影響；巖漿巖分布對瓦斯賦存的影響；煤層上覆基巖厚度對瓦斯賦存的影響；以及瓦斯含量分布及預測，總結如下特點：從總體上展現出瓦斯含量由深部向淺部逐漸減小的趨勢；越靠近斷層，煤巖層瓦斯涌出量越大。

關鍵詞：潘西礦 煤層 瓦斯含量 瓦斯涌出量 規律研究

1 概述

潘西煤礦位于萊蕪市區東南15km處，行政區劃屬萊蕪市鋼城區顏莊鎮。井田西以F顏、F2—1斷層和秦家洼斷層與東港、南冶井田相鄰，東部邊界至F6斷層與潘東井田相鄰，淺部至各煤層露頭，深部到—800m水平。東西長6.7km，傾向寬2.2km，面積14.5162km2。經幾次改擴建，現礦井生產能力為95萬噸/年。現開采3、4、7和19煤層。

2 礦井瓦斯現狀

據統計，勘探鉆孔可采煤層瓦斯含量多在0.5mL/g以下，少量達1mL/g，各可采煤層的瓦斯含量均很低。為了進一步研究瓦斯賦存規律，2000年施工鉆孔20個，采取19煤層煤樣進行化驗分析，20個鉆孔中瓦斯含量最小為0.001mL/g（測點標高—493.3m）、最大為1.074mL/g（測點標高—553.75m）。礦井歷年瓦斯等級鑒定均定為低瓦斯礦井，但在近幾年的生產過程中，發現斷層附近瓦斯含量大，涌出量也大。2000年4月后五軌道上山掘進期間先后揭露兩條斷層，即F7及其派生斷層F7—1，揭露點的水平為—533.7m。其中F7斷層屬正斷層，走向NE90°，傾向SW，傾角45—70°，落差為45—95m，延展長度約為2000m。F7—1落差為15m左右。后五軌道上山掘進160m見煤后遇F7—1斷層下盤時，迎頭炮眼內瓦斯濃度達到80%，在F7斷層下盤與F7—1斷層上盤之間的煤層中，炮眼內瓦斯濃度達到58%，穿過F7—1斷層見煤30m后，炮眼內瓦斯濃度均在75%以上，隨著后五軌道上山向下掘進，逐漸遠離F7—1斷層，炮眼內瓦斯含量也逐漸減小，直至趨于正常值。潘西煤礦現開采的3煤層、4煤層和19煤層，19煤層瓦斯涌出量大于其他煤層。潘西煤礦曾于1969年4月4日和1990年7月13日，先后兩次因局部通風管理不善發生煤塵瓦斯爆炸，造成了人員傷亡和經濟損失。

3 礦井瓦斯地質規律研究

3.1 斷層、褶皺構造對瓦斯賦存的影響

斷裂構造對瓦斯賦存的影響主要表現在斷裂構造破壞了煤層的連續完整性，使煤層瓦斯運移條件發生變化。有的斷層有利于瓦斯排放，有的斷層抑制瓦斯排放而成為逸散的屏障。前者稱為開放型斷層，后者稱為封閉型斷層。斷層的開放性和封閉性取決于下列條件：

①斷層屬性和力學性質，一般張性正斷層屬開放型，而壓性或壓扭性逆斷層通常具有封閉性。

②斷層與地表或與沖積層的連通情況，規模大且與地表相通或與沖積層相連的斷層一般為開放型。

③斷層將煤層斷開后，煤層與斷層另一盤接觸的巖層性質有關，若透氣性好則利于瓦斯排放。

④斷層帶的特征、充填情況、密閉程度、裂隙發育情況等都會影響到斷層的開放性或封閉性。另外，斷層的空間方位對瓦斯的保存或散逸也有影響。一般而言，走向斷層能夠阻隔瓦斯沿煤層傾斜方向逸散，而傾向和斜交斷層則把煤層切割成互不聯系的塊體。

井田內勘探及采掘揭露的較大斷層23條，多為高角度正斷層。斷層方向性明顯，主要為北西向、北東向和近東西向三組，多為壓扭性斷層，封閉性較好。其中近東西向F7斷層為本井田最主要的斷層之一，落差45～95m，傾向北，橫貫于井田東翼，形態較復雜，發育多條分支或派生斷層，該斷層及支斷層附近瓦斯含量變高，對井田的瓦斯分布有著非常重要的影響。井田內無大的褶皺構造，小的褶皺構造對瓦斯的賦存條件無大的影響。

3.2 頂底板巖性對瓦斯賦存的影響

19煤層直接頂板為灰色粉砂巖，平均厚度6.5m，鈣質或泥質膠結，層理發育易冒落；老頂為灰白色中砂巖，其厚度大且穩定，一般厚度在19m以上。直接底板為砂質泥巖，平均厚度3.6m，灰色至褐色，遇水膨脹，富含植物根部化石。老底為細砂巖，平均厚度1.4m，灰色，堅硬致密。

由上可知，19煤層的直接頂板為砂巖，透氣性較好，有利于瓦斯的逸散，直接底板砂質泥巖，透氣性較弱，有利于煤層瓦斯保存。瓦斯大量通過頂板逸散，從而降低了19煤層的瓦斯含量。

3.3 巖漿巖分布對瓦斯賦存的影響

井田內巖漿巖活動比較強烈，主要分布于井田東北部第9勘探線以東至F6斷層和西翼第1勘探線207鉆孔以南的較大面積，在F2斷層（顏莊斷層）西南側和本井田203鉆孔附近，也有較大面積出露。主要呈巖床侵入到侏羅紀紅色砂巖和古近系地層中。巖漿巖的侵入隔斷了瓦斯涌出的通路，使煤層瓦斯的自燃流暢較為復雜，橫向差異性增強。在F11、F7和F3等大中型斷層和距煤層較近巖體的一定范圍內，以及中小斷層尖滅、交叉、分叉等構造應力相對集中和裂隙發育地帶，易造成煤層瓦斯的局部富集、含量增加。

3.4 煤層上覆基巖厚度對瓦斯賦存的影響

潘西井田位于萊蕪煤田東部，屬華北型石炭二迭紀含煤地層，包括石炭二疊紀本溪組、太原組和山西組。煤系基底為奧陶系石灰巖。煤系上覆依次為侏羅紀淄博群紅色巖系，古近紀官莊組和第四紀松散沉積物。

太原組是本區主要含煤地層。其厚度152～200m，平均177.78m。本組為海陸交互相沉積，旋回結構和粒度韻律明顯，旋回中的巖相較齊全。巖性以深灰色頁巖、粉砂巖和灰色至灰綠色砂巖為主，夾有少量石灰巖薄層。泥巖多在粉砂巖和石灰巖過渡處和煤層底板。

19層煤位于太原組下部，頂板有砂質泥巖和四灰，為19煤層瓦斯賦存形成兩道蓋層，但由于其厚度較小，加上斷層的切割，因此19煤層的上覆基巖不易于瓦斯的保

存。

3.5 瓦斯含量分布及預測

潘西煤礦井下18個鉆孔中采取的19煤層煤樣瓦斯含量測定。

潘西煤礦第19層煤瓦斯地質及瓦斯含量預測圖

從圖上可以看出，本井田瓦斯含量分布具有如下特點：

①瓦斯含量等值線的總體變化走勢為東西向，并從總體上展現出瓦斯含量由深部向淺部逐漸減小的趨勢。

②F7斷層是井田內較大的斷層，瓦斯賦存狀態明顯受到該斷層的控制，相對應的瓦斯含量在斷層附近相對較大。在瓦斯含量預測圖上反映為預測含量等值線與煤層底板等高線具較好的相似性。

礦井將來的回采工作瓦斯涌出量隨著埋深增加而增加，通過線性回歸曲線解算，預計—740水平以下的19煤層回采工作面絕對瓦斯涌出量在1.5—2.0m3/min之間；—740水平以上的19煤層回采工作面絕對瓦斯涌出量在1.0—1.5m3/min之間，因此在今后生產中，要加大通防投入，加強瓦斯管理和通風管理。

5 結論與建議

5.1 結論

本項目通過采用現場測試、實驗室測定及查閱歷史資料分析相結合的辦法，查明了潘西煤礦煤層瓦斯賦存特點、采掘工作面瓦斯涌出規律。主要結論如下：

①潘西煤礦瓦斯含量梯度為0.00135m3/min.m隨著煤層采深不斷增加，瓦斯涌出量呈現增大的趨勢。

②越靠近斷層，煤巖層瓦斯涌出量越大。原因是：潘西煤礦絕大部分斷層均為正斷層，屬封閉性斷層，不利于瓦斯的溢出；而煤層賦存較好的地點，受完整的頂底板的阻隔，瓦斯不易逸散。

5.2 建議

潘西煤礦雖然為低瓦斯礦井，但采空區面積大，采空區內瓦斯的絕對含量加大；所以采空區瓦斯管理成為了通防管理的重中之重。由于瓦斯地質條件的多變性，以及目前巷道揭露情況的限制，本次研究結果主要是基于目前的資料及認識水平而獲得的，建議隨著開采過程中各種影響瓦斯涌出條件的不斷變化，繼續做好瓦斯地質的收集、測定、分析工作，搞好安全生產。

參考文獻：

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作者簡介：

王紅梅，女，（1968—），地質工程師，一直從事煤田地質勘查工作。