煤礦瓦斯地質規律與瓦斯預測構建

王霜森 付櫟臻

摘要：隨著我們國家經濟發展的速度越來越快，針對能源的需求程度也呈現出大幅度上升的趨勢，對煤礦開發的實踐程度也呈現出逐步上升的趨勢。在最近這些年，隨著煤礦的開采程度逐步上升，煤層的地質條件呈現出復雜化的趨勢，礦井的瓦斯含量也在呈現出上升的態勢。所以，對煤礦的瓦斯地質規律和預測就成為了現在工作中必須解決的一個問題。

關鍵詞：煤礦 ?瓦斯 ?地質規律 ?瓦斯預測

煤炭行業是我們國家重要的支出產業之一，煤炭行業自身的健康發展也直接決定了我們國家自身的能源安全。我們國家的煤礦環境十分復雜賦存條件十分不好，并且對應的危險種類也十分繁多。最近這些年來，我們國家的煤礦瓦斯災害頻繁發生，各種瓦斯的災害層出不窮，嚴重制約了我們國家的煤炭工業取得進一步的成就。

本文就通過對煤炭瓦斯的賦存規律和預測的概念，探索了煤礦瓦斯的安全情況，希望能夠拋磚引玉，跟同行共享經驗。

1 斷層構建下的煤礦瓦斯地質規律

斷層構建下的地質環境對瓦斯在地層中的賦存情況比較復雜。在很多的情況下斷層的存在有利于瓦斯進行排放，但是在其余的情況下卻防止瓦斯整體在煤層中進行聚集。一般說來，張性的斷層都可以促進瓦斯的整體排放，但是反過來壓性的斷層就不利于瓦斯的整體排放，甚至可能會產生對應的封閉作用。

開放性的斷層不管其自身是否能跟地表進行直接的連通，都會直接導致斷層附近的整體瓦斯含量大幅度降低。當整體的煤層接觸構建對于盤巖層透氣性相對來說比較大的時候，瓦斯含量的降低幅度會大幅度增加。

封閉性的斷層，尤其是跟煤層接觸的對盤巖層透氣性相對來說比較低的時候，煤層自身的瓦斯排放程度也相對較低。在這種環境構建下，煤層自身含有的瓦斯量相對來說是比較多的。當整體的巖石斷層規模十分龐大，同時巖層的斷距也很長的時候，跟煤層自身接觸的對盤巖層完全封閉并且不透氣的幾率就會大幅度的降低。所以對于大面積的斷層來說，一定會出現一定寬度下的瓦斯排放帶，在這個寬度之內，瓦斯的含量會大幅度地降低。

2 褶皺構建下的煤礦瓦斯地質規律

2.1 向斜構造 整個向斜的軸部相對的瓦斯涌出量比較小，而如果遠離軸部，其瓦斯的涌出量會呈現出慢慢增加的趨勢。在這種情況下，相對瓦斯的涌出數量會因為逐步遠離斜軸而呈現出一種線性上升的關系，并且其如果離深部的核心點距離越近，整條分布的構建形式就越偏向一條直線的構架。對整個瓦斯的分布形態和向斜構成當前的這種關系進行解釋需要從兩個方面進行探討。瓦斯是煤礦形成過程中的主要伴生物，通過游離和吸附的狀態存在于煤塊當中以及圍巖當中。黨政各煤層和巖石層在水平的方向上受到了地心的應力作用時，整個變形的過程就可以分成關鍵的兩個階段。整個巖層開始進行擠壓的時候，整個地層當中會出現空隙。因為向斜的軸部相對來說是一個地殼壓力的集中區域，所以整體的瓦斯開始運動和移動的方向就是通過這條軸線為基礎，向兩邊進行翼型分散，見下圖1（a）。隨著形狀變化的不斷加大，巖層的兩邊側翼傾斜角度也會不斷增加，但是層面的法線方向構架和整體的壓力方向其主要的夾角度數也會逐步變小，巖層兩邊的翼所受到的正應力也會逐步增大，巖層之間的間隙會呈現出逐步消失的趨勢。在這種情況下，瓦斯自身的運動轉移方向也發生了主要的變化，兩個翼狀地形的瓦斯也在正盈利的構建分別向相反的兩個方向進行運動和轉移，第一部分就是斜軸附近的瓦斯會向著軸部進行集中，但是剩余的大部分則會反方向移動，向外部擴散，見圖1（b）。

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2.2 背斜構造 背斜構造是一個閉合但是完整的背斜框架或者是穹窿構造，其上方覆蓋的巖層一般具有不透氣的特征，因此對于這種構造而言，瓦斯極易存儲在里面。

在這個背斜的軸部構件中，如果和上文的向斜進行對比的話，會有如下特征：埋藏深度相同的情況下，翼部的瓦斯含量沒有軸部的含量高，但是當整個背斜的軸頂部的巖石層為透氣型的巖石層或者是因為張力構建下而形成的可以連通地面的裂縫時候，整體的瓦斯就會產生大量流失的可能。在這種時候，軸部的瓦斯含量相對于翼部來說反而比較低。這是因為越接近背斜部分的軸部，整體的瓦斯補給區域面積就會越小，整個補給的瓦斯量離軸部越接近，其瓦斯的補給量就會越枯竭。除了這個原因，還有比如背斜部分的軸部裂隙發育比較良好，煤巖自身的透氣性相對來說比較好等等。正是這些因素對于軸部的瓦斯流失有著極好的促進作用，見下圖。

2.3 層滑構造 相對于上兩種構造來說，層滑構造應該歸類到斷裂構造當中，因為其主要的構造痕跡可以見到十分明顯的破碎面，并且其破碎面還會產生相應的唯一作用。但是和傳統的破碎面形成構架不相同的是，這個破碎面還會和斷層以及節理有著明顯的本質區別。對于層滑構造來說，其自身出現頻率并不算低，相對來說是在當前礦井構建下所能遇到的常規現象之一。當前國內以及國外的瓦斯研究學者對于這種瓦斯和層滑構造的相關性進行了明確的研究，并且對他們當中的聯系性也越來越重視。在整個煤礦的構架當中，煤礦自身的瓦斯含量和滑層構架的影響特別明顯。首先的原因就是層滑構架下的的煤礦結構無法形成一個整體而是取而代之的破碎分離，使得煤礦自身的分層急劇增加厚度，煤礦自身蘊含的瓦斯更加容易集合聚攏;然后是整體煤礦的厚度以及煤層之間的間距發生了強烈的變化，使得煤礦自身瓦斯的涌出數量發生了極大的改變。整個層滑的構架會對整個煤礦的煤層進行破壞和分解，使得整個煤礦變形，形成了揉皺煤、碎裂煤或者是碎粒煤等各種結合并不緊密的構造煤。對于煤礦自身的整體破壞必然會直接導致煤礦碎粒之間的空檔增加，整個游離的瓦斯數量和對瓦斯進行吸附的煤礦數量也大幅度增加，瓦斯自身的壓力也隨之增大。由于當前的層滑構架造成了力學壓迫，煤層或者增厚或者變薄，整體瓦斯的富集區域一般來說就會產生在煤層厚度發生異常的轉換位置。尤其是針對煤礦的厚煤層和薄煤層之間的過渡區域，也就是煤層自身厚度轉變很大的區域。所以相對來說，層滑自身的構造特征對于當前煤礦的瓦斯蘊含規律有著很強的指導意義，對于瓦斯在煤礦當中的賦存構造更是有著極強的控制和引領作用。

2.4 構造組合 所謂的構造組合指的就是對于瓦斯自身的分布所形成的構造狀態的組合形式。一般說來可以分成下面的幾種：首先是壓性斷層礦井邊界封閉型構造。在這種形態構建中，壓性斷層作為整體礦井的對邊邊界構架，七段層面一般來說是相背傾斜的構建形式，在這種形勢下控制的礦井，其瓦斯含量比較高。第二種是構造蓋層封閉型構架。在這種情況下，瓦斯自身的賦存條件完全取決于自身的保存條件。如果有什么比較大的逆掩斷層把大量的低透氣性巖層推到了煤層，對原有蓋層條件進行了改變，就會造成瓦斯封閉。

正是在這種構架當中，我們可以對瓦斯的預測進行科學化的構建。在影響煤層自身含量的各種因素當中，煤層的自身深度就是控制著瓦斯含量的最關鍵一點。在這其中，斷層構造、褶皺形成等等都會對每一個煤礦當中的瓦斯含量產生重大的影響。

3 結論

本文通過對各種構造情況下的煤礦瓦斯地質規律進行了研究，并經過研究發現，瓦斯的預測跟斷層、褶皺、層滑構造以及各種構造組合等方面都有重要的關系。

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