基于瓦斯地質單元劃分的鄒莊礦82煤層瓦斯賦存特征研究

宋益東 ，高建寧 ，張 也

(1.煤礦安全技術國家重點實驗室， 遼寧 撫順市 113006；2.煤科集團沈陽研究院有限公司， 遼寧 撫順市 113122；3.河南理工大學，河南 焦作市 454000)

研究井田地質構造與瓦斯賦存特征是煤層瓦斯賦存規律的主要研究內容，在此基礎上進行煤層瓦斯含量預測，可以有效提高預測的精度[1-3]。本文利用地勘期間鉆孔資料，結合井田地質構造特征，劃分礦井瓦斯地質單元，預測煤層瓦斯含量，以實現礦井安全生產。姜家鈺[4]等利用礦井瓦斯涌出量反推煤層原始瓦斯含量；曹運興，雷東記等[4-7]通過劃分瓦斯地質單元，進行煤與瓦斯突出預測，有效提高了預測的準確性。

本文以安徽鄒莊煤礦井田82煤層為例，以探采對比法修正地勘瓦斯含量為手段，以研究井田地質構造及其演化特征為基礎，得到較為準確的煤層瓦斯含量，實現煤層瓦斯異常區預測研究的目的。

1 礦井瓦斯地質概況

井田位于淮北煤田東南部，處于北東向的雙堆斷層、南坪斷層所夾持的斷塊內。區內總體構造形態為一較寬緩軸向北東向西南仰起的向斜，其東翼被雙堆斷層切割，西翼被南坪斷層及F25斷層所夾一系列斷層切割，區內斷層較為發育。在向斜軸部及東西兩翼瓦斯含量較大，構造應力集中，煤與瓦斯突出危險性較大；井田瓦斯賦存受斷層影響明顯，在F22斷層和F51斷層夾持的區域和DF26以東區域，構造煤厚度較大，且構造煤厚度變化明顯，特別是在F51、DF25、DF26、DF27附近，瓦斯含量普遍偏高。受F25斷層及南坪斷層的抬升作用，井田西部和南部煤層出露，瓦斯含量較低。DF35斷層可能以拉張作用為主，有利于瓦斯釋放，斷層周圍瓦斯含量較低。

2 82煤層瓦斯地質單元劃分

2.1 地勘鉆孔瓦斯含量分布特征

從煤層瓦斯含量的區域分布而言，本煤田在中部、東北部及F25、F26逆斷層的下盤瓦斯含量高；從煤層瓦斯含量隨埋藏深度的變化特征而言，深部煤層的瓦斯含量明顯增加，局部有瓦斯富集的可能。

大量研究表明，地勘期間瓦斯含量與煤層原始瓦斯含量相比較明顯偏低，其原因一是地勘期間大多數采用套管取芯，所取煤芯深度越深，煤芯暴露時間越長，估算的瓦斯損失量越不準確。原因二為地勘瓦斯測定時存在人為讀數誤差或在裝樣過程中很容易混入水和矸石，直接導致地勘瓦斯含量測定失敗或測定結果偏低[3]。

《煤田地質與勘探》的《基于探采對比的煤層瓦斯含量分析及預測》的修正系數見表1[4]。

表1 地勘瓦斯含量修正系數取值

2.2 瓦斯地質單元劃分

結合煤層賦存特征、頂底板巖性、煤層埋深、巖漿侵入、構造煤發育等情況，充分結合前人的劃分思想并結合生產實際，以F25、F120、DF17、F26、F22斷層和-720 m水平大巷和34軌道大巷為界，將鄒莊井田82煤層劃分成5個瓦斯地質單元。Ⅰ單元 DF17以西和 34軌道大巷以南煤層主要受 F25斷層控制，瓦斯賦存主要受上覆基巖厚度的影響；Ⅱ單元F26斷層以西，DF17以東和-720 m水平大巷以南煤層主要受DF35斷層的控制，瓦斯含量較低；Ⅲ單元 F26斷層和雙堆斷層所夾持的區域，處于雙堆斷層下降盤，受斷裂構造影響較大，構造煤發育，瓦斯含量較高；Ⅳ單元南坪斷層以東，F22斷層以西和-720 m水平大巷、34軌道大巷以東，斷層、構造煤發育，尤其在F51、F22斷層以及-720 m水平大巷夾持的區域即向斜軸部及較緩的東翼受地質構造、埋深等影響，瓦斯含量最大，煤與突出危險性最大（見圖1）；Ⅴ單元：F24斷層和南坪斷層所夾持區域，構造煤層發育，厚度相對穩定，受F120斷層和風化帶影響，瓦斯含量低。

圖1 鄒莊井田82煤層瓦斯地質單元劃分

3 82煤層瓦斯賦存特征

依據井田構造特征，結合瓦斯賦存規律劃分的5個瓦斯地質單元，各單元瓦斯賦存與分布具有明顯的分區性，具體如下：

（1）Ⅰ單元瓦斯含量見圖2、圖3，表2，瓦斯含量8 m3/t的臨界標高為-453 m，以深具有煤與瓦斯突出的危險。

圖2 煤層底板標高與Ⅰ單元瓦斯含量的關系

圖3 煤層底板標高與Ⅰ單元瓦斯含量（修正）的關系

表2 瓦斯地質單元Ⅰ瓦斯含量預測值

（2）Ⅱ單元瓦斯含量見圖4、圖5，表3，瓦斯含量8 m3/t的臨界標高為-929 m，以深具有煤與瓦斯突出的危險。

圖4 煤層底板標高與Ⅱ單元瓦斯含量的關系

（3）Ⅲ單元瓦斯含量見圖6、圖7，表4，瓦斯含量8 m3/t的臨界標高為-735 m，以深具有煤與瓦斯突出的危險。

（4）Ⅳ單元瓦斯含量見圖8。

由方程可得，煤層底板標高-520 m處的瓦斯含量趨勢值是8 m3/t。

圖5 煤層底板標高與Ⅱ單元瓦斯含量（修正）的關系

表3 瓦斯地質單元Ⅱ瓦斯含量預測值

圖6 煤層底板標高與Ⅲ單元瓦斯含量的關系

圖7 煤層底板標高與Ⅲ單元瓦斯含量（修正）的關系

表4 瓦斯地質單元Ⅲ瓦斯含量預測值

（5）Ⅴ單元瓦斯含量見圖9、圖10、表5，瓦斯含量8 m3/t的臨界標高為-676 m，以深具有煤與瓦斯突出的危險。

圖8 煤層底板標高與Ⅳ單元瓦斯含量（修正）的關系

圖9 煤層底板標高與地勘鉆孔瓦斯含量的關系

圖10 煤層底板標高與地勘鉆孔瓦斯含量（修正）關系

表5 瓦斯地質單元Ⅴ瓦斯含量預測值

4 結 論

鄒莊井田瓦斯賦存受構造逐級控制，處于淮北煤田的構造復雜區，瓦斯賦存主要受南坪向斜控制，受雙堆斷層、南坪斷層的影響。并且煤井瓦斯賦存具有分區分帶性特征，通過對瓦斯賦存規律研究，對煤井進行了瓦斯地質單元劃分，分析了5個瓦斯地質單元的瓦斯賦存特征，及各個單元內瓦斯賦存的主控因素，預測了瓦斯含量，據此進行了煤與瓦斯突出危險性評估，并判識了Ⅳ單元煤與瓦斯突出危險性大。