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1、漳村煤矿 3#煤层瓦斯赋存特征分析摘要：掌握煤层瓦斯的赋存特征，是有效防治瓦斯灾害和煤 层气资源合理开发利用的前提和科学依据。为了研究漳村煤 矿 3#煤层的瓦斯赋存特征，运用瓦斯赋存构造逐级控制理论，并结合实测的煤层瓦斯含量，分析了地 质构造对瓦斯赋存的控制作用，以及顶底板、埋深等地质因素对瓦斯赋存的影响， 认为上覆基岩厚度是影响漳村煤 矿 3#煤层瓦斯赋存的主控因素，煤层瓦斯含量随上覆基岩厚度增加而明 显增大，以此 绘 制了瓦斯含量趋势等值线，更加直观的反映瓦斯赋存特征。Analysis of gas deposit feature on No.3 seam in Zhangcun coal
2、 mine Abstract: Distribution characteristics of coal seam gas control is an effective control of gas disaster and the rational exploitation of coal bed methane resources and the scientific basis for the premise.In order to research the zhangcun coal 3 # of coalbed gas occurrence characteristics, usi
3、ng a gas occurrence tectonic cascade control theory, combined with the measured data, the authors studied geological structures of gas occurrence and control action of coal seam roof lithology, buried depth factors such as the impact of gas content。The authors think that the thickness of the overlyi
4、ng rock zhangcun coal seam gas occurrence 3 # is the controlling factor, seam gas content increases with the thickness of overlying bedrock increase significantly, based on than drawing the contours of the gas content trends in order to reflect the characteristics of gas occurrence more intuitivly关键
5、词：瓦斯赋存；地质构造；上覆基岩；主控因素Keywords: Gas occurrence; Geological structure；Overlying bedrock；Controlling factors1 引言煤层瓦斯是在成煤过程中形成的复杂的气体地质体,既是一种灾害性气体,又是一种洁净能源 1。研究煤层瓦斯含量分布规律,进行合理的煤层气资源开发利用和有效的瓦斯灾害防治,变害为宝,防治瓦斯事故的发生,意义重大。现今煤层瓦斯赋存的结果是由煤成烃后,由历次构造运动导致保存条件变化引起的,煤层瓦斯含量大小,除与生成条件有关外,主要取决于煤生成后瓦斯的保存条件,受多种地质因素综合影响。由于地质
6、条件的差异,煤层瓦斯含量往往变化较大,甚至发生突变。但对于同一个瓦斯地质单元来说,在众多的影响因素中,存在一个主控因素,控制着煤层瓦斯含量分布的总体规律,其它因素影响其局部变化 2。瓦斯是制约煤矿安全、高效生产的重要因素。瓦斯地质对瓦斯赋存规律的研究为煤与瓦斯突出预测奠定了理论基础，长期以来一直受到人们的重视 3-4。随着开采深度的增加，瓦斯含量逐渐增大，瓦斯管理和治理的难度更大，严重影响安全生产。针对漳村煤矿瓦斯赋存特点，从瓦斯地质的角度出发，运用区域地质构造理论和瓦斯赋存构造逐级控制理论，并结合大量地质勘探资料，分析影响漳村煤矿 3#煤层瓦斯含量的分布规律和主要控制因素。2 井田地质概况漳
7、村煤矿位于潞安矿区中东部，井田南北宽 3.7km，东西长约 8.5km，面积26.8066km。井田边界东起煤层露头线，南部与石圪节、王庄、常村井田相接，北以文王山南断层为界。矿井 3#煤层位于二叠系下统山西组中下部，为本区主要可采煤层，3 #煤层厚度大且层位稳定，全区可采，厚度 5.347.88m，平均厚度 6.57m，煤层地质结构简单，局部复杂，一般含夹矸 12 层。该煤层厚度在空间分布上呈一定的规律性，总体看来中间厚，东西两边薄。漳村煤矿位于潞安矿区中东部，属黄土高原丘陵地带，地表水系属海河流域的漳河水系。井田地层产状总体为走向北北东、倾向北西西单斜构造，断层稀少，在褶曲轴部附近，裂隙发
8、育，但是含水层各相互不贯通，水文地质条件简单。漳村井田处于晋获褶断带，武阳凹褶带之间，二岗山断裂与文王山断裂之间。井田内构造形态与这些构造密切相关，其构造主要是低级、低序次构造。井田地质构造总体为一走向南北向西倾斜的单斜，沿倾向伴有一组褶皱，并发育有一定数量的小的断层。矿井构造属简单。矿井内无岩浆岩体侵入。3 煤层瓦斯含量分布的控制因素分析3.1 断层、褶皱对瓦斯赋存的影响漳村煤田属于宽缓的背向斜相间构造，井田内褶皱基本为 NNE、EW 走向，基本与矿区走向一致。井田大小断层 50 余条，正断层和逆断层主要有 NENNE、NNE、NEE 向三组断裂，其中 NNE 向为井田边界大断裂，而 NEN
9、NE，NEE 主要为小断层（见图 1） 。H=40m 75H=12m 75080750660650 550 +风 氧 化 带 三 号 煤 层 露 头文 王 山 南 断 层 F3正 断 层 80+西 申 庄 背 斜0 5文 王 山 南 向 斜 文 王 山 南 向 斜东 回 辕 向 斜东 庄 背 斜 常 村 煤 矿 N450向 、 背 斜正 、 逆 断 层 底 板等 高 线井 田 边 界图 例(2)1煤 层 露 头 及瓦 斯 风 化 带1km0图 1 漳村煤矿构造刚要图漳村井田大地构造位置处于我国东部新华夏构造体系第三隆重起带的中段，亦即太行山隆起褶带。所属的潞安矿区位于华北断块区吕梁太行断块沁水
10、块坳东部次级构造单元沾尚武乡阳城 NNE 向凹褶带中段，沁水煤盆地的东翼中部，晋获断裂带西侧，主体部分叠加长治新裂陷。矿区主体构造线方向与晋城获鹿断褶带一致，呈北北东北东东向。印支运动时期，受西伯利亚板块由北向南和扬子地块由南向北推挤作用，华北地区主要表现为近南北向的挤压应力场，构造变形比较微弱，主要是发育有近东西展布的褶皱带，如潞安矿区漳村井田内的西申庄背斜、东回辕向斜和东庄背斜。褶曲的控气特征很明显，向斜轴部，应力以挤压为主，且宽缓向斜的倾角比较小，有利于瓦斯的保存。如钻孔漳-25处于东回辕向斜的轴部附近，瓦斯含量增大，为 4.65m3/t，明显高于含量的平均值。背斜轴部张性裂隙发育，形成
11、气体逸散运移的通道，含气性较差，而向两翼和倾伏端方向含气性变好。如钻孔漳-43 处于西申庄背斜的翼部附近，瓦斯含量为 4.87m3/t。燕山运动早中期，中国东部濒太平洋地区受伊泽奈崎板块对华北板块强烈挤压作用，构造应力场发生了根本的改变，表现为左旋压扭性质，主体构造线方向逆时针旋转，原来主要呈东西向展布的构造线逐步转变成北东、北北东向；如本井田内的文王山断层及其派生的小断层，为走向 NEE 向；燕山运动中期，潞安矿区受 SEENWW 向挤压应力场控制，在印支运动和燕山运动早期 NNE 向极为宽缓褶曲的基础上，普遍发生断裂变形，发育晋获逆冲推覆构造带，逆冲断裂作用释放了大量应变能；燕山晚期喜山期
12、，由于印度板块向欧亚板块的碰撞挤入和新太平洋体系中的东亚大陆边缘裂解 2 种效应的联合作用。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。晋获逆冲断裂带与沁水稳定地块之间的接合部位发生开裂，长治正断层活动导致长治新断陷形成。因此，在漳村井田断层附近的瓦斯大量逸散，如文王山南断层带附近，瓦斯含量从 1.06-1.63m3/t，比其他区域的瓦斯含量低。3.2 顶、底板岩性对瓦斯赋存的影响煤层围岩的隔气性和透气性能直接影响到瓦斯的保存条件。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。孔隙与裂隙发育的砂岩、砾岩和灰岩的透气系数非常大，一般比致密而裂隙不发育的页岩、泥岩等岩
13、石透气系数高出成千上万倍 6。漳村煤矿山西组煤系地层为一套河流三角洲相含煤沉积，3 #煤层顶底板为一定厚度的炭质泥岩、泥岩、砂质泥岩、砂岩。透气性较低，有利于瓦斯保存。统计了漳村煤矿顶板20 米范围内的泥岩厚度（图 2） ，瓦斯涌出量和瓦斯含量与其有一定关系，但相关性不明显。 10图 2 漳村煤矿顶板 20 米内泥岩厚度等值线图3.3 煤层埋深、上覆基岩对瓦斯赋存的影响在众多的地质因素中，煤层埋深是最具普遍性的因素。煤层瓦斯运移的总趋势是瓦斯由地层深部向地表逸散，随着埋深的增加不仅会因地应力增高而使围岩的透气性降低，气体穿层逸散困难，而且瓦斯向地表运移的距离也增大，这两者的变化均朝着有利于封存
14、瓦斯、而不利于逸散的方向发展 7-10。依据地勘资料，统计生成了 3#煤层埋深等值线图（图3） ，根据统计的漳村煤矿瓦斯含量与煤层埋藏深度，回归趋势见图 4，回归方程 Y=-0.0344X-9.4585 相关性系数:R=0.5698。1200123456789300 350 400 450 500煤 层 埋 深 （ m）瓦斯含量（m3/t）图 3 漳村煤矿煤层埋深等值线图 图 4 瓦斯含量与煤层埋深回归趋势线煤层上覆基岩的厚度和透气性影响甚至决定了在区域范围内的瓦斯赋存状况。绘制了3#煤层上覆基岩厚度等值线（图 5） ，回归趋势见图 6。回归方程：W=0.0308H j -7.1248，相关系
15、数：R=0.7788。 100123456789200 250 300 350 400 450 500煤 层 上 覆 基 岩 厚 度 （ m）瓦斯含量（m3/t）图 5 煤层上覆基岩有效厚度等值线 图 6 瓦斯含量与上覆基岩有效厚度回归趋势线对于沁水中部的潞安矿区，在燕山中期-喜马拉雅早期广泛遭受剥蚀，为煤层埋深减小时期，后期第四系松散沉积物又局部覆盖。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，黄土层对瓦斯含量的影响较小。而煤
16、层瓦斯含量应与煤层埋藏最浅时期的上覆地层厚度（上覆基岩厚度）有良好的相关性。综上所述，井田内煤层瓦斯含量具有随煤层上覆基岩厚度增加而增大的趋势。3.4 煤厚对瓦斯赋存的影响瓦斯生于煤层,储存于煤层,煤层越厚，生成和储存瓦斯能力越大。煤层是生成瓦斯的物质基础,其特性与瓦斯含量有着密切的关系。漳村煤矿为高变质无烟煤，煤层较厚，平均6.57m,瓦斯储存能力强，瓦斯生成的物质基础充沛，储层破坏程度轻，瓦斯保存的地质条件好，瓦斯含量相对较大，厚煤带成为瓦斯富集带 8。由于漳村煤矿 3#煤层厚5.347.88m 煤厚变化小,由其造成的瓦斯赋存分布的差异较小。4 瓦斯含量分布及预测研究通过以上定量分析，找出了影响 3#煤层瓦斯含量的不同因素关系。可以看出 3#煤层埋藏深度、上覆基岩厚度都对瓦斯含量大小都影响较大，相关系数都较好。从图 4、图 6 可以看出漳村矿井煤层上覆基岩厚度与煤层埋深线性回归关系相近，考虑到漳村地表被第四纪黄土层覆盖，而表土层为瓦斯的
