肖家洼礦井8煤層瓦斯地質(zhì)特征研究

楊鮮霞

摘要：煤層瓦斯含量是計(jì)算瓦斯涌出量的基礎(chǔ)，同時(shí)也是預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出的重要參數(shù)之一。本次對(duì)肖家洼礦井8煤層瓦斯賦存情況進(jìn)行分析，分析影響煤層瓦斯賦存的主要因素。結(jié)果表明：煤層埋深是影響瓦斯賦存的主要因素，在生產(chǎn)過程中隨著開采深度的增加，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)瓦斯數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，并相應(yīng)做好防治措施，確保礦井高效安全開采。

關(guān)鍵詞：瓦斯含量 煤層埋深 地質(zhì)構(gòu)造

0 引言

瓦斯是地質(zhì)作用的產(chǎn)物，其生成、儲(chǔ)存、富集和運(yùn)移受地質(zhì)條件的制約[1-3]。同時(shí)煤層瓦斯含量是計(jì)算瓦斯涌出量的基礎(chǔ)，也是預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出的重要參數(shù)之一。因此，在研究煤層瓦斯賦存規(guī)律的基礎(chǔ)上，確定煤層中的瓦斯含量，在此基礎(chǔ)上可對(duì)礦井瓦斯進(jìn)行管理，同時(shí)可預(yù)防各種礦井瓦斯事故[4-6]。

為高效安全開采煤炭資源，研究肖家洼礦井各因素（煤層埋深、地質(zhì)構(gòu)造、煤層圍巖、煤層厚度等）對(duì)瓦斯賦存的影響，并合理的進(jìn)行瓦斯含量預(yù)測(cè)，為礦區(qū)防治煤與瓦斯突出提供參考依據(jù)。

1 礦井簡(jiǎn)介

肖家洼煤礦位于鄂爾多斯斷塊東緣，興縣石樓南北向褶皺帶的北部，井田面積約60km2，為一在建的大型礦井，礦井設(shè)計(jì)產(chǎn)量為8.0Mt/a，為一高瓦斯礦井。含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）和二疊系下統(tǒng)山西組（P1s），可采煤層主要為山西組的4煤、6煤、8煤和太原組的13煤。其中8煤層位于山西組下部，為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，層位較穩(wěn)定的大部可采煤層，煤層平均厚度2.8m，傾角6～15°。井田內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單，總體為一走向近南北傾向西的單斜構(gòu)造。

礦井在勘探期間在各可采煤層中采集鉆孔瓦斯煤樣41個(gè)，其中8煤有12個(gè)，勘探數(shù)據(jù)表明：8號(hào)煤層瓦斯含量為0.36～2.89ml/g，平均為1.66ml/g；瓦斯成分中以N2含量為主，其次為CH4，少量CO2，CH4含量為0.03～2.05 ml/g，平均為0.79ml/g；甲烷成分占瓦斯成分的0～79.43%，平均為43.28%，屬氮?dú)?甲烷帶。

2 礦井瓦斯含量賦存特征研究

2.1 研究煤層的選擇 礦井內(nèi)可采煤層主要有4煤、6煤、8煤與13煤。8煤位于6煤與13煤之間；礦井設(shè)計(jì)分組開采，4煤、6煤、8煤為一組聯(lián)合開采，13煤為一組開采。礦井投產(chǎn)時(shí)，所采煤層為13煤與8煤。本次研究選擇的煤層為8煤，對(duì)8煤層瓦斯賦存規(guī)律的研究將為后期對(duì)4煤與6煤瓦斯賦存規(guī)律的研究提供依據(jù)，同時(shí)隨著8煤層的回采，瓦斯資料不斷的搜集與完善，對(duì)瓦斯賦存特征的研究將進(jìn)一步詳盡，可更加準(zhǔn)確預(yù)測(cè)臨近煤層4煤、6煤層瓦斯含量，為礦井生產(chǎn)期間的瓦斯治理提供必要的依據(jù)。

2.2 瓦斯含量數(shù)據(jù)的選擇 本次共搜集8煤層鉆孔瓦斯含量數(shù)據(jù)13個(gè)，數(shù)據(jù)主要來源于礦井地勘期間與補(bǔ)充勘探期間數(shù)據(jù)。對(duì)所搜集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，剔除一些不利因素的影響，選取瓦斯含量點(diǎn)的依據(jù)：①煤樣灰分大于40%，視為樣品不合格；②煤樣現(xiàn)場(chǎng)瓦斯解析測(cè)定后必須進(jìn)行密封裝罐，保證脫氣前不漏氣，若存在漏氣情況，則應(yīng)剔除；③同一鉆孔有兩個(gè)瓦斯含量點(diǎn)時(shí)，選取瓦斯含量大的值；④鉆取煤芯長度應(yīng)大于0.4m，采取煤樣質(zhì)量大于250g，否則應(yīng)剔除；⑤斷層附近瓦斯含量值，不作為分析煤層瓦斯賦存規(guī)律的依據(jù)，僅做參考。本次共計(jì)選擇8煤層滿足上述要求的鉆孔數(shù)據(jù)8個(gè)，并對(duì)所選取的鉆孔瓦斯數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，詳見表1。

2.3 煤層埋深對(duì)瓦斯賦存的影響 煤層上覆基巖或埋藏深度的變化，是影響煤層瓦斯賦存的主要地質(zhì)因素。隨著煤層埋深的增加，煤層瓦斯含量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。

從肖家洼礦井勘探鉆孔煤層瓦斯含量與煤層埋深之間的關(guān)系來看，肖家洼礦井8煤瓦斯含量分布特征如下：

肖家洼煤礦8煤層瓦斯含量與煤層埋藏深度隨著煤層埋深增大，瓦斯含量線性增大，回歸關(guān)系為（圖1）：W= 0.0011H+1.1609

式中：W——埋深為H時(shí)的煤層瓦斯含量，m3/t；H——煤層埋深，m。

煤層瓦斯含量與埋深之間8號(hào)煤層瓦斯含量梯度為：0.11m3/t/100m。

根據(jù)煤層瓦斯含量與煤層埋藏深度關(guān)系曲線，+500m水平以淺區(qū)域內(nèi)，8號(hào)煤層最大瓦斯含量為2.02m3/t，最大埋深730m，位于13采區(qū)東南+440m等高線左右；+500m水平以深區(qū)域內(nèi)，8號(hào)煤層最大瓦斯含量為2.48m3/t，最大埋深1200m，位于13采區(qū)東南-220m等高線左右。

2.4 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)瓦斯賦存的影響 褶皺對(duì)煤層瓦斯賦存的影響取決于其封閉性，背斜頂部裂隙一般較為發(fā)育，以形成瓦斯運(yùn)移通道，則不利于瓦斯的儲(chǔ)存，導(dǎo)致背斜軸部瓦斯含量較小，對(duì)于一些大型的向斜盆地構(gòu)造，地層較為平緩，不利于瓦斯的排放。

礦井內(nèi)地層走向北偏西，傾向西南，總體為一向西南傾斜的單斜構(gòu)造，傾角為5～28°，僅在第10勘探線的ZK10-1、ZK10-2之間小范圍內(nèi)傾角達(dá)28°，其它絕大部分區(qū)域傾角為5～14°之間。整體上礦井內(nèi)煤層較為平緩，不利于瓦斯的排放，局部煤層傾角變化較大的區(qū)域易造成瓦斯的富集。

井田在勘探期間未發(fā)現(xiàn)斷層，故暫不考慮斷層對(duì)煤層瓦斯賦存的影響。

2.5 煤層圍巖對(duì)瓦斯賦存的影響 煤層頂板巖性是指與研究煤層直接接觸的偽頂或者直接頂?shù)膸r性，當(dāng)頂板為砂質(zhì)泥巖、泥巖或者致密灰?guī)r時(shí)，有利于瓦斯保存，頂板巖性越疏松，顆粒及孔隙度越大，越利于瓦斯逸散和運(yùn)移。

肖家洼8煤層頂板巖性主要以砂質(zhì)泥巖、粉砂巖與泥巖為主，底板巖性主要以泥巖、細(xì)砂巖與砂質(zhì)泥巖為主。肖家洼8煤層頂?shù)装鍘r性有較好的致密性，形成一個(gè)良好的封閉層，有利于瓦斯的保存。

2.6 煤層厚度對(duì)瓦斯賦存的影響 煤層是瓦斯的主要儲(chǔ)集層，煤層厚度越大，儲(chǔ)積瓦斯的能力越大。肖家洼8煤層厚度平均2.8m，屬于中厚煤層，煤層厚度和結(jié)構(gòu)在橫向上有一定的變化，但變化較小，對(duì)煤層瓦斯運(yùn)移的影響較小。因此煤層厚度及其變化對(duì)瓦斯含量有一定的影響，但不是影響瓦斯賦存的主要因素。

2.7 其他因素對(duì)瓦斯賦存的影響 井田內(nèi)奧陶系巖溶水的補(bǔ)給主要是基巖裸露區(qū)大氣降水和地表水的入滲補(bǔ)給，井田屬區(qū)域巖溶水徑流區(qū)，巖溶水由南東向北西運(yùn)移，最終排向保德縣天橋黃河峽谷中；石炭系和二疊系砂巖裂隙水，在裸露區(qū)接受大氣降水和季節(jié)性河流補(bǔ)給后，順巖層傾斜方向運(yùn)移；第三系和第四系孔隙水的補(bǔ)給除大氣降水的垂直入滲補(bǔ)給外，有地表水的入滲補(bǔ)給和較高基巖裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給。研究區(qū)煤系地層內(nèi)的各含水層相對(duì)較閉塞，流動(dòng)緩慢，地下水活動(dòng)對(duì)煤層瓦斯影響較小。

井田內(nèi)勘探期間暫未發(fā)現(xiàn)陷落柱與巖漿巖分布區(qū)域，故暫不考慮其對(duì)瓦斯賦存的影響。

3 結(jié)論

本文對(duì)影響肖家洼煤礦瓦斯賦存的各地質(zhì)因素進(jìn)行分析，結(jié)果表明：煤層埋深是影響瓦斯賦存的主要因素，隨著煤層埋深的增大，煤層瓦斯含量呈現(xiàn)逐漸增高的趨勢(shì)。煤層厚度、煤層圍巖對(duì)煤層瓦斯賦存有一定的影響，但不是影響瓦斯賦存的主要因素。

在生產(chǎn)過程中，隨著煤層回采深度的增加，礦井應(yīng)加強(qiáng)瓦斯涌出數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與搜集，并及時(shí)完善評(píng)價(jià)瓦斯賦存的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)際的瓦斯涌出數(shù)據(jù)調(diào)整治理瓦斯涌出的相應(yīng)措施，確保煤礦高效安全生產(chǎn)。

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