煤田地質構造與瓦斯的關系研究

摘 要：煤炭是我國能源應用的主力軍，肩負著供給國家能源的重任。煤田地質各方面的研究是煤炭合理安全開采的基礎。瓦斯事故是制約煤炭業開采的主要因素，也是煤炭業科學發展中的突出問題，由于我國產煤地質復雜，對煤礦業開采設計考驗嚴峻，煤礦瓦斯防治工作引起了相關部門的高度重視。隨著社會經濟的發展，煤炭需求產量增加，其開采工作開始延伸，瓦斯事故也相應的增加，瓦斯防治工作顯得更加的緊迫與復雜。有基于此，煤田地質構造與瓦斯的關系具備了一定的現實研究意義。

關鍵詞：煤田地質構造；瓦斯；關系

產煤區域地質條件多復雜化，煤層受地質構造運動的疊加影響，其改造程度強烈，當煤層塑性流變時，局部煤層厚度就會發生變化。煤礦區的構造運功，影響煤層瓦斯生成，地質構造不斷的對煤層擠壓、剪切，煤層受其影響結構破壞，形成構造煤，這是瓦斯富集的基礎條件，煤層變質程度、歷史演變、滲透性、結構破壞為煤層瓦斯含量奠定了基礎。

1 瓦斯特質和我國煤田地質構造

1.1 瓦斯特質

古時候，植物堆積成煤階段，植物纖維素與有機質受到厭氧菌分解形成，在溫度和壓力較高的環境中，經物理和化學反應，不斷生成瓦斯。瓦斯達到一定濃度范圍時，可致使人缺氧窒息，甚至發生燃燒和爆炸的現象。瓦斯在煤層或者煤體里以游離狀態與吸附狀態兩種方式存在。瓦斯的主要成份是甲烷，是常規天然生態能源，作為煤礦伴生氣體，是當前煤礦井下事故發生的主要元素。瓦斯的游離狀態，也叫做自由狀態，其存在煤體孔隙與裂隙中，此時瓦斯作為自由氣體呈現壓力服從定律[1]。瓦斯量的大小取決于煤層的孔隙率，瓦斯壓力在一定范圍內，煤層孔隙越大，其含游離瓦斯的數量越大。瓦斯吸附狀態，是指瓦斯吸附在煤層的孔隙中，其吸附狀態是在固體分子的引力作用下，煤層縫隙緊密吸附瓦斯分子，建立吸附層。并且處于吸附狀態的瓦斯分子會對煤體孔隙進行填充，占據煤層空間的孔隙空間。

1.2 我國煤田地質構造

煤田構造作用是指控制煤系、煤層的地質因素等，因地殼運行引發地質構造拗陷，為煤層形成提供適宜的空間。我國大陸板塊是復式結構，由穩定地塊與活動帶兩種形式共同組成，穩定塊的規模并不龐大，其剛性程度弱，在蓋層的變形非常強烈。和單式大陸歐美煤田地質相比，我國煤盆的演變歷史是及其復雜的，我國含煤巖層具備顯著的特點，就是后期構造引發的變形時空差異較大，在東部地區此特征明顯。由于能源需求大，煤炭開發對煤層淺部資源開始進行探測，其開發較為困難。當前煤炭勘察重點是一些煤層新生界覆蓋區，或者老礦潛伏煤田，都是深部煤炭能源，其開采的復雜度和難度就更加可想而知了。煤田構造作為有機組成，是區域構造中的一部分，地殼淺部變形與其深部運動存在緊密的聯系。當前關于煤層構造研究主要有大陸動力學說和盆地動力學說兩種，盆地構造影響煤層演變以及煤床分布狀況。比如我國東部煤層，經歷了一系列熱演化史，有印支、燕山、喜馬拉雅對其不同期次的疊加和改造，給予煤層不均衡的抬升和深埋作用等。

2 煤田地質構造與瓦斯的關系

2.1 煤田變質程度

煤層的地質史條件，決定瓦斯生成量，瓦斯地表運移也受其影響。比如某地煤礦煤層厚度受150到160米之間的石炭沖積層覆蓋，那么就表明煤層在沖擊沉積前，瓦斯已在漫長地質年代中排放了。經過實測，該區地表下700米深處左右，煤層瓦斯含量只有2.0m3/t[2]。正常情況下，煤變質程度高瓦斯的含量也多，但是在煤轉化為無煙煤時，煤體吸附瓦斯的能力就會減弱，甚至可能為零。在我國鄂爾多斯，其盆地東緣的疊記煤層，是從北部逐漸向南部變質增高的，在煤層埋深、地質相同的條件下，煤體瓦斯含量會緩慢增加。另外，在我國煤層含瓦斯量富集區，比如焦作、湘中、晉城等，都分布有產量較高的無煙煤。基于此，可以明確這些地區煤層的瓦斯含量高，也變相的說明了煤質變質與瓦斯含量的關聯性。

2.2 煤巖結構與深度

區域煤層含量隨著煤結構的灰分增加減少，又隨著鏡質組含量增多而增多。測定煤灰分產率，要在815℃的高溫下提煉燃燒測定。煤體揮發分產率，是把煤放置在坩鍋里，在900℃的高溫環境中，連續加熱7分鐘，就能根據對應的公式算出分產率。煤體吸附氣體可以匯聚自身生成的瓦斯氣體，其吸附能力的強弱跟煤層孔隙表面積有直接聯系[3]。煤變質和煤巖煤質影響區域瓦斯量。瓦斯生成量跟隨煤灰增加減少，有隨著鏡質含量增大變大。研究表明，煤層埋藏越深，其瓦斯含量就越大，跟隨煤層深度線性增長。但是，也有特殊情況，煤層瓦斯含量不與煤埋深度呈線性關系，而是其變化梯度受埋深影響，大多礦區煤層埋深與瓦斯含量成正比關系，埋深增加其瓦斯含量就增大，增量變化成梯度形式，最后趨向零產量。

2.3 煤層圍巖性質

煤層周圍是圍巖層，如果煤層和圍巖結合緊密空隙小，那么煤層的瓦斯含量比較容易保存，如果孔隙較大，聯系不致密完整，瓦斯就比較容易逸散，煤層周圍的灰巖、泥巖透氣性低，其在煤層中占據比例就比較大，對應的瓦斯含量高。在我國重慶、貴州六枝等地，其地質結構復雜，煤系層多泥巖、砂巖、灰巖等，其厚度大透氣性較差，橫向巖性存在變化的可能性較小，對吸附于煤層的瓦斯保存條件較好，所有在這些區域煤礦的瓦斯含量高，是典型的高瓦斯礦井。

2.4 煤田地質與水文條件

煤田地質構造對煤區瓦斯量影響復雜，地質構造與地質演變、發展、形態特征具有一定的關聯性。煤田地質構造形態，影響地質瓦斯含量，封閉性地質比較有利于防止瓦斯逸散，封存瓦斯含量，促使煤層瓦斯增加含量。開放性地質或者巖石層不緊密的地質，瓦斯比較容易排放，其煤層瓦斯含量相對較少。在閉合區域內的背斜轉折區，瓦斯運移路線在不斷加長，其排口受到擠壓等因素不斷縮小，瓦斯運移能力隨之增大[4]。因而，在相同的開采深度條件下，煤層構造兩翼處瓦斯量大，在背斜轉折區域，瓦斯含量與之相反。這是因為瓦斯區域減少，但是瓦斯運移通道在不斷的隨之變化。封閉層由于透氣性差，瓦斯與外部煤層聯系不緊密，促使瓦斯封閉在煤層中。瓦斯也受煤區含水量影響，在地下水活躍地區，水流溶解了煤層孔隙中的一部分瓦斯，這些區域煤層含瓦斯量相對較少。

3 瓦斯地質研究現狀

瓦斯地質研究隨著煤礦開采的深度增加而被深化認識，當前煤田探測技術、煤礦管理數字化，都建立在對瓦斯煤田地質的正確認識基礎上。煤礦地質由區域背景、發育特點、褶曲構造、煤層厚度、礦井水質等多種因素構成。其探測技術有了更廣泛應用，但是地質探測仍然是煤礦開采的難題，也是制約礦井安全有序發展的關鍵步驟。礦井地質探測的方向是儀器小型化、智能化發展，以更好的進行煤炭能源生產，保障開采工人的安全。我國是少數的以煤炭能源為主要燃料的國家，年均消費煤產量比世界平均消費值超出45個百分點，有效的利用瓦斯能源也是當前清潔能源發展的重要課題。

4 結束語

加強煤田礦井地質構造研究，可以更好的了解瓦斯賦存環境。如今，隨著煤礦不斷深入的開采，對瓦斯的危險性控制已經成為首要進行的工作，希望文本研究內容，為有關工作人員提供借鑒幫助。

參考文獻

[1]曹召丹.豫西煤田地質構造特征及其對瓦斯賦存的控制[D].中國礦業大學，2014.

[2]王磊.煤田地質構造與瓦斯的關系研究[J].黑龍江科技信息，2014，26：59.

[3]鄭茂杰.煤與瓦斯突出預測及應急響應機制研究[D].中國礦業大學（北京），2009.

[4]屈爭輝.構造煤結構及其對瓦斯特性的控制機理研究[D].中國礦業大學，2010.

作者簡介：蔣紅兵（1986，3-），男，籍貫：廣西桂林，現職稱：助理工程師，學歷：大學本科，研究方向：煤田地質。