煤田地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯的關(guān)系分析

■王路法 郭愛(ài)華 孟華

（河南省煤田地質(zhì)局一隊(duì)河南鄭州451150）

煤田地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯的關(guān)系分析

■王路法 郭愛(ài)華 孟華

（河南省煤田地質(zhì)局一隊(duì)河南鄭州451150）

煤炭作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱性能源，一直關(guān)乎我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的質(zhì)量，因此研究煤炭合理開(kāi)采具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。隨著我國(guó)現(xiàn)代化的進(jìn)程逐步加深，一些發(fā)展中的問(wèn)題也逐漸暴露出來(lái)，瓦斯問(wèn)題一直困擾著煤礦的采集，制約我國(guó)能源的利用，為了增加煤炭開(kāi)采的安全性，下文將從我國(guó)煤田的地質(zhì)結(jié)構(gòu)出發(fā)，深入的研究煤田地質(zhì)與瓦斯之間的關(guān)系，以供相關(guān)從業(yè)人員借鑒學(xué)習(xí)。

煤田地質(zhì)構(gòu)造安全管理瓦斯差異分析

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，能源的使用也達(dá)到了歷史上的巔峰，因此增加能源開(kāi)采幾乎是我國(guó)不能回避的問(wèn)題，在這個(gè)大背景下，煤炭開(kāi)采的安全問(wèn)題越來(lái)越被相關(guān)部門所重視，而瓦斯問(wèn)題又是煤礦開(kāi)采之中常見(jiàn)的問(wèn)題，給煤田的開(kāi)采帶來(lái)許多不利因素，因此研究煤田地質(zhì)結(jié)構(gòu)與瓦斯的關(guān)系對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的意義。

1　瓦斯特質(zhì)和我國(guó)煤田地質(zhì)構(gòu)造

1.1瓦斯特質(zhì)

由于我國(guó)地大物博，南北之間的煤田結(jié)構(gòu)的差異較大，因此我國(guó)的礦業(yè)也呈現(xiàn)多元化的趨勢(shì)，瓦斯由一定的植物纖維素與厭氧菌結(jié)合而成，具有易燃易爆的化學(xué)性質(zhì)，瓦斯是與煤炭共同產(chǎn)生的，因此研究煤田開(kāi)采時(shí)不能忽略瓦斯等因素，這是由于瓦斯在巖層中濃度較高，容易造成威脅礦下作業(yè)的相關(guān)工作人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，為了防止人直接暴露在高濃度瓦斯之中，防止煤田爆炸事故，研究瓦斯的物理與化學(xué)性質(zhì)是十分有必要的，瓦斯的主要構(gòu)成成分為甲烷，瓦斯本身也是一種能源，因?yàn)槠湟兹嫉男再|(zhì)，廣泛的應(yīng)用于我國(guó)的各個(gè)領(lǐng)域之中，是日常生活的常規(guī)能源。但作為煤炭的伴生氣體，瓦斯卻具有高度的危險(xiǎn)性，極易導(dǎo)致采礦的安全問(wèn)題，給煤礦產(chǎn)業(yè)造成巨大的損失。［1］瓦斯的狀態(tài)比較游離，因此當(dāng)因?yàn)槎逊e沉淀到一定程度時(shí)，便會(huì)造成煤礦井下作業(yè)的燃燒爆炸，威脅到我國(guó)礦下采集作業(yè)的相關(guān)工作人員的生命安全。瓦斯常常存在與巖縫與煤層的空隙中間，瓦斯的存量受煤層空隙大小的制約，空隙率大的煤層或者巖縫其中含有的瓦斯存量就多，孔隙率小的煤層或者巖縫其中的瓦斯存量就相應(yīng)的少。［2］同時(shí)瓦斯的存量也受礦下巖層壓力的影響，礦下巖層的壓力越大，瓦斯的化學(xué)成分也就越發(fā)的活躍，容易造成煤層空隙堆積，礦下巖層的壓力越小，瓦斯的化學(xué)成分也就越游離，不容易造成因?yàn)闈舛容^大而產(chǎn)生的煤田爆炸事故，這也是煤礦產(chǎn)業(yè)安全管理應(yīng)該著眼的地方。

1.2我國(guó)煤田地質(zhì)構(gòu)造

我國(guó)的國(guó)土幅員廣闊，因此南北的地形地貌都有很大的差別，環(huán)境與溫度帶的差異也是制約我國(guó)煤田地質(zhì)構(gòu)造的一個(gè)主要因素。煤田構(gòu)造囊括了煤層所在的巖層與地貌情況，因此受許多因素的影響，由于我國(guó)的地貌屬于大陸板塊，地大物博，因此研究我國(guó)的煤田地質(zhì)結(jié)構(gòu)，需要從許多角度入手，相比歐美的發(fā)達(dá)國(guó)家，由于我國(guó)的南北闊度較大，因此在地形結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)多元化的趨勢(shì)，需要參考的數(shù)據(jù)也十分龐雜，同時(shí)我國(guó)的地形結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)復(fù)式結(jié)構(gòu)，因此煤田的地形結(jié)構(gòu)的變形也很嚴(yán)重，這導(dǎo)致我國(guó)有許多已經(jīng)勘探的煤層無(wú)法進(jìn)行采集，開(kāi)發(fā)難度大則導(dǎo)致了我國(guó)煤礦采集企業(yè)的前期投入非常大，增加了煤礦的成本，不利于我國(guó)現(xiàn)階段的發(fā)展要求。相比歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的資源呈現(xiàn)豐富的特征，但大部分煤層都深藏于無(wú)法采集到的煤層，因此大力研發(fā)深層采集技術(shù)也是我國(guó)煤礦企業(yè)現(xiàn)階段的一個(gè)技術(shù)要求，為了滿足我國(guó)復(fù)雜的采集工作，還需要政府部門的配合與扶持。煤田構(gòu)造與中國(guó)這片大陸結(jié)構(gòu)的歷史變遷息息相關(guān)，因此研究煤田的地質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)該結(jié)合我國(guó)板塊學(xué)說(shuō)，當(dāng)前我國(guó)的版塊學(xué)說(shuō)分為兩大類，各有千秋互不相讓，一說(shuō)我國(guó)的地形變遷是依靠地層內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)決定的，另一說(shuō)則主張我國(guó)石油盆地的構(gòu)造所影響的，在喜馬拉雅山形成了地形擠壓與堆疊，當(dāng)然兩種學(xué)說(shuō)都沒(méi)有明顯的疏漏，但開(kāi)展煤田地質(zhì)結(jié)構(gòu)研究需要有謹(jǐn)慎的科學(xué)精神。［3］

2　煤田地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯的關(guān)系

2.1煤田變質(zhì)程度與瓦斯的關(guān)系

綜上所述瓦斯的存量主要取決于煤層的孔隙率與煤層形成的時(shí)間，越是古老的巖層形成的煤層，其中蘊(yùn)含的瓦斯量越是豐富，越是臨近現(xiàn)代形成的煤層，瓦斯的存量越是稀少。同時(shí)孔隙率是由地形形成方式?jīng)Q定的，比如我國(guó)南方的煤層孔隙率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于我國(guó)北方煤層的孔隙率。瓦斯排放的時(shí)間通常需要一千年左右，因此需要煤層充分的沉淀堆積，經(jīng)過(guò)一定的考證，以一百五十米到一百六十米之間的煤層已經(jīng)存在大量的瓦斯，這個(gè)實(shí)例證明了煤田變質(zhì)程度決定瓦斯的存量。變質(zhì)的程度則是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，比如當(dāng)煤田里面儲(chǔ)存的煤炭向無(wú)煙煤過(guò)渡時(shí)，瓦斯的吸附能力也在減小，當(dāng)無(wú)煙煤朝著超級(jí)無(wú)煙煤過(guò)渡時(shí)，又會(huì)造成一次吸附能力的變化。［4］而瓦斯的吸附能力在一定程度上也決定了煤田中的煤炭的瓦斯的存量，如果吸附能力大幅度減少，煤炭中的瓦斯存量也會(huì)大為降低，甚至降低為零。這就能保證日常的采礦工作的安全性，保證相關(guān)施工人員的生命安全，增加煤礦企業(yè)的安全管理能力，從而提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)東北部的鄂爾多斯就呈現(xiàn)盆地的地形，煤層越是深入，瓦斯的含量就逐步的增加。證明起碼鄂爾多斯是受盆地地形構(gòu)造形象的，此外我國(guó)煤層含有瓦斯量大的地區(qū)，多集中于東北部、西北部等高原盆地地區(qū)，如焦作、晉城等，證明了煤層變質(zhì)與瓦斯含量的正相關(guān)的關(guān)系。

2.2煤層結(jié)構(gòu)深度與瓦斯的關(guān)系

煤層結(jié)構(gòu)的深度與瓦斯的含量息息相關(guān)，因?yàn)橥咚沟暮侩S著煤層的灰質(zhì)結(jié)構(gòu)而變化，灰質(zhì)結(jié)構(gòu)越多，瓦斯的含量也就隨之增加，灰質(zhì)結(jié)構(gòu)越少，瓦斯的含量也會(huì)隨之減少。因此研究煤層結(jié)構(gòu)中的瓦斯含量，鏡質(zhì)組與灰質(zhì)的程度是不可回避的一個(gè)主要因素。經(jīng)過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，把我國(guó)的煤炭放進(jìn)八百一十五度的高溫爐進(jìn)行提煉燃燒測(cè)定，最后的結(jié)果是隨著溫度的升高，我國(guó)煤炭的灰質(zhì)結(jié)構(gòu)的揮發(fā)率越高，這間接證明了我們的猜想，瓦斯的存量是隨著我國(guó)煤田地質(zhì)結(jié)構(gòu)的深度而線性增長(zhǎng)的，越是深入地層的內(nèi)部，溫度越高，灰質(zhì)結(jié)構(gòu)也會(huì)增加，從而使煤層的瓦斯含量隨之增加。［5］這是由于高溫能夠產(chǎn)生一定的瓦斯吸附能力，瓦斯在高溫下化學(xué)結(jié)構(gòu)更加活躍，容易形成堆積沉淀。當(dāng)然針對(duì)我國(guó)廣闊的國(guó)土，這個(gè)結(jié)論不能一概而論，比如南方的梯形的地質(zhì)結(jié)構(gòu)的煤田，瓦斯的含量與煤層結(jié)構(gòu)的深度并沒(méi)有明顯的關(guān)系，這是由于這個(gè)變化只針對(duì)高原盆地或者平原等地質(zhì)結(jié)構(gòu)，對(duì)梯形地質(zhì)結(jié)構(gòu)并沒(méi)有影響。

2.3煤層圍巖性質(zhì)與瓦斯的關(guān)系

由于圍巖層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，本身具有特殊性，因此也作為影響瓦斯含量的重要因素。煤層與圍巖層越是緊密，煤層的孔隙率越小，前文我們可知，煤層中的瓦斯存量是與煤層中的孔隙率呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)關(guān)系的，因此煤層圍巖性質(zhì)也深深的影響到瓦斯的存量。但圍巖層只通過(guò)影響煤層的孔隙率，借此來(lái)影響瓦斯的存量，因此可以說(shuō)，圍巖層結(jié)構(gòu)只是間接影響瓦斯的存量。瓦斯的化學(xué)結(jié)構(gòu)比較松散，容易移動(dòng)，因此泥巖的透氣率越高，瓦斯的化學(xué)含量就越大。而我國(guó)西南地區(qū)，如重慶、貴州等地呈現(xiàn)盆地結(jié)構(gòu)，煤田的圍巖層與煤層結(jié)合比較緊密，因此泥巖層的厚度就有所增加，瓦斯的含量也隨之增多。

2.4煤田地質(zhì)與水文條件

研究一個(gè)地區(qū)的地貌，首先是考察這個(gè)地方的水文條件、地形、地質(zhì)情況。因此水文條件也是煤田地質(zhì)研究的重要要素，地質(zhì)結(jié)構(gòu)的演變發(fā)展與煤層的形成與瓦斯的含量具有一定的關(guān)聯(lián)性，我國(guó)的華北地區(qū)的煤炭產(chǎn)業(yè)就呈現(xiàn)出明顯的開(kāi)放性質(zhì)，因此煤層的吸附力非常低，導(dǎo)致瓦斯的含量也十分少。但這只是個(gè)例，大部分煤田還是呈現(xiàn)閉合的區(qū)域性質(zhì)，圍巖層與煤層結(jié)合的十分緊密，同時(shí)瓦斯的含量還與煤炭開(kāi)采的方式有關(guān)系，因?yàn)樵陂_(kāi)采的過(guò)程中，煤炭開(kāi)采會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)大量的粉塵，通過(guò)與瓦斯的混合堆積，就造成了瓦斯的泄漏與爆炸情況，這是煤礦企業(yè)應(yīng)該注意的問(wèn)題。［6］瓦斯的含量還與煤炭轉(zhuǎn)移的距離與方式息息相關(guān)，很多人想不到的是煤炭移動(dòng)的路線有時(shí)候也會(huì)導(dǎo)致煤層破裂，導(dǎo)致煤層之中的瓦斯大量泄漏。封閉結(jié)構(gòu)的地形因?yàn)橥笟庑暂^差等原因，會(huì)造成巖層中大量的瓦斯堆積，給煤炭采集工作造成一定的影響，增加煤炭開(kāi)采的成本。除此之外還需要注意在開(kāi)采過(guò)程中的地下水的影響，地層下的水源比較活躍，會(huì)溶解煤層中的瓦斯，導(dǎo)致瓦斯含量的減少，這個(gè)因素應(yīng)該考慮到。

3　結(jié)語(yǔ)

了解我國(guó)煤層之中的瓦斯的賦存情況，有利于我國(guó)開(kāi)展煤田的采集工作，把握好煤田地質(zhì)結(jié)構(gòu)與瓦斯的關(guān)系，能夠增加我國(guó)煤田采礦的安全性的管理，從而增加我國(guó)煤田采礦的效率，從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，研究煤田地質(zhì)結(jié)構(gòu)與瓦斯之間的關(guān)系具有強(qiáng)烈的現(xiàn)實(shí)意義。我國(guó)的相關(guān)研究人員還要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐，從而實(shí)現(xiàn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展。

［1］何俊，劉明舉，顏愛(ài)華.煤田地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯突出關(guān)系分形研究 ［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2002，06：623-626.

［2］張志榮，趙晶，張浪.雙鴨山煤田地質(zhì)構(gòu)造特征與瓦斯賦存規(guī)律分析 ［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，S2：346-349.

［3］蔣紅兵.煤田地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯的關(guān)系研究 ［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015，26：103.

［4］王磊.煤田地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯的關(guān)系研究 ［J］.黑龍江科技信息，2014，26：59.

［5］安秀煜.黃隴侏羅紀(jì)煤田瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究 ［D］.西安科技大學(xué)，2012.

［6］楊德方.薛湖井田瓦斯地質(zhì)規(guī)律與瓦斯預(yù)測(cè) ［D］.河南理工大學(xué)，2009.

P5［文獻(xiàn)碼］ B

1000-405X（2016）-8-175-2