礦井瓦斯受地質規律的影響分析

王愛民

（新疆振興天原煤業有限責任公司，新疆伊寧835005）

礦井瓦斯受地質規律的影響分析

王愛民*

（新疆振興天原煤業有限責任公司，新疆伊寧835005）

通過對鐵廠溝煤礦地質勘探和采煤過程中的氣體檢測記錄資料進行分析，進一步掌握地質條件對礦井瓦斯賦存和涌出的制約及影響。發現煤層瓦斯在淺部受風化作用、生物化學作用等影響，CH4成分較低，N2成分較高，而隨著煤層埋深增大，CH4成分逐漸增高，N2成分逐漸降低，顯示出明顯的分帶性。且瓦斯賦存和涌出與斷層、褶皺構造、埋深、厚度及煤層地板標高等多種因素有關，為今后的礦井開拓和生產中的瓦斯預防提供依據。

鐵廠溝煤礦；瓦斯賦存規律；分析

1　概述

礦井瓦斯是危害煤礦安全生產的主要因素之一，嚴重威脅著井下人員的生命安全和礦井設施安全。尤其是煤與瓦斯突出、瓦斯煤塵爆炸等重大惡性瓦斯事故已成為當今影響煤礦安全生產的頭號殺手，隨著煤炭資源開采強度和深度的不斷增加，礦井瓦斯對煤礦安全生產的威脅將日趨嚴重。因此就鐵廠溝煤礦礦井瓦斯賦存受地質條件的影響和制約狀況進行研究。

2　礦區地質概況

鐵廠溝煤礦位于鐵廠溝背斜南翼，為一向南傾的單斜構造，地層走向75°，傾角38°～60°。在東部軸部為下侏羅統八道灣組，在西部鐵廠溝一帶，軸部為中—上三疊統小泉溝群，背斜北翼地層傾角10°左右，南翼傾角變化較大，由東部的10°～20°向西逐漸增大到40°～60°。井田西部邊界內斷層構造較發育，有F1-F3斷層，為落差大于30m的平移逆斷層，對該礦西部煤層造成一定的破壞。B2煤層對西部自燃火區來講，又是一個阻燃斷面，阻止了西部自燃火區向東盤的蔓延，為現生產主斜井的西部邊界斷層。井田東界為F4斷層，井田內未發現巖漿活動。井田構造類型，確定為中等構造類型。

礦區內可采煤層12層，據鉆探揭露，區內侏羅系下統共含可采煤層12層（B13、B8、B5-B1、A5-A1），總厚度在87.12～104.04m之間，平均厚度總和為101.27m，局部可采煤層厚度在1.00～2.80m之間，平均厚度總和為1.95m。其中三工河組含可采煤層2層，分別為B13、B8煤層。八道灣組所含煤層，除B6號煤層為零星可采煤層外，其余煤層（B5-B1、A1-A5）均為可采煤層。

3　礦井瓦斯

3.1礦井瓦斯等級

在煤礦生產過程中，瓦斯基本由采落煤炭以及煤、巖層新鮮暴露面上的孔隙、裂隙緩慢、長時間的涌出，屬普通涌出。建礦以來未曾發生過瓦斯噴出和煤與瓦斯突出等特殊涌出現象。根據2007～2011年礦井瓦斯等級鑒定核準結果，以及上級主管部門批文，鐵廠溝煤礦屬低瓦斯礦井，2012年至今進行90×104t/a改擴建工程建設。

3.2瓦斯成分及瓦斯分帶

根據2007年5月新疆煤田地質局一五六煤田地質勘探隊提交的《新疆伊寧市鐵廠溝煤礦擴大延深勘探報告》的煤層瓦斯成果分析表（見表1），該地質報告中，在Ⅰ-4、Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅲ-1和Ⅴ-1號4個鉆孔中采集了瓦斯煤樣，其中，各鉆孔瓦斯含量CH4為0～0.044mL/g可燃質，CO2為0.042～0.126mL/g可燃質，瓦斯成分主要為N2，瓦斯分帶屬二氧化碳—氮氣帶。表現在淺部CH4成分較低，N2成分較高，而隨著煤層埋深增大，CH4成分逐漸增高，N2成分逐漸降低，顯示出明顯的分帶性。

上述資料證明目前的開采深度和鉆孔所控制的煤層深度均未超過該區瓦斯風化帶（二氧化碳—氮氣帶）的深度。

表1　鉆孔瓦斯成果分析表

3.3瓦斯涌出量和瓦斯涌出特征

根據鐵廠溝煤礦通風瓦斯監測資料，掘進巷道和回采工作面瓦斯涌出量都比較小。據+520m水平B2煤層回采工作面絕對瓦斯涌出量統計，絕對瓦斯涌出量為0.16～0.64m3/min。通過掘進和回采證明：瓦斯涌出量主要由采落煤炭以及煤、巖層新鮮暴露面上的孔隙、裂隙緩慢、長時間的涌出。絕對瓦斯涌出量隨煤層開采深度和產量的增大而增大，隨著煤層底板標高的增大而減小。礦井在開采過程中工作面曾遇到跨越F3斷層開采，由于受F3逆斷層的影響，在逆斷層附近煤層瓦斯含量升高。

3.4瓦斯含量

地質勘探期間測試分析所提供的煤層瓦斯含量均為煤層可燃物瓦斯含量，在進行煤層瓦斯分布規律研究或資源量計算時，需要將其轉換為噸煤瓦斯含量，以反映自然狀態下，煤層瓦斯含量賦存的真實情況。換算公式為：

式中：Qd——噸煤瓦斯含量，m3/t；

Qm——煤層可燃物瓦斯含量，mL/g·可燃物；

Mad——分析基水分，（%）；

Ad——干燥基灰分，（%）。

換算后的瓦斯含量參見表2。

4　礦井瓦斯地質規律研究

表2　換算后的瓦斯成果表

4.1斷層、褶皺構造對瓦斯賦存的影響

鐵廠溝煤礦為一向南傾的單斜構造。地層走向75°，傾角38°～60°，淺部地層較陡，深度變緩，在礦區內地層傾角從東向西有逐漸變緩的規律，東部傾角在45°～60°之間，西部在38°～60°之間。井田西部邊界內斷層構造較發育，有F1-F3斷層，井田東界為F4斷層，礦區西部由于受斷層影響，地層產狀變化較大，對該礦西部煤層造成一定的破壞。在礦區內由北向南，煤層埋藏變深，煤層瓦斯含量也逐漸變大。據生產中記錄數據分析，斷層附近煤層瓦斯含量明顯升高，說明瓦斯含量受斷層影響較為明顯。

4.2煤層埋深與上覆基巖厚度對瓦斯賦存的影響

鐵廠溝煤礦由于煤層傾角較大，并且煤層隨埋深不斷變陡，傾角達到60°左右，所以煤層埋深增加速度很快，從煤礦的北邊界到南邊界，煤層埋深從50m左右變到500～600m左右。根據勘探階段的煤層瓦斯含量測試成果及生產中瓦斯涌出量數據分析，隨著煤層埋深的增大，煤層瓦斯含量呈逐漸增大趨勢。

由于本礦區煤層呈一單斜構造，煤層埋藏深度與煤層上覆基巖厚度變化趨勢一致，隨著煤層上覆基巖厚度的增大，煤層瓦斯含量呈逐漸增大趨勢。

4.3頂板巖性對瓦斯賦存的影響

煤層頂板多為粉砂巖、泥巖，偶見細砂巖、中砂巖、礫巖，煤層與圍巖的透氣性好，有利于瓦斯的運移和排放。一般來說，當煤層頂板巖性為致密完整的巖石，如頁巖、油母頁巖時，煤層中的瓦斯容易被保存下來；而當頂板多為空隙或者脆性裂隙發育的巖石，如礫巖、砂巖時候，瓦斯就容易逸散。

煤層直接頂板以粉砂巖和細砂巖居多，比重2.50～2.57g/cm3，天然容重2.18～2.32g/cm3，含水率1.11%～1.16%，飽和狀態下單向抗壓強度在10MPa以下，多數圍巖軟化系數在30%以下；從以上實驗數據分析其顯示為不穩定頂板。未來開采中因滲透性弱，相對持水性強，而軟化系數小于0.75，只有個別點為0.92，可能發生塊體塌落，易產生頂板冒落、底板底鼓等工程地質問題。依據鉆孔煤層瓦斯數據分析，在鐵廠溝煤礦范圍內煤層頂板巖性對煤層瓦斯有明顯的影響，在煤層頂板為粉砂巖區，其煤層瓦斯含量較小；煤層局部頂板為細砂巖區，其煤層瓦斯含量也較小。

總體來說，煤層的頂板巖性不利于煤層瓦斯的儲存。

4.4煤層厚度對瓦斯賦存的影響

B2號煤層是該礦井范圍內的最主要的一層較厚可采煤層，井下巷道和鉆孔對其有多處揭露。揭露厚度在18.66～30.09m之間（其它煤層厚度基本無變化），平均厚度24.58m。該層結構簡單—較簡單，含夾矸0～4層，主要分布在該煤層的頂部和底部，夾矸層數從東向西增多，厚度增大，由于向西夾矸厚度的增大，把該煤層分成3～4個分層，其中從上向下數第三分層的厚度在13.33～15.95m之間，其頂板為粉砂巖。本次施工的Ⅰ-4、Ⅱ-1、Ⅴ-1等3個鉆孔揭露了此煤層，真厚為28.75m、30.27m、22.15m，夾矸0～1，結構簡單，該煤層屬于穩定煤層，全區可采。

5　結論

綜上所述，該煤礦現生產區域為二氧化碳—氮氣帶內，屬低瓦斯礦井。通過礦井瓦斯地質規律分析，絕對瓦斯涌出量隨煤層開采深度和產量的增大而增大，隨著煤層底板標高的增大而減小。煤層瓦斯含量受斷層影響較為明顯，地質構造對瓦斯賦存的控制也很明顯。礦井瓦斯地質研究工作是一個循序漸進、不斷探索的過程，而且隨著礦井逐步向深部開拓，瓦斯含量會增大，所以在未來煤礦開拓和生產活動中，要對瓦斯進一步測定，系統地積累和分析資料，對通風系統和煤層瓦斯進行科學管理，以有效的措施，嚴防由于局部瓦斯聚集造成瓦斯爆炸和二氧化碳窒息事故，確保礦井安全生產。

［1］新疆伊寧市鐵廠溝煤礦擴大延深勘探報告［R］.2007.

［2］2007年～2011年歷年瓦斯等級鑒定情況［E］.

［3］生產階段全部瓦斯［E］.地質資料.

TD712

A

1004-5716（2016）01-0169-03

2015-06-26

2015-07-07

王愛民（1960-），男（漢族），新疆伊寧人，工程師，現從事煤礦安全生產技術經營管理工作。