构造煤理论在14-2煤层瓦斯预测中的应用

同煤集团煤峪口矿   贺仰兴

摘要：文章阐述了构造煤理论及其在14-2煤层瓦斯预测中的应用，并利用相关构造对煤层瓦斯进行的成功预测。

关键词：断层，预测，构造

引言

煤峪口矿地处大同市西南65°。据同煤集团所属煤矿历年年度矿井瓦斯及二氧化碳等级鉴定结果，属高瓦斯矿井。为了加强对瓦斯的监测预防工作，对煤层瓦斯与地质构造的关系进行研究尤为重要。

构造煤是煤层受地质构造挤压剪切破坏作用的产物。所有的煤与瓦斯突出动力现象都是发生在构造煤分布区。瓦斯突出煤体具有高瓦斯含量、瓦斯高解吸速度、低强度、低渗透性的“两高两低”特性， 因此它控制着瓦斯灾害的发生和治理，是瓦斯地质研究的核心理论。我们以该理论为依据研究煤峪口矿煤层瓦斯分布并进行预测，实践证明，随着14-2煤层的不断掘进开拓，通过对照与先前预测基本相符。

研究内容：

煤峪口矿井田内构造较为简单，仅发育一些宽缓褶皱，断距大于10m的断层很难见到，落差3.00—10m的断层也仅有几条，但落差3.00m以下的断层比较发育。

每次地质构造运动，不同构造应力场的作用，板块构造碰撞，区域构造挤压或拉张，引起隆起或凹陷，同时形成一系列不同级别的断裂、褶皱或发生岩浆作用等，控制着区域及其不同矿区（煤田）、矿井、采区、采面的煤层、围岩发生不同程度的变形破坏，形成构造煤，并引起水文、地应力等不同条件的变化，控制着煤层瓦斯赋存和分布的变化，如瓦斯的含量、瓦斯的压力、瓦斯渗透性等。瓦斯赋存分布受着不同地质条件的控制，从区域到矿区、矿井、采区、采面都存在着不同地质条件下的瓦斯赋存状态，存在着不同级别的瓦斯地质规律。

图1  煤峪口矿井田构造纲要图

一、地质构造与煤层瓦斯的关系

（一）、地质构造及组合对瓦斯赋存影响明显

褶曲类型和褶皱复杂程度对瓦斯赋存均有影响。封闭的背斜有利于瓦斯的储存，是良好的储气构造或称圈闭构造。简单的向斜盆地构造，其瓦斯排放条件往往是比较困难的。高沼矿区基本分布在向斜轴部，背斜鞍部、鼻状构造的倾斜端及“S”型背斜转折端等。

（二）、断层的开放与封闭性决定于下列条件：

1）断层的性质和力学性质。一般张性正断层属开放型，而压性或压扭性逆断层封闭条件较好。

2）断层与地面或冲积层的联通情况。规模大且与地表相通或与松散冲积层相连的断层一般为开放型。

3）断层将煤层断开后，煤层与断层另一盘接触的岩层性质。若透气性好则利于瓦斯排放。

  4）断层带的特征。如断层的充填情况、紧闭程度，裂隙发育情况不同，开放、封闭性也有差别。重力滑动构造有利于瓦斯释放。  逆冲推覆构造增加了煤层上覆岩层的厚度，且挤压作用降低了岩层的透气性，有利于瓦斯的保存。

（三）、煤层和围岩的透气性影响逸散

煤系地层岩性组合及其透气体对煤层瓦斯含量有重大影响。煤层及其围岩的透气性大、瓦斯易逸散，瓦斯含量小；反之，瓦斯易于保存，煤层的瓦斯含量大。

二、地质构造对瓦斯赋存的控制

（1）大同侏罗系煤田总体呈NE向不对称向斜构造，主向斜轴在南部为NE向，北部为SN向。大量的事实说明向斜构造比背斜构造瓦斯赋存条件复杂，瓦斯含量、瓦斯压力相对高。尤其是两个方向的向斜构造复合部位，是瓦斯赋存条件最好的部位。

（2）NE向断裂，煤田内的NE向断裂构凿是在基底的NE向断裂基础上，在燕山运动时形成的，喜山运动时再次活动，由于两次构造运动的应力场状态均有利于NE向断裂构造的形成与发展，因此，NE方向成为内田的主要断裂发育方向。

（3）SN向断裂，煤田内的SN向断裂构凿是在基底的SN向断裂基础上，在燕山运动时形成的，喜山运动时再次活动，由于两次构造运动的应力场状态也均有利于SN向断裂构造的形成与发展，但是由于SN方向没有NE方向在构造应力场中所处的位置有利，因而其发育仅次于NE向断裂构造，对煤层瓦斯保存有利。

三、构造煤发育及分布特征

14-2号煤层平均6.83m，煤层厚度0～4.77m，平均2.11m，煤层结构简单，一般不含或含一层夹石。井田中部含1～4层夹石，多分布于煤层下部。据井田内，76个见煤点统计，煤层可采指数为0.93，煤厚变异系数为45.49％，为较稳定煤层。

四、 煤层上覆基岩厚度对瓦斯含量的影响

煤层上覆基岩厚度为煤层埋藏深度减去第四系地层沉积厚度。第四系地层主要为黄土层，一般分布于地表，胶结性不好，孔隙度大，连通性好，容易释放瓦斯。由于第四系松散沉积物易于搬运，厚度变化较大，这就造成煤层上覆地层垂向上变化较大。在第四纪松散沉积厚度较小、垂向差异不大的矿井，上覆基岩厚度和埋藏深度对瓦斯的影响基本上相当。煤峪口煤矿覆盖于煤层之上的侏罗系中统云冈组厚度大于177.38ｍ，主要由中粒砂岩组成，其次是砾岩，细砂岩和粉砂岩，第四系厚度0～35.49ｍ，平均11.10ｍ。由黄土和亚粘土组成，与基岩为角度不整合接触。总的来看，煤层上部地层岩性有利于瓦斯逸散，而且地层不全，在缺失地层的长时间内受到风化剥蚀，瓦斯大量逸散，同时第四系黄土层仅有0～35.49ｍ而且与基岩角度不整合接触。总体上构成了有利于瓦斯逸散的上覆基岩条件。具体见下图：

图2  煤峪口矿14^-2号煤层上覆基岩厚度与瓦斯含量关系

结论  14-2号煤层瓦斯含量预测

通过对瓦斯含量测值进行回归分析，得到了14^-2号煤层的瓦斯含量分布规律，14^-2号煤层瓦斯含量具有随底板标高减小而增大的趋势（如图3），

图3   煤峪口矿14^-2号煤层瓦斯含量与煤层底板标高的关系图

两者之间具有如下形式的线性统计规律（相关系数R=0.83）：

Y =- 0.0135X+16.101 ………………………………(1-1)

式中  Y----煤层瓦斯含量，m³/t；

X----煤层底板标高，m。

由式(1-1)得出，14^-2煤层的瓦斯含量增长梯度为2.85m³/t/100m，即底板标高减小100m，瓦斯含量总体增加1.35m³/t左右， 14^-2号煤层的采掘范围在标高900m～1100m之间，瓦斯含量总体在1.24～3.8 m³/t之间；从相关系数看，底板标高是影响瓦斯分布的重要因素。

表1  煤峪口14^-2号煤矿瓦斯含量实测值

通过对地质构造与煤层瓦斯关系分析，对我矿14-2#煤层瓦斯分布范围预测，实践证明，该方法简捷准确，特别是408、307盘区8816、8814、8705、8707工作面瓦斯的预测，更是证明了该方法的准确性。因410盘区14-2煤层正在开拓，煤层瓦斯的提前预测，可以带来良好的经济效益。针对煤层瓦斯含量不同的开采范围，我们可以进行合理的配风。有效地指导生产。

参考文献：瓦斯地质学/ /北京:地质出版社