淄矿岱庄煤矿瓦斯地质规律分析

摘要:文章以瓦斯地质理论、煤田地质学为基础,结合岱庄煤矿地质特征以及瓦斯基础测试参数,对该矿煤层瓦斯地质规律进行了分析。结果表明,影响该矿瓦斯赋存的因素主要包括断层、煤层顶底板岩性、褶曲、煤层上覆岩层厚度及岩溶陷落柱等。 下载论文网
  关键词:岱庄煤矿;煤层瓦斯;地质规律
  中图分类号:TD712 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2014)10-0089-03
  目前,煤炭是我国的主要能源,在丰富的煤炭资源中蕴藏有大量的瓦斯。瓦斯是煤矿安全生产的主要灾害和威胁。近几年来的国内有些矿井因瓦斯突出与爆炸事故给国家和矿工造成重大损失和伤害。因此,研究矿井瓦斯地质特征,对于煤矿安全生产管理具有实际意义。岱庄煤矿位于济宁煤田的北部。瓦斯分布总的趋势是:CH4、CO2随深度增加而增加,N2含量则逐渐减少,属低瓦斯矿井,但是,随着采掘工程的进行,煤层中呈吸附状态的瓦斯不断解吸而涌入采掘空间内发生聚集。如果没有科学的瓦斯监测与安全管理,有可能发生安全事故。鉴于此,本文在前人研究成果的基础上,分析瓦斯地质特征。这对于矿井的安全生产具有重要的现实意义。
  1 矿井瓦斯概括
  勘探阶段测定的本矿区各煤层瓦斯成分、含量见表1。全井田甲烷含量最高为0.63ml/g(daf(3上煤层),甲烷占瓦斯成份的2.50%;二氧化碳含量最高为1.79ml/g(daf(17煤层)。瓦斯含量与煤层厚度成正比。主要可采煤层瓦斯成分中甲烷和二氧化碳占21.61%,其次为氮气和少量的重烃等气体。从勘探线剖面看,3上和16煤层瓦斯分布总的趋势是:CH4、CO2随深度增加而增加,N2含量则逐渐减少。
  根据2008年度井田瓦斯等级鉴定报告,本井田瓦斯绝对涌出量和瓦斯相对涌出量均为0。
  2 矿区地质构造特征
  济宁大煤田位于华北地块中南部。煤田的北、南部分别为两个近东西向的地堑构造,北部为郓城断层与汶泗断层所控制的汶上-宁阳地堑构造;南部为单县断层、凫山断层和菏泽断层所控制的成武-鱼台地堑构造。它们呈东西向延展,横贯于济宁煤田的北部和南部。煤田的西部为巨野向斜;东部为滋阳背斜、兖州向斜、滕县背斜构成的北东向褶曲。岱庄井田处于济宁煤田鲁西南断块坳陷区的济宁地堑(图1)。
  3 煤层瓦斯赋存主控因素分析
  3.1 断层构造对瓦斯赋存的影响
  断裂构造对煤层的连续性具破坏作用,使煤层瓦斯的运移条件发生变化。有的断层利于瓦斯排放,也有的断层阻挡瓦斯的排放。本区断层发育,区内主要发育有近南北向正断层,同时由于受东西向构造带的控制,仍然存有东西向断层。受东西向及南北向区域构造控制,早期主要为北东-北东东向褶曲,造成了瓦斯大量的逸散,影响了瓦斯的赋存,后因受南北向断层控制,使其发生扭曲表现较弱,被改造为北东东-东西向褶曲形态已不完整,进一步影响了瓦斯的赋存。
  3.2 褶曲对瓦斯赋存的影响
  矿区若处在向斜盆地构造内,顶板封闭条件良好时,瓦斯沿垂直地层方向运移比较困难,大部分瓦斯仅能沿两翼流向地表,但在盆地的边缘部分,若含煤地层暴露面积大,则便于瓦斯排放。岱庄井田是一个南北向斜,全井田明显表现为一近南北向的向斜褶曲,南北两端底板埋深浅,中间深,因此,南北两端存在着煤层风化带,煤层顶板封闭性较好,但在向斜两翼由于风化带很多,造成了瓦斯沿着断层大量的散失。向斜轴部由于挤压则有利于瓦斯赋存,但是由于后期的构造复杂,在向斜的北端、翼部倾角较陡,轴部较缓,受南北向、近东西向及北东向三组断层的切割,且大多是张性的断层,影响了瓦斯赋存,因此,从根本上影响了瓦斯赋存,增加了瓦斯逸散。
  3.3 煤层顶、底板岩性对瓦斯赋存的影响
  一般情况,当煤层顶板为致密完整的岩石,如油页岩、页岩时,煤层中的瓦斯容易被保存下来;顶板若为多孔隙或脆性裂隙发育的岩石,如砂岩、砾岩时,瓦斯容易逸散。3煤的顶板以粉砂岩为主,次为泥岩、中砂岩和细砂岩。统计表明,3煤顶板砂岩钻孔漏失率为13.6%,3煤缺失区砂岩钻孔漏失率为21.4%,因此,虽然该矿井3煤顶板部分地区裂隙发育,这些地段瓦斯易散失。
  3.4 岩浆岩对瓦斯赋存的影响
  岱庄煤矿岩浆岩处在侏罗系中,下距3上煤层一般达430m,对煤层和煤质均未见有影响,因此对瓦斯的赋存无影响。
  3.5 煤层上覆岩层厚度对瓦斯赋存的影响
  本研究区处于华北板块晚古生代陆表海盆地,受太平洋库拉板块俯冲碰撞作用,由于后期的印支运动影响,该区普遍缺失三叠系盖层沉积,二叠系顶部也遭受了大量的风化剥蚀作用,因此,矿井整个煤层埋深度范围内为瓦斯风化带。
  在相同的地质构造单元和相似的地质条件下,煤层埋深与瓦斯含量呈现一定的相关性,即在瓦斯风化带以下,煤层瓦斯含量、瓦斯涌出量和瓦斯压力都与煤层深度存在一定的关系。由本矿井历年回采工作面瓦斯涌出量数据统计,瓦斯绝对涌出量为0.02-0.21m3/min,通过回归分析得知,瓦斯涌出量随着埋深增加成正相关性,瓦斯涌出量梯度为0.0013m3/(min?m),相关性系数R为0.824,如图2所示。
  本矿井,煤层埋深是控制瓦斯赋存的关键因素,瓦斯涌出量整体上由西北向东南逐渐增高。
  3.6 岩溶陷落柱对瓦斯赋存的影响
  本矿井投产至今揭露岩溶陷落柱两处:一处近东西向,陷落柱内岩体与围岩不接触,因此,封闭性不好,有利于瓦斯的散失;另一处近南北向,陷落柱范围内无顶板淋水和底板渗水现象,内部岩石胶结较好,因此封闭性较好,不利于瓦斯散失。
  3.7 水文地质特征对瓦斯赋存的影响
  岱庄井田构造影响了矿井水文地质条件,本区构造复杂,断层上盘石盒子组地层为隔水层组,下盘山西组砂岩,为弱富水含水层,因而断层导水性极弱,对瓦斯保存影响不大。
  3.8 井田瓦斯涌出量
  将已采区内的瓦斯涌出量统计等值线和未采区内的瓦斯涌出量预测等值线填绘到瓦斯地质图上,作为指导深部安全生产的基础技术资料。以井田内预测瓦斯涌出量与煤层深度的关系为基础,以各工作面实测瓦斯涌出量值为依据,综合分析煤层顶板岩性、水文、构造等多方面影响因素,绘制出岱庄井田瓦斯涌出量实测及预测等值线图(图3)。
  4 结语
  综上分析,岱庄煤矿煤层瓦斯赋存的影响因素主要包括断层、煤层顶底板岩性、褶曲、煤层上覆岩层厚度及岩溶陷落柱等。其中,煤层上覆岩层厚度与煤层瓦斯含量呈正相关,但由于断层、褶曲等的存在,致使瓦斯的赋存条件较差,总体瓦斯含量低。瓦斯压力很低,所开采的煤层均处于瓦斯风化带内。因此,既没有“煤与CO2突出”的可能,也不存在“煤与CH4突出”的危险性。但是,在今后的采掘作业中应加强瓦斯参数的观测,提高瓦斯管理水平,防止瓦斯在采空区或隅角处聚集。
  参考文献
  [1] 叶建平,秦勇,林大扬主编.中国煤层气资源[M].徐州:中国矿业大学出版社.
  [2] 杨起,韩德馨.中国煤田地质学(上册)[M].北京:煤炭工业出版社,1980.
  [3] 张子敏,等.瓦斯地质学[M].徐州:中国矿业大学出版社,2009.
  [4] 尚鲁宁,李增学,吕大炜.济三煤矿3下煤层瓦斯地质规律分析[J].山东科技大学学报(自然科学版),2010,29(5):58-62.
  作者简介:葛春(1974―),男,甘肃庆阳人,庆阳市国土资源局矿管科科长,工程师。

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