淺析黃陵礦區(qū)瓦斯地質(zhì)規(guī)律

楊 帆，李艷清

(1．陜西省一九四煤田地質(zhì)有限公司，陜西銅川 727000;2．陜西省煤炭科學(xué)研究所，陜西 西安 710001)

0 引言

黃陵礦區(qū)東西長(zhǎng)約36．6 km，南北寬約42．2 km，含煤面積約1 065．02 km2。包含黃陵礦業(yè)公司一號(hào)煤礦、黃陵礦業(yè)公司二號(hào)煤礦、黨家河煤礦、瑞能煤礦、南川一號(hào)煤礦等。2004年6月黃陵礦業(yè)集團(tuán)一號(hào)煤礦300工作面2 800 m長(zhǎng)回風(fēng)巷，因局部涌水阻斷風(fēng)流，造成瓦斯積聚，發(fā)生瓦斯爆炸事故。因此，研究黃陵礦區(qū)瓦斯賦存規(guī)律，預(yù)測(cè)瓦斯涌出，合理布置瓦斯抽放系統(tǒng)對(duì)預(yù)防瓦斯事故，促進(jìn)安全生產(chǎn)具有重要意義。

1 地質(zhì)構(gòu)造與成煤環(huán)境

1．1 地質(zhì)構(gòu)造

黃陵礦區(qū)位于鄂爾多斯盆地東南緣，總體構(gòu)造形態(tài)為一向北西傾伏的單斜構(gòu)造，地層傾角平緩，在此基礎(chǔ)上發(fā)育起伏不大的近北東向?qū)捑忨薨?，巖層傾角一般1°～8°，主體構(gòu)造線方向以北東向?yàn)橹?，且北東向的沉積隆起與凹陷具有很明顯的同沉積構(gòu)造特征，對(duì)煤系地層和煤層的厚度起到了明顯的控制作用。礦區(qū)內(nèi)無(wú)大的斷層，無(wú)巖漿巖活動(dòng)，構(gòu)造簡(jiǎn)單。

1．2 成煤環(huán)境及煤層特征

延安組為黃陵礦區(qū)主要含煤地層，延安組沉積相為河流相與湖泊相?？煞譃?段6個(gè)旋回。第一段為河流相組，第二段為一個(gè)河流相組轉(zhuǎn)變?yōu)楹聪嘟M的演變時(shí)期，第三段為湖泊相組，第四段為三角洲相。因此該區(qū)在中下侏羅世從早期的河流環(huán)境演變到中期的湖泊環(huán)境為水進(jìn)階段，續(xù)而演變?yōu)橥砥诘娜侵蕲h(huán)境為水退時(shí)期，隨著水的進(jìn)退，環(huán)境的變遷成礦作用同時(shí)發(fā)生。

第一段為濱湖平原時(shí)期，有利于岸后泥炭沼澤的形成，因而沉積了主采煤層2#煤、零星的3#煤。由濱湖平原演變?yōu)楹吹牡诙尾焕诿旱纳?，因而只有在?旋回結(jié)束前沉積了局部分布的1#不可采煤層。該期的第4旋回是湖泊相的興盛時(shí)期，因較深湖泊有利于油的生成，第三段湖泊環(huán)境最不利于煤的生成，因而只在淺湖泊區(qū)基底隆起部位形成了極不發(fā)育的泥炭沼澤相、沉積了零星分布的0#不可采煤層?？傊影步M為一個(gè)河流漸變?yōu)楹聪?，從成煤環(huán)境漸變?yōu)樯铜h(huán)境的煤、油共生的河流湖泊相。

2#煤層為本區(qū)主要可采煤層，分布廣泛，厚度變化規(guī)律為向斜區(qū)厚度大，背斜區(qū)厚度小，區(qū)域?yàn)闁|西薄，中部厚，南薄北厚，一般厚0 ～6．75 m，平均2．65 m左右，屬弱粘煤—?dú)饷悍懂牎?/p>

2 瓦斯地質(zhì)規(guī)律

2．1 斷層、沉積凹陷與隆起對(duì)瓦斯賦存的影響

該區(qū)斷層(圖1)對(duì)瓦斯氣藏的影響主要表現(xiàn)在3個(gè)方面，一是斷層構(gòu)造對(duì)煤層瓦斯氣藏的封閉作用，一般顯現(xiàn)在擠壓型正斷層，由于地層受到外部應(yīng)力的擠壓作用，上覆地層的密實(shí)性顯著增大，從而更易于形成瓦斯氣藏的局部聚集;二是斷層構(gòu)造對(duì)煤層瓦斯氣藏的逸散作用;三是斷層構(gòu)造對(duì)煤層瓦斯氣藏的引導(dǎo)作用，在斷層構(gòu)造的產(chǎn)生地段，煤層瓦斯含量相對(duì)富集。落差大的斷層可能成為煤層瓦斯逸散的通道，落差小的斷層可能成為瓦斯聚集的屏障。

黃陵礦區(qū)沉積凹陷對(duì)煤層瓦斯氣藏的影響較大。封閉完整的煤層凹陷部位瓦斯含量相對(duì)較小，隆起部位煤層瓦斯含量相對(duì)較高，在成煤過(guò)程中生成的煤層瓦斯氣藏大部分已逸散，有一部分煤層瓦斯經(jīng)運(yùn)移并聚集成氣藏。黃陵礦區(qū)主采2#煤層因?yàn)閷俸凑訚上喑练e，沉積特征主要表現(xiàn)為凹陷部位煤層沉積一般較厚，隆起部位變薄，加之煤類亦為變質(zhì)程度較高的氣煤，為煤層瓦斯的生成創(chuàng)造了先天條件。受上覆巖層壓力的影響，煤層氣藏必然要由低處向高處擴(kuò)散，使得煤層瓦斯氣體運(yùn)移到背斜部位，所以背斜部位煤層瓦斯含量高于向斜部位是黃陵礦區(qū)煤層瓦斯氣藏分布的主要特征之一。

2．2 煤層埋藏深度對(duì)煤層瓦斯賦存的影響

圖1 礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造

黃陵礦區(qū)煤層瓦斯含量一般隨著2#煤層埋藏深度的增加而增大。蒼村煤礦由于2#煤層埋藏淺，礦井煤層瓦斯含量普遍較低。雙龍煤礦自東南向西北，隨著2#煤層上覆基巖厚度的逐漸增加，煤層瓦斯含量也逐漸趨高。黃陵一號(hào)煤礦2#煤層瓦斯的含量隨煤層埋藏深度增加而增大的規(guī)律性不明顯，原因可能在于從礦井整體來(lái)看煤層埋藏深度相對(duì)較淺，地表溝壑發(fā)育而煤層近水平發(fā)育特殊富集點(diǎn)已經(jīng)逸散。黃陵二號(hào)煤礦2#煤層瓦斯含量隨著煤層埋藏深度的增加而增大較為明顯。

2．3 煤層頂?shù)装鍘r性對(duì)煤層瓦斯賦存的影響

煤層瓦斯氣藏生成以后保留在煤層中數(shù)量的多少在很大程度上依賴于隔氣蓋層的封閉性能。頂?shù)装鍘r性一般為砂質(zhì)泥巖、泥巖，較有利于煤層瓦斯的保存，頂?shù)装鍘r層的巖性越疏松，巖石顆粒及孔隙越大，則越有利于煤層瓦斯的運(yùn)移及逸散。

雙龍煤礦2#煤層頂?shù)诪楸訝钅噘|(zhì)粉砂巖或砂質(zhì)泥巖，個(gè)別鉆孔為炭質(zhì)泥巖，厚度變化較大，有利于煤層瓦斯的保存。紅石巖煤礦2#煤層頂?shù)装鍨榉凵皫r、砂巖，頂板穩(wěn)定性好煤系上覆巖層的透氣性能良好，不利于煤層瓦斯的封存。黃陵一號(hào)煤礦北部單元為瓦斯富集區(qū)，而這兩個(gè)區(qū)域的煤層頂?shù)装寰苑凵皫r及泥巖為主，不利于煤層瓦斯的運(yùn)移和擴(kuò)散，形成了煤層瓦斯富集的區(qū)域。黃陵二號(hào)煤礦煤層頂?shù)装宥酁槟鄮r、炭質(zhì)泥巖、粉砂巖等具有較好封閉作用的巖層，此區(qū)域也存在煤層瓦斯的相對(duì)富集帶。建莊煤礦區(qū)內(nèi)淺部煤層頂板大多以泥巖和粉砂巖為主，深部多為粗砂巖，因此向斜軸部煤層瓦斯含量低，兩翼密閉性較好，瓦斯含量較高。

2．4 煤層上覆基巖對(duì)瓦斯賦存的影響

黃陵礦區(qū)瓦斯含量與煤層埋藏深度和上覆基巖厚度基本上成正相關(guān)關(guān)系，即煤層埋藏越大，煤層越厚，越有利于瓦斯賦存，所含瓦斯越難排放。主要為煤層埋藏越深，上覆基巖厚度越大，儲(chǔ)層壓力增大，瓦斯向地表運(yùn)移的距離越長(zhǎng)，地應(yīng)力增高使煤層及圍巖的透氣性變差，煤層瓦斯越難通過(guò)覆蓋層逸散，瓦斯含量就隨之增大。

2．5 地下水活動(dòng)對(duì)煤層瓦斯賦存的影響

黃陵礦區(qū)地下水動(dòng)力條件對(duì)煤層瓦斯賦存影響作用較為明顯，2#煤層所在侏羅系中統(tǒng)延安組富水性較弱，是以裂隙為主的孔隙裂隙型承壓含水層，發(fā)育了多層泥巖、粉砂巖等致密巖性的隔水層，一定程度上阻斷了煤系地層含水層之間的水力聯(lián)系，垂向上各含水層基本處于孤立狀態(tài)。礦區(qū)地下水主要在露頭地帶接受大氣降水補(bǔ)給，順層向深部運(yùn)移，地下水從礦區(qū)淺部的無(wú)壓潛水也逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌袎汉?，同時(shí)含水性增強(qiáng)，活動(dòng)性變?nèi)酰V化度增高，最后過(guò)渡為滯流區(qū)。這種地下水條件阻礙了煤層氣的順層逸散，從而使煤層氣藏在礦區(qū)深部發(fā)生富集。

黃陵一號(hào)煤礦礦體大部分位于雙龍拗陷核部，地下水滯流，有利于瓦斯的富集。黃陵二號(hào)煤礦延安組砂巖裂隙含水巖組主要是1#、2#煤層之間的砂巖裂隙含水層，富水性微弱，在首采區(qū)存在一個(gè)地下水的相對(duì)滯流區(qū)為煤層瓦斯富集帶。建莊煤礦區(qū)內(nèi)煤層瓦斯氣藏受上部下直羅組滯流含水層封閉，再加上上部地層水源的些許補(bǔ)給，煤層邊緣及淺部煤層瓦斯氣藏相對(duì)富集，而得以保存。

2．6 油型氣

黃陵礦區(qū)129個(gè)鉆孔有油氣顯示，其中21個(gè)鉆孔含油地層為三疊系瓦窯堡組，12個(gè)鉆孔含油地層為侏羅系下統(tǒng)富縣組，45個(gè)鉆孔含油地層為侏羅系中統(tǒng)延安組，51個(gè)鉆孔含油地層為侏羅系中統(tǒng)直羅組。油氣鉆孔主要分布在礦區(qū)西部香坊、黃陵二號(hào)煤礦和中部的雙龍煤礦及黃陵一號(hào)煤礦范圍內(nèi)，延安組的油氣層對(duì)煤礦床的開(kāi)采有著直接影響，富縣、瓦窯堡組地層含油層在煤礦床動(dòng)采后，煤層底板涌出油氣和煤層瓦斯氣體混合，使采區(qū)內(nèi)的煤層油氣瓦斯含量升高。

3 結(jié)論

(1)原煤瓦斯含量隨地質(zhì)構(gòu)造的不同而發(fā)生變化，一定程度上存在“氣帽”現(xiàn)象，小型斷裂對(duì)煤層瓦斯含量起富聚作用。

(2)原煤瓦斯含量與煤層厚度呈正相關(guān)關(guān)系。聚煤盆地原煤瓦斯含量表現(xiàn)為腹部大、邊部相對(duì)較小。

(3)煤層埋藏深度對(duì)煤層瓦斯的含量大小幾乎可以作為判定的標(biāo)尺，埋深越大，煤層瓦斯的含量越高。

(4)從煤層瓦斯的成分上看，CH4含量越高，原煤瓦斯的混合含量總體也趨高。油型氣是黃陵礦區(qū)煤層瓦斯重要來(lái)源之一，尤以黃陵二號(hào)煤礦西北部、西南部及黨家河煤礦的西部、北部為主，一號(hào)煤礦之東部、東南部也存在危害。