影響五陽井田3號(hào)煤層瓦斯賦存的地質(zhì)因素

喬 楊

（山西藍(lán)焰煤層氣集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048000）

1 引言

瓦斯是生于煤層、儲(chǔ)存于煤層或圍巖中的氣體地質(zhì)體，只要開采煤炭就會(huì)有瓦斯涌出。它的生成條件、運(yùn)移規(guī)律以及賦存、分布規(guī)律都受著極其復(fù)雜的地質(zhì)作用控制，不同井田區(qū)因地質(zhì)條件的差異，煤層瓦斯賦存規(guī)律亦有所不同[1]。因此，基于五陽井田瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定資料、采礦資料等，并結(jié)合井田實(shí)際地質(zhì)條件，對(duì)影響井田內(nèi)3號(hào)煤層瓦斯賦存的主要地質(zhì)因素進(jìn)行了研究，研究結(jié)論對(duì)礦井瓦斯防治具有重要指導(dǎo)意義。

2 影響煤層瓦斯賦存的主要地質(zhì)因素

2.1 煤變質(zhì)程度對(duì)煤層瓦斯賦存的影響

煤化作用控制著煤的生烴和煤的變質(zhì)程度，煤化作用越強(qiáng)烈，煤中生烴量越大，煤的變質(zhì)程度越高，反之亦然[2]。因此，瓦斯地質(zhì)研究中常用煤的變質(zhì)程度來表征煤化程度。五陽井田3號(hào)煤層在成煤過程中受煤化作用影響較甚，使其成為變質(zhì)程度較高的貧瘦煤，亦促使了煤中生烴物質(zhì)的大量生烴，煤中瓦斯含量普遍較高。同時(shí)，隨著煤變質(zhì)程度增加，煤對(duì)甲烷氣體分子的滲透率下降，氣體沿煤層向地表方向運(yùn)移逸散更加困難；煤中微孔裂隙系統(tǒng)發(fā)育較甚，煤對(duì)甲烷的吸附能力增加、吸附儲(chǔ)集瓦斯的量亦較大。因此，五陽井田3號(hào)煤的高變質(zhì)，為煤層瓦斯的大量生成提供了良好動(dòng)力，是致使該煤層瓦斯含量普遍較高的生烴動(dòng)力條件。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤層瓦斯賦存的影響

五陽井田地處潞安礦區(qū)北段南部文王山斷層與西川斷層之間，由寬緩褶曲和正斷層組成的NEE向的構(gòu)造帶，五陽井田位于該構(gòu)造帶內(nèi)，北以西川斷層為界，南以文王山北斷層為界，邊界斷層瓦斯大量釋放而呈低瓦斯帶。井田的基本構(gòu)造特征為向南西傾伏且寬緩褶曲，伴有大中型、高角度正斷層和次一級(jí)的小型斷裂，構(gòu)造線方向大致為NEE和NE方向。區(qū)內(nèi)主體構(gòu)造為天倉向斜，因其軸部受擠壓應(yīng)力作用較為明顯，煤體受剪切作用而變得破碎、增厚，破碎的煤體透氣性變差、吸附儲(chǔ)集瓦斯能力強(qiáng)，是瓦斯富集的有利場(chǎng)所，使得向斜軸部瓦斯含量普遍較高。同時(shí)，在次一級(jí)褶皺軸的起伏和轉(zhuǎn)折端，瓦斯含量亦整體較高；伴生的高角度正斷層因其具有張性特征，節(jié)理裂隙系統(tǒng)較發(fā)育，屬于典型的開放型構(gòu)造，不利于瓦斯的保存和富集，使得瓦斯含量普遍較低；井田內(nèi)陷落柱破壞了煤層頂?shù)装澹ɑ驀鷰r）的完整性，并在其附近形成了大量伴生裂隙系統(tǒng)，部分亦溝通了鄰近含水層，為瓦斯的運(yùn)移逸散提供了良好通道和利好條件，使得區(qū)內(nèi)陷落柱發(fā)育帶，瓦斯含量均顯示低值。可知，不同構(gòu)造類型、受力狀態(tài)等差異，構(gòu)造對(duì)瓦斯賦存的影響亦不盡相同，主要影響著瓦斯賦存不均衡性[3]。

2.3 圍巖對(duì)煤層瓦斯賦存的影響

煤層圍巖主要是指煤層直接頂、老頂和直接底等在內(nèi)的一定厚度范圍的層段[4]。瓦斯之所以能夠封存于煤層中某個(gè)部位，決定于它的隔氣、透氣性能，與圍巖的孔隙性、滲透性和孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)。煤層圍巖的透氣性好壞，直接影響著煤層瓦斯的賦存、運(yùn)移或富集[5]。五陽井田3號(hào)煤層的頂、底板主要由泥巖和部分砂質(zhì)泥巖構(gòu)成，因泥巖和砂質(zhì)泥巖的透氣性較差、致密完整，對(duì)煤層瓦斯的封閉能力較強(qiáng)，利于煤層中瓦斯的保存和集聚。致使井田內(nèi)3號(hào)煤層的瓦斯含量普遍較高（表1），20個(gè)原煤含氣量測(cè)值數(shù)據(jù)中，8m3/t以上測(cè)值占總測(cè)值數(shù)量的85%。

表1 五陽井田3號(hào)煤層原煤含氣量測(cè)定結(jié)果

2.4 煤層埋深對(duì)煤層瓦斯賦存的影響

煤層埋深對(duì)瓦斯賦存具有重要控制作用，是瓦斯地質(zhì)研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容[6]。為了探究煤層埋深對(duì)瓦斯賦存的影響，對(duì)原煤含氣量和取樣深度進(jìn)行了相關(guān)性分析。通過二者相關(guān)性分析可得，在取樣深度350.98～837.70m范圍內(nèi)，煤層埋深與原煤含氣量具有良好的正相關(guān)線性關(guān)系（圖1），遵循關(guān)系式y(tǒng)=0.0267x-4.8329，相關(guān)性系數(shù)R2=0.6027。可見，隨著煤層埋藏深度的增加，蓋層有效厚度增加，地應(yīng)力增高，圍巖的透氣性能降低，瓦斯向地表運(yùn)移的距離和難度均增大，對(duì)瓦斯的保存能力增強(qiáng)，反之亦然。

圖1 五陽井田3號(hào)煤層埋深與原煤含氣量關(guān)系

2.5 水文地質(zhì)對(duì)煤層瓦斯賦存的影響

地下水與瓦斯均為流體且共存于含煤巖系及圍巖之中，運(yùn)移和賦存都與煤巖層的孔裂隙有關(guān)。由于地下水的運(yùn)移，一方面驅(qū)動(dòng)著裂隙和孔隙中瓦斯的運(yùn)移，另一方面又帶動(dòng)了溶解于水中的瓦斯的一起流動(dòng)。同時(shí)，水吸附在裂隙和孔隙的表面，占據(jù)了瓦斯的吸附空間進(jìn)而減弱了煤對(duì)瓦斯的吸附能力[7]。因此，地下水的活動(dòng)狀態(tài)及煤巖的富水性對(duì)煤層瓦斯賦存具有重要影響。五陽井田3號(hào)煤層的直接充水含水層為頂板砂巖裂隙含水層，該含水層鉆孔單位涌水量為0.0005L/s.m，滲透系數(shù)0.0030m/d，屬弱富水性含水層。亦表明地下水徑流較弱，基本處于滯緩狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)、攜帶瓦斯逸散作用甚微。雖然區(qū)內(nèi)還有多套含水層存在，由于3號(hào)煤層頂?shù)装鍨槟噘|(zhì)含量高的致密、低透氣性泥巖、砂質(zhì)泥巖等巖性組成，加之上覆、下伏均有多層相對(duì)隔水性能的巖層存在，地下水活動(dòng)對(duì)3號(hào)煤層瓦斯賦存影響甚微。同時(shí)，該煤層大多位于下伏奧灰水頭壓力之下，因而奧灰水的承壓性質(zhì)對(duì)煤層瓦斯起到一定的封堵效應(yīng)[8]，有利于瓦斯保存和富集。

3 結(jié)論

（1）3號(hào)煤為變質(zhì)程度較高的貧瘦煤，煤化過程中生烴潛力較好且累計(jì)生烴量較大，為瓦斯的生成提供了良好的生氣條件。

（2）研究區(qū)高角度正斷層和陷落柱為開放型構(gòu)造，均不利于瓦斯的保存，這些構(gòu)造地帶瓦斯含量普遍較低。而在向斜軸部及褶皺軸的彎曲、起伏地帶因受擠壓應(yīng)力顯著且構(gòu)造應(yīng)力較集中，瓦斯易于聚集。因此，不同構(gòu)造類型及其受力狀態(tài)差異，控制著瓦斯賦存的不均衡性。

（3）圍巖的良好封閉性，為煤層瓦斯的保存提供良好條件；埋深與瓦斯含量具有良好的正相關(guān)性，即煤層埋深越大，煤層瓦斯含量越高，反之亦然；滯緩的地下水徑流狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)、攜帶煤層瓦斯逸散作用甚微。同時(shí)，下伏承壓水作用對(duì)煤層瓦斯起到一定封堵效應(yīng)，利于瓦斯的保存。