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r), 在背 斜轴部, 实 测的含量高达
5 . 83 m / ( t r) 。在井田西南部的一个 锅盖形 背 3 斜中部的长 补 2号钻孔煤层瓦斯含量达 9 . 08 m / ( t r), 比同等埋深下实测的 6~ 7 m / ( t r)要高很多。 长平煤矿井田内褶曲构造对煤层瓦斯赋存影响 比较大 , 尤其是在急剧变化的 锅盖形 、 锅底形 的中部 , 煤层瓦斯含量激增 , 瓦斯涌出量增大。 3 . 2 断层对瓦斯赋存的影响 断裂运动伴随着构造运动而发生 , 断裂的类型 对瓦斯保存有重要影 响。开放型断 层有利瓦斯逸 散 , 封闭型断层则有利瓦斯保存 。由拉张而形成 的断层 , 且断盘接触岩石透气性好, 与地面连同情况 好 , 这种断层一般为开放性断层 ; 由压扭而形成的断 层 , 且断盘接触岩石透气性差, 与地面连同情况差 , 这种断层一般为封闭型断层。此外多个断层的空间 组合方式及断层的走向对煤层的瓦斯赋存有不同的 影响
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文献标志码 : B
文章编号 : 1003- 496X( 2011) 05- 0117- 03 变动在形态上主要为大型开阔褶皱; 燕山运动中期, 地块在南北向扭力和东西向挤压力联合作用下发生 构造变动 , 主压应力方向由早期的东西向转变为北 西西 - 南东东方向 , 由此而形成了北北东向的线型 挤压带, 是北北东向构造形成的主要时期。这个时 期的构造应力对矿区构造影响大 ; 燕山晚期 - 喜山 期, 区域构造应力方式发生了改变 , 主压应力方向为 北东 - 南西向 , 主张应力方向为北西 - 南东向, 相应 的构造变动以改造先期变形为主 , 其构造类型以断 裂为主, 褶皱次之
分析
探讨
( 2011- 05)
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长平煤矿 3 号煤层瓦斯赋存规律分析
杨宏民 , 王
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松 , 陈向军 , 董炳文
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( 1. 河南理工大学 安全科学与工程学院 , 河南 焦作 454000; 2. 山西长 平煤业有限责任公司 , 山西 高平 046700)
摘 要 : 掌握瓦斯含量分布规律 , 是进行矿井瓦斯防治和煤层气抽采利用的主要依据 。根据长平 煤矿 3 号煤层瓦斯含量值及瓦斯涌出情况 , 结合地质构造控制理论, 分析了井田地质构造对煤层 瓦斯赋存特征的影响 。从瓦斯地质学的角度阐述了 3 号煤层瓦斯赋存与井田地质构造 、 煤层埋 藏深度 、 煤厚、 煤层顶板岩性的关系 , 认为煤层埋深是影响 3 号煤层瓦斯赋存的主要因素, 地质构 造只在局部影响煤层瓦斯赋存 。 关键词 : 瓦斯赋存; 地质构造; 瓦斯含量; 顶底板岩性 中图分类号 : TD712 . 2
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( 第 42 卷第 5 期 )
分析
探讨
常区域瓦斯含量大。如 4305 工作面处于李家河正 3 断层附近测点含量高达 9 . 92 m / ( t r) , 而距离断 层较远的测点含量仅有 6 . 12m / ( t r)和 6 . 22 m / ( t r) 。在井田西南部的 DF31断层附近的长补 1号钻 孔煤层瓦斯含量高达 9. 45 m / ( t
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比同等埋深下实测的 6~ 7 m / ( t r) 要高很多。 长平煤矿井田范围内背斜影响区域瓦斯普遍增 大 , 如胶轮车大巷在掘进距 4206 巷 647 m 时遇一背 3 斜构造 , 瓦斯涌出量由原来的 0. 20 m /m in 增加到 3 . 64 m /m in , 增大 18 倍。从实测的含量来看, 在未 进入背斜影响区的含量为 6 . 08 m / ( t r) , 进入到 3 背斜轴部后含量增大到 8 . 75 m / ( t r) , 通过该背 斜后, 含量又降至 6 . 74 m / ( t r)。再如 1222 巷附 近的一个背斜, 在背斜影响区域外, 实测的瓦斯含量 为 2. 36 m / ( t
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1 井田概况 山西长平煤业有限责任 公司 ( 简 称长平煤矿 ) 位于沁水煤田高平勘探区赵庄详查区南部 , 矿井现 主采 3 号煤层 , 煤层平均厚 5 . 58 m, 顶板主要是泥 岩、 砂质泥岩、 其次为粉砂岩, 局部为中、 细粒砂岩或 粉砂岩 , 底板为黑色泥岩、 砂质泥岩, 深灰色粉砂岩。 长平井田处于晋获褶断带南部西侧, 沁水盆地 南缘东西 - 北东向断裂带的北东部。井田中的构造 形态与区域构造密切相关。井田地层东部受晋获褶 断带影响, 井田地层总体走向为北北东向 , 倾向北西 西 , 地层倾角 5 ~ 12 , 局部受构造应力影响, 发育 有次一级的波状起伏, 表现为宽缓的中小型背斜和 向斜, 并伴生有较多的中小型断层和陷落柱。据统 计 , 井田内共发育褶曲 8 条 , 其中 3 条背斜, 5 条向 斜 , 发育断层 53条 ( 包括落差 3 m 以上编号断层 45 条和落差 3 m 以下未编号断层 8 条 ) , 陷落柱 118 个。其中较大的构造为泮沟向斜、 冯家村背斜、 管寨 向斜和柳村、 李家河正断层 , 对控制井田基本构造形 态起到了主要作用。井田构造复杂程度属简单稍偏 中等类构造。 2 矿区构造演化及瓦斯赋存特征 矿区位于山西省东南部的沁水煤田南部 , 山西 省东南部位于中朝准地台内二级构造单元 - 山西中 隆起区的中部和南部。矿区受燕山 期构造运动控 制 : 燕山运动早期 , 由于东西向主压应力作用 , 构造
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r) )、 长补 14号孔 ( 11 . 48 m / ( t
Hale Waihona Puke r) ) 附近的 3 号煤层
顶板为泥岩 , 可见 , 泥岩更有利于保存瓦斯。 3 . 5 煤层厚度对瓦斯赋存的影响 瓦斯在煤层中以渗流和扩散方式为主, 压力差 是渗流的动力源 , 浓度差是扩散的动力源 , 煤层厚度 越大, 达到中值浓度或扩散终止所需要的时间就越 长 , 煤层本身的上下分层对中部煤层具有强烈封盖 作用, 煤厚越大中部煤层的瓦斯向顶底板岩石扩散 的路径 就越长 , 阻 力增大 , 使 得瓦斯 易于 保存 。 煤层厚度越大, 瓦斯生成量越大 , 当具有良好的瓦斯 保存条件时 , 厚煤带一般也是瓦斯富集带。煤厚的 变化是造成瓦斯分布不均衡的重要原因, 这是因为 煤厚变化破坏了瓦斯在煤层中的均衡状态 , 从而促 6 进了瓦斯的运移和变化 。但是, 煤厚变化与煤层 瓦斯含量往往没有一个确定的相关式, 这是由于煤 层厚度固然决定着瓦斯的生成和赋存, 然而煤层厚 度的大幅度变化往往又是由于成煤过程或赋存过程 中的地质变迁引起的 , 因此在煤厚急剧变化区 , 地质 演化和地质构造也是决定煤层瓦斯 含量的主要因 素 , 而这一因素往往比较复杂, 难以与瓦斯含量形成 确定的相关关系。分析长平煤矿 3号煤层瓦斯含量 测值与煤厚关系可知 (如图 1), 长平煤矿 3 号煤层 瓦斯含量与煤厚关系不明显 , 且长平煤矿煤厚变化 不大, 可以看出煤厚对长平煤矿影响不明显。
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砾岩、 砂岩时 , 瓦斯就容易逸散 。 长平煤矿顶底板大部为泥岩且厚 , 从而为煤层 瓦斯赋存提供了很好的外 部条件。如长 补 15号钻孔 附近 3 号煤层顶板为细粒砂岩, 其瓦斯含量为 7 . 83 m / ( t r) , 而附近瓦斯含量稍大的长 补 11号孔 ( 瓦斯 含量 9 . 44 m /( t
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。一般走 向断层阻隔了瓦斯 沿煤层倾斜方
向的逸散, 则不利瓦斯赋存。由多个断层形成的地 堑 , 煤层瓦斯向四周逸散被阻隔 , 容易在地堑区域形 成高瓦斯区。 长平煤矿井田内断层大部为燕山中晚期受北西 西 - 南东东方向、 北东 - 南西向压扭应力影响形成 , 易形成封闭型断层。长平煤矿井田范围内断层对瓦 斯赋存规律影响如下: 断层附近瓦斯含量一般较正
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长, 二者都有利封 存瓦斯 , 使得煤层甲烷 所占比 例增加, 瓦斯含量增加。根据分析长平煤矿 3 号煤 层瓦斯含量测值与埋深关系可知 ( 如图 2), 长平煤 矿 3 号煤层瓦斯含量与埋深关系密切 , 瓦斯含量随 埋深增大而增加, 埋深对 3 号煤层瓦斯赋存起主要 作用。
r) ) 、 长 补 12号孔 ( 11 . 21 m / ( t
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r) ) 。李家河正断层上盘的煤层下降后埋深增
加了 , 瓦斯运移的路径增长, 且断层走向接近煤层走 向进一步阻隔煤层瓦斯向煤层倾斜方向运移, 从而 在一定程度上保存了煤层瓦斯。 3 . 3 岩溶陷落柱对瓦斯赋存的影响 陷落柱对瓦斯赋存的影响主要取决于它产生的 裂隙发育情况、 充填物的岩性和地表沟通情况。裂 隙发育并和地表沟通 , 透气性好 , 这就有利 瓦斯释 放。有时陷落柱发育的裂隙和地表水系或地下水系 沟通 , 则在漫长的地质史会被水带走大量的瓦斯 , 从 而出现水大瓦斯小的情况。 长平井田陷落柱发育, 但裂隙接触面多为破碎 泥岩所填充, 在地质演化中多次受到挤压和压扭力, 使得裂隙接触面挤压紧密 , 更利于瓦斯保存, 同时, 煤层也没有和透气性好的岩石接触, 瓦斯难以逸散, 因此 , 陷落柱附近形成高瓦斯区。如位于陷落柱附 近的长 补 6号钻孔 ( 瓦斯含量为 11 . 51 m / ( t 长补 5号钻孔 ( 瓦斯含量 10 . 97 m / ( t
基金 项目 : 国 家自然科 学基金资 助项目 ( 50974056) ; 河南省重 点科 技攻关资助项目 ( 092102310037)
。矿区内褶皱在燕山期时受挤
压, 煤层变得致密, 透气性差, 在很好的外部保存条 件下 , 瓦斯容易积聚; 呈近南北向、 北北东向的断层 受挤压力作用容易形成封闭性断层, 有利瓦斯赋存, 而近东西向的断层在燕山早期易形成开放性断层, 有利瓦斯释放 , 在燕山中晚期时, 主应力方向改为北 西西 - 南东东方向 , 后又为北东 - 南西向, 张拉力变 为压扭力 , 易形成封闭性断层 , 不利瓦斯逸散。 3 煤层瓦斯赋存分布规律 3 . 1 褶曲对瓦斯赋存的影响 背斜和向斜构造对煤层瓦斯赋存影响 , 主要是 其轴部为应力集中区 , 受挤压后使得其轴部的煤层 变得致密而透气性不好, 煤层产生的瓦斯不容易逸 散, 在外部保存条件较好的情况下 , 一般易产生高瓦 斯压力高瓦斯含量 , 尤其是背斜构造, 由于两翼煤层 产生的瓦斯也顺着煤层的倾角往轴部运移, 一般背 斜构造轴部瓦斯含量高 , 压力大。但在背斜和向斜 构造轴部 , 由于应力集中使得轴部产生大量裂隙 , 从 而打通煤层瓦斯逸散的通道 , 更有利瓦斯的释放 , 则