蔣莊煤礦瓦斯地質規律與瓦斯涌出淺析

陳偉 姜濤 李強 孔猛 張凱

摘要：本文介紹了蔣莊煤礦地質構造和瓦斯情況，分析論述了褶皺、斷層，圍巖、水文地質、埋深等與瓦斯的關系，并進行了瓦斯含量、瓦斯涌出量及瓦斯與煤突出危險性預測。

關鍵詞：瓦斯地質規律 瓦斯涌出

1 井田地質構造特征

蔣莊井田位于滕南煤田的中部，井田內為第四系覆蓋，沒有基巖露頭。本井田受高廟斷層、劉仙莊斷層、尹家洼斷層等控制，總體構造線展布為NNE向，形成一斷裂構造發育，以地塹、地壘為主要特點的寬緩褶皺區。井田內斷層很多，含煤地層沿走向、傾向產狀均有變化，個別地段有巖漿侵入。依據《礦井地質規程》和《生產礦井地質條件分類工作有關問題補充說明》等有關規定，根據統計和計算的各有關指標、數據，將蔣莊煤礦礦井地質條件綜合評定為Ⅱ類，即Ⅱ-Ⅱa，Ⅰd，Ⅱeg型，屬構造中等區。

井田內褶曲發育，褶曲軸向一般為北東向，局部軸向轉為北北東向或北東東向，兩翼巖層傾角一般為5～10°，個別地段達15°左右。樞紐常有起伏，其角度一般小于5°，使褶曲成短軸狀。各個褶皺都不同程度地受到斷層的破壞，使形態變得不明顯或不完整。井田內的主要褶曲由西向東有：柴里向斜、孔莊背斜、張莊向斜、高崮堆向斜、尹家洼背斜、房莊向斜、于橋背斜等。

共發現落差大于20m的斷層36條，1.029條/km2，長度104080m，2973.7m/km2；落差10～20m的斷層16條，0.44條/km2，長度4840m，132.1m/km2；落差5～10m的斷層

條比較多見，小型斷層（落差5m以下）最發育，有280余條，占85.5%。這些斷層可分為三組，即北北東向正斷層組、近東西向正斷層組和北東向逆斷層組；北北東向和近東西向的正斷層為本井田的主要斷裂構造，對煤層埋藏深度、地層沉積厚度（特別是上侏羅統蒙陰組）、構造格局，起著控制作用。

蔣莊煤礦礦區井田井田內褶曲發育，褶曲軸向一般為北東向，局部軸向轉為北北東向或北東東向，兩翼巖層傾角一般為5～10°，個別地段達15°左右。樞紐常有起伏，其角度一般小于5°，使褶曲成短軸狀。井田內的主要褶曲由西向東有：柴里向斜、孔莊背斜、張莊向斜、高崮堆向斜、尹家洼背斜、房莊向斜、于橋背斜等。各個褶皺都不同程度地受到斷層的破壞，使形態變得不明顯或不完整，破壞了瓦斯的賦存條件，將不利于瓦斯賦存聚集，從而造成了瓦斯的大量逃逸。

2 礦井瓦斯地質規律分析

2.1 井田煤層位于瓦斯風化帶內，礦井含量較低

根據蔣莊煤礦勘探階段的鉆孔鑒定資料分析，CH4含量在0～23.00%，CO2含量在0.134%～45.98%，N2含量在51.49%～99.361%，CH4、CO2含量均小于1cm3/g，蔣莊煤礦3層煤位于瓦斯風化帶的氮氣帶。

歷年絕對瓦斯相對涌出量在0.9～1.3m3/min之間，絕對涌出量在4.0～7.15m3/min之間，瓦斯涌出量較小。

2.2 井田內開放性斷層發育導致礦井瓦斯含量較低

井田內斷層構造較復雜，主要發育三組，一組為近南北向的正斷層；第二組為走向近東西向的正斷層；第三組北東向逆斷層組成。由于這些控制斷層為拉張性斷層，落差較大，所以井田中絕大部分瓦斯逸散了出去，使得整個井田的瓦斯含量與瓦斯的絕對、相對涌出量變得非常小。

蔣莊煤礦礦區井田井田內褶曲發育，褶曲軸向一般為北東向，局部軸向轉為北北東向或北東東向，兩翼巖層傾角一般為5～10°，個別地段達15°左右。樞紐常有起伏，其角度一般小于5°，使褶曲成短軸狀。井田內的主要褶曲由西向東有：柴里向斜、孔莊背斜、張莊向斜、高崮堆向斜、尹家洼背斜、房莊向斜、于橋背斜等。各個褶皺都不同程度地受到斷層的破壞，使形態變得不明顯或不完整，破壞了瓦斯的賦存條件，將不利于瓦斯賦存聚集，從而造成了瓦斯的大量逃逸。

2.3 礦井瓦斯的含量受地下水的影響

蔣莊煤礦3煤層的直接充水含水層是3煤層頂板砂巖段。巖性多為中細粒長石砂巖，局部為粗粒或中粗粒長石石英砂巖與泥巖、粉砂巖相間，頂板段砂巖泥巖涌水量較少，僅出現過因斷層影響，砂巖水會滲入工作面，涌水量也不大。因此，3煤層頂板砂巖段為裂隙水弱含水層，影響瓦斯的賦存。

2.4 頂底板巖性對瓦斯賦存的影響

本區主采3煤層，其直接頂板以泥巖、砂質泥巖、粉砂巖為主，平均厚5.83m，區內北部（如北八采區）、南部（如南九采區）煤層直接頂板為中細砂巖，平均厚23.47m，中～細粒結構，致密堅硬，間夾泥質帶有少量炭紋，具單斜層理，裂隙較發育；粉砂巖頂成為瓦斯保存的良好蓋層，但是中部縱觀南北的邵集斷層讓好的頂板巖性失去了蓋層的意義，在斷層控制下，本礦井的瓦斯在這樣有利的通道下，生成后迅速逃逸，而且北部與南部的砂巖蓋層，本身透氣性就好，對瓦斯的逃逸起到了促進作用。

2.5 巖漿巖分布對瓦斯的影響

據勘探資料，蔣莊井田巖漿活動不甚強烈，沿主要構造線呈北北東向脈狀分布，據分析，巖漿巖對山西組煤層影響范圍較小， 3煤層中有局部地段受巖漿巖影響變質為天然焦，根據區域巖漿巖分布情況，本井田內巖漿巖分布應具有如下規律：由西向東巖漿活動逐漸強烈，由南向北巖漿活動逐漸減弱。

在巖漿影響的部分，煤層的產氣能力增強，但本井田內巖漿活動對煤層、煤質影響很小，僅巖漿巖分布地段煤層發生焦化、變薄或將煤層吞蝕，對瓦斯的生成影響很小。

2.6 煤層埋深及上覆基巖厚度對瓦斯的影響

根據鉆孔資料分析蔣莊井田現南、北部薄，中間厚，因此，上覆基巖較厚的中部地區瓦斯賦存條件較好，而上覆基巖較薄的北部南部地區瓦斯含量較少。

2.7 巖溶陷落柱對賦存的影響

蔣莊井田至今未發現陷落柱。

3 瓦斯含量預測

根據蔣莊煤礦勘探階段的鉆孔鑒定資料分析，CH4含量在0～23.00%，CO2含量在0.134%～45.98%，N2含量在51.49%～99.361%，CH4、CO2含量均小于1cm3/g（鉆孔瓦斯測定資料表3.6），該礦3上、3下、12下、16煤層位于瓦斯風化帶的氮氣帶。結合二十多年來蔣莊煤礦瓦斯涌出量基本保持穩定的開采經驗，預測礦井瓦斯含量不會有大的變化。

4 瓦斯涌出量預測

4.1 礦井回采工作面瓦斯涌出量預測

經過對礦井近歷年來瓦斯等級鑒定、瓦斯日報、風量、產量、采掘進尺等大量資料的整理，統計所回采工作面的絕對瓦斯涌出量及相對瓦斯涌出量數據。絕對瓦斯涌出量最大值為0.52m3/min，最小值0.14m3/min。掘進工作面數據絕對瓦斯涌出量最大值為0.51m3/min，最小值0.12m3/min。根據礦井3層煤已回采工作面瓦斯實際涌出數據可以看出，3層煤回采工作面瓦斯絕對涌出量較小，并且采場已基本穩定，預計回采工作面瓦斯涌出量不會有大的變化。

4.2 礦井瓦斯涌出量預測

蔣莊煤礦歷年絕對瓦斯涌出量為1.0～1.5m3/min之間，絕對CO2涌出量在4.0～7.15m3/min之間。蔣莊煤礦經過二十年的開采，井下采場基本穩定，至今未發現高瓦斯區及瓦斯涌出異常現象，根據歷年瓦斯涌出資料分析，預計瓦斯涌出量基本穩定。

5 煤與瓦斯區域突出危險性預測

根據《防治煤與瓦斯突出》（2009）規定第四十三條，按蔣莊煤礦目前的資料分析，井田開采的煤層均處于“瓦斯風化帶”內，既沒有“煤與CO2突出”的可能，也不存在“煤與CH4突出”的危險性。

6 礦井瓦斯地質圖

瓦斯地質圖編制是在搜集礦井勘探時期的井田堪查地質報告及開采期間的瓦斯檢測數據、歷年瓦斯等級鑒定結果中相關瓦斯數據的基礎上繪制的。

參考文獻：

[1]張子敏，張玉貴.編制礦井瓦斯地質圖 綜合治理瓦斯[A].瓦斯地質理論與實踐——中國煤炭學會瓦斯地質專業委員會第五次全國瓦斯地質學術研討會論文集[C].2005.

[2]劉亞東，楊勝強.瓦斯地質圖在煤礦安全工作中的應用[J].能源技術與管理，2011（04）.

[3]李葉枝.探索瓦斯地質規律 促進煤礦安全生產[J].焦作工學院學報（自然科學版），2000（05）.

作者簡介：陳偉（1980-），男，2003年畢業于山東科技大學采礦專業，助工，畢業后先后從事礦井采煤、調度、通防安全工作，現任棗礦集團蔣莊煤礦通防技術主管。