浅析西曲矿地质条件对矿井瓦斯赋存规律的影响

来源:用户上传      作者:

　　摘 要：文章从煤层埋藏深度、断裂及陷落柱构造、顶底板岩性以及水文地质条件等方面，就西曲矿复杂地质条件下煤层瓦斯赋存规律进行了详细分析，并结合典型工作面实际监测数据，对矿井煤层瓦斯涌出量以及煤与瓦斯突出危险性进行预测，并对后续开采过程中的瓦斯治理提出相应建议。
　　关键词：地质条件;断层;陷落柱;赋存规律;瓦斯涌出量
　　0 引言
　　随着西曲矿开采水平的延伸和开采强度的日益增加，煤层瓦斯释放对矿井安全生产的制约越来越明显。因此，本文就西曲矿地质构造对矿井瓦斯赋存的影响进行全面分析，以期为矿井瓦斯治理提供支撑。
　　1 矿井概况
　　西曲矿位于太原西山煤田北缘，汾河以北，核定生产能力为400万t/a，煤层倾角3～15°，平均5°左右，可采煤层有2+3、4、7、8、9号煤层，矿井目前采用平硐、斜井联合开拓方式，采用长壁顶板全部垮落采煤法进行开采，采掘机械化程度100%，在中厚及厚煤层中布置综合机械化工作面，在构造复杂、煤层变薄及边角地带布置普通机械化工作面。井田构造基本上为向南偏西方向倾斜的单斜构造，而井田内的主要构造为断层和陷落柱，其次为宽缓的褶曲。矿井采取抽出式通风，通风方式为分区混合式。
　　2 矿井瓦斯赋存影响因素分析
　　2.1 埋藏深度
　　煤层瓦斯含量随着煤层埋藏深度的增加而不断增加。本井田山西组2+3号煤埋深为17.33-288.93m，平均149.55m;太原组7号煤层埋深31.58-335.38m，平均为198.51m;8号煤层埋深41.24-356.48m，平均为193.67m;9号煤层埋深53.97-371.41m，平均为212.69m。煤层埋藏浅，瓦斯易通过岩层的裂隙上移，另外本组煤层为自上而下层开采，上部煤层的揭露更有利于下部煤层瓦斯的释放，造成部分区域内的瓦斯涌出量偏低。
　　2.2 断裂及陷落柱构造
　　西山矿区位于古交掀斜地块的中南部，主要构造为南北向构造，北东向平行断裂及东西向构造，其中南北向构造是控制矿区形态的重要构造形式。井田发育规模不等的正断层，主要为走向NE的高角度正断层，多集中在井田的西北部，中部和南部较少，并呈平行排列，断层往往组合成长条形的地堑或地垒，在较大的主干断裂旁侧出现有呈“入”字形的较小断层。现已发现揭露断层506条，密度达12.43条/ km2，走向长度累计4050m/ km2。其中落差小于5m的断层438条，占断层总数的86.6%，绝大部分为采掘工程所揭露;落差大于或等于5m而小于30m的断层63条，占断层总数的12.5%;其中落差大于30m的断层共5条，占断层总数的0.99%。西曲矿的大中型断层多分布于矿区的西部边界附近及中部，如南六、南七、南八、北五等盘区，断层走向大多呈NE及NNE向。
　　西山井田发育的大量陷落柱给瓦斯的扩散提供了良好的通道，其主要分布在石炭二叠系碎屑岩层覆盖区;陷落柱主要集中分布于古交镇--石千峰--晋祠、平泉及西山山前地带，而陷落柱的集中分布区恰是西山岩溶水的主径流带，该地段地下岩溶发育，循环好，有利于瓦斯逸散。
　　2.3 顶、底板岩性
　　煤层围岩隔气层和透气性能直接影响瓦斯的赋存状况，顶底板泥岩的厚度是直接反映煤层围岩透气性的一项瓦斯地质指标，顶底板泥岩厚度值越大，越有利于瓦斯的保存。本井田山西组煤层顶板多为渗透层，排替压力小，扩散快，气体会向砂岩中运移，加之水动力的影响，以及顶板抗压抗张能力较弱，易在强压下产生裂隙，导致煤岩体吸附的气体解吸出来转移至渗透层中[1]。
　　2.4 水文地质条件
　　煤系中的水文地质条件对瓦斯的保存、破坏影响明显，造成不同水文地质条件下煤层瓦斯含量差异性很大。
　　燕山期及喜山期断裂作用使井田盆地东部、西北部地区产生众多张性断裂，形成一定的地下水压降漏斗，使煤岩中的气体得以解吸和扩散，降低煤层瓦斯含量。此外，地下水的溶蚀作用和奥陶系灰岩中岩溶陷落柱的发育，也会引起煤层瓦斯的解吸和逸散。
　　太原西山地区可以分为三个不同地下水系统：西部属局部地下水流系统。以地面补给、地下水循环浅、水流途径短为特征;大川河以西、西社断裂以东、汾河以南区域中的奥陶系碳酸盐岩为千余米石炭二叠系地层所覆盖，碳酸盐岩埋藏在200-1000m标高以下，接受补给困难，又不见排泄，为中部地下水滞流带;东部地下水系统包括汾河以北大片灰岩裸露区、大川河以东至山前裂断带，煤系地层覆盖厚度不等，地下水在汾河以北接受降水补给。
　　3 矿井瓦斯涌出量预测
　　矿井9号煤层埋藏最深，瓦斯含量最大，选择具有代表意义的含量测点值回归计算，得出9号煤层瓦斯含量随煤层埋藏深度增加。9号瓦斯含量（y）与其埋深（x）的数学拟合函数关系如下：
　　y=0.0101x-0.094
　　式中：y-煤层瓦斯含量，m3/t;X-煤层埋藏深度，m。
　　9号煤层瓦斯每百米含量梯度值为1.01m3/t，相关系数为94.01%（相关性较好）。结合生产过程中的探测数据，该煤层埋深、瓦斯含量均是由东向西逐渐增大，埋深最深点位于29107工作面的西部，得益于井田地质构造对煤层瓦斯逸散的有利作用，该煤层最大瓦斯含量为2.98m3/t，含量不高，埋深为304m。
　　4 煤与瓦斯区域突出危险性预测
　　西曲矿煤与瓦斯区域突出危险性预测采用单项指标法。预测煤层突出危险性的单项指标有煤的破坏类型、瓦斯放散初速度（△P）、煤的坚固性系数（f）和煤层瓦斯压力（P）等，采用该法预测时，各种指标的突出危险性临界值根据矿区实测资料确定，只有当全部指标达到或超过其临界值时才可视该煤层为突出煤层[2]。
　　在南二9號煤层及南四8号煤层以下范围内进行了突出危险性鉴定，鉴定综合结果见表1。由数据分析可知，8号、9号煤层的单项指标中，煤层相对瓦斯压力未超出煤层突出危险性单项指标临界值，因此，8号、9号煤层暂无煤与瓦斯突出危险。
　　5 结语
　　由于煤岩体的物理性质和瓦斯赋存情况在断层、褶皱等地质构造附近发生变化的概率较大，因此西曲煤矿在采掘作业时，应加强断层、褶皱等地质构造的探查，同时密切观测煤层赋存有无变化，及时掌握采掘工作面地质构造区域和煤层赋存变化区域煤层瓦斯情况，如发现瓦斯动力现象，煤层瓦斯涌出异常，钻孔卡钻、喷孔等状况，应按突出煤层进行管理管理，必要时进行重新鉴定。
　　参考文献：
　　[1]黄永菲，金华，蒋国芳，等.地质构造对裴沟矿煤层瓦斯赋存规律的影响[J].中州煤炭，2009（167）：31-33+87.
　　[2]魏新杰.万年矿井田瓦斯地质规律[J].煤矿安全，2015， 46（2）：155-157.
　　作者简介：
　　李雁强（1986- ），男，工程师，本科，2012年毕业中国矿业大学，采矿工程专业。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14850570.htm