趙家寨煤礦瓦斯的分布特征

劉素青

(河南省煤炭地質(zhì)勘察研究總院，河南 450052)

趙家寨煤礦瓦斯的分布特征

劉素青

(河南省煤炭地質(zhì)勘察研究總院，河南 450052)

趙家寨煤礦煤層瓦斯分布極不均衡，瓦斯呈西高東低的特征，總體礦區(qū)東北部應(yīng)屬瓦斯風(fēng)化帶，西南部為沼氣帶范圍。文章對煤礦瓦斯的成分含量及煤層瓦斯涌出量鑒定結(jié)果進(jìn)行了論述，對煤層瓦斯分布的不均衡性特征進(jìn)行了分析。

趙家寨煤礦 瓦斯 分布特征

Abstract:Distribution of CBM in Zhaojiazhai mine is extremely imbalanced．The gas content is high in the west and low in the east．The north-east part of the mine area belongs to gas weathering zone on the whole，and the southwest part，in the range of gas zone．The paper describes the identified contents of constituents of CMM and gas emission．The paper also analyzes the character of uneven distribution of CMM．

Keywords:Zhaojiazhai coal mine;gas;distribution characteristics

1 礦井地質(zhì)概況

趙家寨煤礦位于新密煤田東部，東距新鄭市約8km，北距鄭州市約40km，行政區(qū)劃屬河南省新鄭市管轄，年生產(chǎn)規(guī)模300萬t。

1.1 構(gòu)造特征

趙家寨井田主體構(gòu)造為一兩翼地層產(chǎn)狀平緩，傾角3°～15°，軸向NWW～SEE的寬緩背斜構(gòu)造。井田內(nèi)共有斷層18條，除溫泉、寧溝兩條小逆斷層外，其它均為正斷層。其中落差大于100m的5條，落差100～50m的5條，落差50～30m的7條，落差小于30m的有1條。大隗斷層、賈梁斷層、歐陽寺斷層構(gòu)成本區(qū)自然邊界。斷層走向除大隗斷層為近東西向外，其余均為北西～南東向，并以南升北降正斷層為主，全區(qū)構(gòu)造復(fù)雜程度屬中等。

1.2 煤層的空間分布

本區(qū)含煤地層為石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組，二疊系下統(tǒng)山西組、下石盒子組和上統(tǒng)上石盒子組。含煤地層總厚711.17m，劃分9個含煤組段，含煤36層，煤層總厚度18.57m，含煤系數(shù)2.61%。山西組和太原組為主要含煤地層，總厚度153.27m，共發(fā)育煤層15層。上、下石盒子組屬一般性含煤地層，共七個含煤段，總厚度553.97m，共含煤21層。山西組下部的二1煤層為全區(qū)可采煤層，其中部的二3煤層、太原組底部的一1煤層及上石盒子組下部的七4煤層為大部可采煤層，其余煤層均不可采或偶爾可采。可采煤層總厚9.78m，可采含煤系數(shù)為1.38%。

由于二3煤層和二1煤層相距僅20m左右，兩煤層較接近，故本次選擇這兩層為主要目的煤層。二1煤層厚度0～21.75m，平均5.50m，煤層厚度有一定變化，屬較穩(wěn)定的中厚～厚煤層。二3煤層厚度0～6.98m，平均1.37m，層位穩(wěn)定，煤層厚度有一定變化。

1.3 煤巖煤質(zhì)特征

二1煤宏觀煤巖成分不易分辯，有機(jī)顯微煤巖組分中以鏡質(zhì)組為主，含量63.0%～93.1%，平均77.3%。二3煤以亮煤為主，可見鏡煤條帶，有機(jī)顯微煤巖組分中鏡質(zhì)組含量65.4%～90.0%，平均79.2%。二1煤以貧煤為主、無煙煤次之，二3煤以貧瘦煤、貧煤為主，無煙煤次之。

2 礦井瓦斯分布特征

2.1 瓦斯成分和含量

(1)二1煤層

井田西部瓦斯成分以甲烷為主，為沼氣帶范圍，兩極值為6.43%～98.71%，次為氮?dú)夂投趸肌Ｖ袞|部瓦斯成分則以氮?dú)夂投趸紴橹鳎瑸橥咚癸L(fēng)化帶，甲烷成分較低。瓦斯分布極不均衡，如沼氣帶中的502孔與南邊的0551孔相距僅300m，前者瓦斯成分為6.43%，后者為92.20%，0851和0752孔，相距700m，成分和含量相差較大，成分分別為81.92%和40.13%，含量分別為3.52ml/g.r和0.61ml/g.r，見圖1。在取樣深度247.43～780.11m的范圍內(nèi)，沼氣帶瓦斯含量為0.02～11.21ml/g.r，瓦斯風(fēng)化帶沼氣含量變化在0～3.52ml/g.r，見表1。甲烷含量總的變化趨勢是隨煤層埋深的增大而升高。

表1 二1煤鉆孔瓦斯資料統(tǒng)計表

表2 二3煤鉆孔瓦斯資料統(tǒng)計表

圖1 二1煤瓦斯分帶示意圖

(2)二3煤層

二3煤和二1煤相距僅20m左右，瓦斯賦存規(guī)律和特征有相近似的特點(diǎn)，沼氣帶范圍小，西部煤層較厚地段瓦斯含量高，見表2和圖2。

圖2 二3煤瓦斯分帶示意圖

2.2 礦井瓦斯涌出量

根據(jù)河南省工業(yè)和信息化廳關(guān)于對鄭煤集團(tuán)公司所屬煤礦2010年度礦井瓦斯等級和二氧化碳涌出量鑒定結(jié)果的批復(fù):趙家寨煤礦瓦斯相對涌出量為1.89m3/t，絕對涌出量為11.75m3/min，采區(qū)瓦斯最大相對涌出量為1.70m3/t，趙家寨煤礦屬于低瓦斯礦井。

2008～2010年趙家寨煤礦瓦斯涌出量情況見表3。

表3 瓦斯鑒定結(jié)果表

2.3 瓦斯含量控制因素分析

根據(jù)分析認(rèn)為，趙家寨煤礦瓦斯含量主要受以下幾個因素的影響。

(1)瓦斯的生成:煤化作用過程中，煤及其圍巖中的炭質(zhì)泥巖、暗色泥巖等集中或分散的有機(jī)質(zhì)源源不斷地產(chǎn)生大量的烷烴氣體。二1煤層因其厚度大，儲量豐富，則為主要的生氣層。此外，本區(qū)在經(jīng)歷了前期深層變質(zhì)作用和燕山期的巖漿熱變質(zhì)作用，生氣期長，故應(yīng)有較大的生氣量。

(2)圍巖對瓦斯的封閉作用:煤層上部的砂質(zhì)泥巖、泥巖因其透性差，成為阻止煤層瓦向上運(yùn)移的屏障，起到了封閉瓦斯的作用。薄(無)煤帶的存在對深部瓦斯向淺部運(yùn)移起阻礙作用。因此，在薄(無)煤帶的深部往往會聚集較大的瓦斯量，0756、704和7012孔均為薄(無)煤帶，其深部的715孔瓦斯成分和含量均較高，含量為本區(qū)瓦斯含量最高點(diǎn)，為11.20ml/g.r。

(3)構(gòu)造的影響:一般正斷層利于瓦斯的逸散，如官莊斷層以東，由于正斷層較多，均為瓦斯風(fēng)化帶范圍。但局部地段也會出現(xiàn)對瓦斯的封閉作用，如507、715孔雖處于斷層附近，但瓦斯含量較大。背斜軸部瓦斯含量較小，兩翼則較大，滹沱背斜位于礦區(qū)偏北部，其軸部為瓦斯風(fēng)化帶，西南翼為沼氣帶范圍，東北翼本亦應(yīng)為沼氣帶，但由于斷層的影響，僅有0851和1351兩孔瓦斯成分含量較高，其余均為瓦斯風(fēng)化帶。

(4)上覆基巖厚度的影響:在瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)，上覆基巖都較薄，瓦斯易于逸散，沼氣帶上覆基巖較厚，利于瓦斯的保存，因而瓦斯含量較大。

(5)水文地質(zhì)對瓦斯賦存的影響:地下水循環(huán)，瓦斯溶于水中而被攜帶散失。水分子占據(jù)煤的微孔隙空間，不僅排擠游離瓦斯，而且還降低煤孔隙表面的吸附能力，從而使煤層瓦斯含量降低。

(6)地溫異常對瓦斯的影響:地溫高，煤層中的瓦斯壓力增大，使瓦斯的逸散量增加，本區(qū)的沼氣帶，很小部分在一級高溫區(qū)，大部分在地溫正常區(qū)，瓦斯風(fēng)化帶大部分在一級或二級高溫區(qū)，盡管局部埋藏較深，但瓦斯含量較小。

綜上所述，本區(qū)二1煤二3煤瓦斯呈西高東低的特征，總體東北部應(yīng)屬瓦斯風(fēng)化帶，西南部為沼氣帶范圍，應(yīng)按高瓦斯礦井管理。由于瓦斯賦存的不均衡性，在瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)開采，亦應(yīng)引起注意，要加強(qiáng)瓦斯監(jiān)測，以保證礦井安全生產(chǎn)。

［1］張子敏，張玉貴.瓦斯地質(zhì)規(guī)律與瓦斯預(yù)測［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2005.

［2］張子敏.瓦斯地質(zhì)學(xué) ［M］.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2009.

［3］河南省煤炭地質(zhì)勘察研究院.河南省新密煤田趙家寨井田勘探報告.河南鄭州:河南省煤炭地質(zhì)勘察研究院，2002.

［4］河南省煤炭地質(zhì)勘察研究院.河南省新鄭市趙家寨煤礦煤炭資源儲量核實(shí)報告.河南鄭州:河南省煤炭地質(zhì)勘察研究院，2011.

Distribution Characteristics of CBM in Zhaojiazhai Coal Mine

Liu Suqing
(Henan Province Coal Geological Reconnaissance Research Institute，Henan 450052)

劉素青，女，碩士，工程師，從事煤田地質(zhì)工作。

(責(zé)任編輯 韓甲業(yè))