貴州煤礦區大、中型斷層對瓦斯賦存的影響?

康付如馬 曙韓真理羅 勇（1.貴州省礦山安全科學研究院，貴州省貴陽市，550025；2.貴州省煤礦瓦斯防治工程技術研究中心，貴州省貴陽市，550025）

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★煤炭科技·地質與勘探★

貴州煤礦區大、中型斷層對瓦斯賦存的影響?

康付如1，2馬 曙1，2韓真理1，2羅 勇1，2
（1.貴州省礦山安全科學研究院，貴州省貴陽市，550025；2.貴州省煤礦瓦斯防治工程技術研究中心，貴州省貴陽市，550025）

摘 要為探明貴州煤礦區大、中型斷層對瓦斯賦存的影響規律，研究了貴州典型礦井同一煤層埋深相近情況下大、中型斷層對附近100 m范圍內瓦斯含量的影響情況。研究結果表明：距大、中型封閉性斷層100 m范圍內，斷層使瓦斯含量平均增加42%，距斷層越近，斷層落差越大，斷層對瓦斯含量的影響越明顯。開放性斷層使瓦斯含量平均降低31%，多半斷層可使瓦斯含量降低50%以上。復合斷層對附近瓦斯含量的影響較為復雜，對同一鉆孔不同煤層或受同一斷層控制的不同鉆孔的影響差別很大。

關鍵詞貴州煤礦區 大、中型斷層 瓦斯含量 影響系數

煤層中瓦斯的保存狀況主要取決于瓦斯向地表的運移條件和煤層儲存瓦斯的性能，而這方面的主要影響因素是煤層的埋藏地質條件，即地質構造。封閉性地質構造有利于封存瓦斯，開放性地質構造有利于瓦斯逸散。國內外研究表明，煤與瓦斯突出多發生在沿著斷層強烈變形的區域。斷層力學性質不同，對瓦斯賦存的控制作用也不同，封閉性斷層（壓性、壓扭性和不導水性斷層）與煤層接觸的對盤巖層透氣性低時，可以阻止煤層瓦斯的排放，在這種條件下，煤層具有較高的瓦斯含量。開放型斷層（張性、張扭性和導水性斷層）不論是否與地表連通，都會使斷層兩盤一定范圍內的煤層瓦斯含量降低，如果與煤層接觸的對盤巖層透氣性較好，煤層瓦斯含量降低幅度會更大。瓦斯賦存規律認識不清，是導致瓦斯突出災害頻發的根本原因。因此，研究斷層帶內煤層瓦斯賦存特征對于開展礦井瓦斯綜合防治，保障煤礦安全高效生產具有重要意義。

貴州煤田地質構造復雜，斷層多，如水城礦區汪家寨煤礦井田內斷層密度達到188條/km2。由于斷層形態和地層條件各異，其對瓦斯的控制也各有不同。統計貴州典型礦區11個井田576組鉆孔的地勘瓦斯含量、埋深、與附近大中型斷層距離及斷層的基本性質，通過分析大型斷層（落差大于30 m）和中型斷層（落差大于煤厚且小于30 m）與附近瓦斯含量的關系，研究貴州煤礦區大、中型斷層對附近瓦斯賦存的影響規律。本文中斷層對瓦斯含量的影響系數指在煤層、構造單元、埋深相同或相近的情況下斷層因素對瓦斯含量的影響系數，用斷層附近（100 m范圍內）某一瓦斯含量與平均瓦斯含量的比值表示，其中平均瓦斯含量為不受斷層影響的瓦斯含量平均值。

1　封閉性斷層對瓦斯含量的影響

貴州煤層頂底板巖性多以含泥性較高的巖性為主，瓦斯封存條件較好，據統計，貴州地區分布的斷層多為封閉性斷層。封閉性斷層對附近瓦斯含量的影響如圖1和圖2所示。

圖1　封閉性斷層與鉆孔距離對附近瓦斯含量的影響

由圖1和圖2可知，統計數據中有59組封閉性斷層對附近瓦斯含量的影響系數，其中斷層使附近瓦斯含量增加的數據占90%。封閉性斷層使附近瓦斯含量增加的數據中，斷層對附近瓦斯含量的影響系數在1.01～2.12范圍內，平均影響系數為1.42。研究發現，距斷層100 m以內，大型斷層對瓦斯含量的平均影響系數為1.51，中型斷層對瓦斯含量的平均影響系數為1.38，大、中型斷層對瓦斯含量的影響差異明顯。距離斷層0～50 m內斷層對瓦斯含量的平均影響系數為1.49，距離斷層50～100 m內的平均影響系數為1.33。斷層對附近50 m以內瓦斯含量的影響系數明顯比對附近50～100 m大。這是因為封閉性斷層落差越大，破碎帶構造巖粒度越細，孔隙連通性越差，越有利于瓦斯的保存。距離斷層越近，應力集中越明顯，越不利于瓦斯的運移，容易引起瓦斯的富集。

圖2　封閉性斷層落差對附近瓦斯含量的影響

由于煤層瓦斯含量與煤層圍巖條件、煤質、煤厚等其他因素有關，剔除個別偏差較大的數據，斷層落差與影響系數的關系和斷層距鉆孔距離與影響系數的關系分別如圖3和圖4所示。其中，斷層落差相同時，取同一落差影響系數的平均值。落差為某一范圍時，落差取該范圍的平均值。鉆孔與斷層距離相同時，取同一距離影響系數的平均值。

圖3　斷層落差與影響系數的關系

圖4　斷層距鉆孔距離與影響系數的關系

由圖3可知，斷層對瓦斯含量影響系數具有隨落差增加而增大的趨勢，兩者之間相關系數R2為 0.86，相關性較好，符合線性規律y=0.007x+ 1.193。由圖4斷層距鉆孔距離與影響系數的關系可知，斷層距鉆孔距離與影響系數呈負相關，相關系數R2為0.75，相關程度較大，符合線性規律y=－0.002x+1.5247。

2　開放性斷層對瓦斯含量的影響

開放性斷層帶內巖石透氣性良好，是瓦斯運移的良好通道，不利于瓦斯的保存，其附近瓦斯含量通常低于平均瓦斯含量。開放性斷層對附近瓦斯含量的影響情況如表1所示。

表1　開放性斷層對附近瓦斯含量的影響

由表1可知，開放性斷層使附近瓦斯含量降低的比例為96%，斷層對附近100 m范圍內瓦斯含量的影響系數為0.32～0.98，平均影響系數為0.69，即斷層使瓦斯含量平均降低31%。多數開放性斷層可使斷層附近瓦斯含量降低到原來的50%以下，降低幅度明顯。以青龍煤田為例，表1中青龍煤田距離F4斷層40 m、60 m、100 m處的鉆孔分別為ZK302、ZK602和ZK402。F4斷層淺部將ZK302、ZK602、ZK402鉆孔連續控制，除造成地層重復外，ZK302、ZK602、ZK402鉆孔在該斷層附近上下段表現出巖芯軸夾角發生大角度的變異及眾多擦痕面，瓦斯沿裂隙逸散，引起瓦斯含量降低。其中，18#煤層ZK602鉆孔的瓦斯含量降低到原來的35%。

從表1分析可知，開放性斷層距鉆孔距離、斷層落差與影響系數的關系不明顯。之所以造成這種現象，一方面是因為開放性斷層對附近瓦斯含量影響的數據偏少，不具有普遍性；另一方面，煤層瓦斯含量除了與斷層距離、斷層落差、埋深有關外，還受到斷層兩盤巖性、煤層圍巖條件、煤質、煤厚等其它因素的影響，而且有些地質因素對瓦斯含量的影響較大。

3　復合斷層對瓦斯含量的影響

以往的研究表明，復合斷層的應力場與單一斷層相差甚遠，在斷層間形成了影響區，影響區內梯度大，分布復雜，且應力集中的范圍和程度遠大于斷層的外端。

表2　復合斷層對附近瓦斯含量的影響

由表2可知，復合斷層對附近瓦斯含量的影響系數為0.49～1.83，平均影響系數為1.07。使附近瓦斯含量增加和降低的比例分別為60%、40%，分別使瓦斯含量平均增加和降低35%和32%。復合斷層對附近瓦斯含量的影響較為復雜，比如文家壩煤礦F16－1、F16斷層與1035鉆孔的距離分別為2 m、20 m，復合斷層對6#、16#、27#和30#煤層1035鉆孔瓦斯含量的影響系數分別為1.37、0.52、1.73和0.88，對同一鉆孔不同煤層的影響系數差別較大，對瓦斯含量的影響既有封閉作用也有開放作用。F16－1、F16斷層與1064鉆孔和1035鉆孔的距離分別為2 m、40 m和2 m、20 m，對30#煤層1064鉆孔和1035鉆孔瓦斯含量的影響系數分別為1.15和0.88，受相同復合斷層的影響，兩鉆孔瓦斯含量一個增加一個減少。在復合斷層影響區內，復合斷層的相互作用與單一斷層應力場相比產生了很大的變化。

復合斷層對附近瓦斯含量的影響還要綜合考慮各斷層力學性質、各斷層兩盤巖性、斷層埋深，煤層圍巖條件、煤厚等因素，進行具體分析。

4　結語

（1）封閉性斷層和開放性斷層對附近瓦斯含量起到封閉作用和開放作用的概率分別為90%和96%。距大、中型封閉型斷層100 m范圍內，斷層使瓦斯含量平均增加42%，個別增加100%以上，斷層距鉆孔距離與影響系數呈負相關，斷層落差與影響系數呈正相關。開放型斷層使附近瓦斯含量平均降低31%，但多數斷層可使瓦斯含量降低到原來的一半以下，降低幅度較大。

（2）復合斷層對附近瓦斯含量的影響較為復雜，對同一鉆孔不同煤層或受同一斷層控制的不同鉆孔的影響既有封閉作用又有開放作用，影響差別較大，與單一斷層影響相比產生了很大的變化。

（3）分類研究了斷層對附近瓦斯含量的影響，可以為斷層附近瓦斯含量預測及瓦斯防治提供依據。此次研究未能綜合考慮斷層力學性質、斷層兩盤巖性、煤層圍巖條件、煤厚等因素，有待在今后的研究中進一步完善。

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（責任編輯 郭東芝）

Influence of large and medium faults on gas occurrence in coal mines
of Guizhou province

Kang Furu1，2，Ma Shu1，2，Han Zhenli1，2，Luo Yong1，2
（1.Guizhou Science Research Institute of Mine Safety，Guiyang，Guizhou 550025，China；2.Guizhou Engineering and Technology Research Center for Coal Gas Control and Prevention，Guiyang，Guizhou 550025，China）

AbstractIn order to get the influence rule of large and medium faults on gas occurrence in coal mines of Guizhou province，the influences of large and medium faults on their nearby gas content within the scope of 100 m in same coal seam and similar buried depth in typical mines of Guizhou province were studied. The results showed that gas content nearby large and medium closed faults within the scope of 100 m increased by an average of 42%，then the closer to the faults and the larger the fault throw was，the more obvious influences of faults on the gas content. Open faults made the nearby gas content decrease by an average of 31%，and the gas content mostly decreased by more than 50%. The influences of compound faults on the nearby gas content were very complex，the influences on the gas content of same borehole in different coal seams or different boreholes controlled by the same compound fault were very different.

Key wordscoal mines of Guizhou province，large and medium faults，gas content，influence coefficient

中圖分類號TD712.2

文獻標識碼A

基金項目：?“十二五”國家科技支撐計劃資助項目（2012BAK04B07），煤礦瓦斯災害防治創新能力建設（黔科合院所創能〔2009〕4005號）

作者簡介：康付如（1989－），男，河南南陽人，助理工程師，碩士，主要從事礦井瓦斯地質方面的研究工作。