安林煤礦瓦斯地質(zhì)規(guī)律探討

摘要：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多年的實(shí)踐和觀測(cè)，提出了瓦斯地質(zhì)規(guī)律，對(duì)劃分煤與突出危險(xiǎn)、威脅區(qū)域具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：瓦斯地質(zhì)；突出；斷層

1概況

河南省?？h安林煤礦位于太行山東麓安陽(yáng)——鶴壁煤田中北部，井田邊界均以大斷層構(gòu)成自然邊界?，F(xiàn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力30萬(wàn)t/a，開(kāi)采煤層屬二疊系下統(tǒng)山西組二₁煤，煤厚平均4.4m，煤質(zhì)為無(wú)煙煤。該井田北部受漿巖侵入的影響，沿巖漿巖侵入邊緣形成天然焦。井田為一單斜構(gòu)造，其中斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，并伴有石棺向斜等褶曲。

安林礦是一個(gè)煤與突出較為嚴(yán)重的礦井，目前，礦井相對(duì)瓦斯涌出量為28m³/t，最大相對(duì)瓦斯涌出量為43.37m³/t。從1975年-2002年7月先后發(fā)生煤與突出74次，總突出煤量為5471t，其中100-500t的大型突出共有16次，占總突出次數(shù)的21.6％，最大突出強(qiáng)度為450t，始突深度262 m，最大瓦斯涌出量為18萬(wàn)m³。

瓦斯地質(zhì)規(guī)律是研究瓦斯形成、分布、賦存和變化的基本規(guī)律。根據(jù)現(xiàn)有的資料，結(jié)合井下觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，從瓦斯與地質(zhì)角度進(jìn)行分析，探討突出的分布與諸地質(zhì)因素之間的內(nèi)在聯(lián)系及規(guī)律，以提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，確保礦井安全生產(chǎn)。

2煤與瓦斯突出具有明顯的特征

突出多集中在中部F₄₀和F₃₉兩條斷層之間，南部石棺向斜附近。北部六、八采區(qū)至今尚未發(fā)生突出，如圖1所錄。



（1）突出具有明顯的區(qū)域性。在開(kāi)采的3個(gè)采區(qū)中，只有三采區(qū)發(fā)生過(guò)煤與瓦斯突出，而六、八采區(qū)未發(fā)生過(guò)煤與瓦斯突出。而且三采區(qū)和六、八采區(qū)分布區(qū)域明顯。在歷屆共統(tǒng)計(jì)的74次的突出中，都位于6號(hào)勘探線以南，而以北從未發(fā)生過(guò)突出。

（2）突出主要發(fā)生在三采區(qū)的無(wú)煙煤中。在6號(hào)勘探經(jīng)以南，煤質(zhì)主要以無(wú)煙煤為主，該煤質(zhì)松軟、粒狀成塊狀構(gòu)造，性脆。強(qiáng)度較低，瓦斯涌出量大，突出頻繁。而且地質(zhì)構(gòu)造較多、煤厚不均，易發(fā)生突出；相反在六、八采區(qū)，煤以天然焦為主，該煤為鋼灰色，致密、光澤黯淡成塊狀，硬度及比重較大，瓦斯量涌出小。特別是在煤層揭露后，其煤的強(qiáng)度明顯增加。

（3）突出強(qiáng)度不大危險(xiǎn)性小。安林煤礦在掘進(jìn)面發(fā)生過(guò)2次強(qiáng)度為400t左右突出以外，發(fā)生的74次突出的強(qiáng)度都不大，一般都在50t左右。

（4）突出類型以壓出型為主。在所統(tǒng)計(jì)的70多次突出中。突出類型以瓦斯噴出和壓出為主，從突出的物質(zhì)源分析，突出的主動(dòng)力以瓦斯和地質(zhì)構(gòu)造的原因所造成。

（5）突出主要發(fā)生在掘進(jìn)面。從統(tǒng)計(jì)突出資料可以看出，發(fā)生突出點(diǎn)以掘進(jìn)面為主，工作面未發(fā)生突出現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì)，至今該井已有8a沒(méi)有發(fā)生過(guò)煤與突出現(xiàn)象，并且礦井瓦斯涌出量也大大降低。

3地質(zhì)因素對(duì)出分布的影響

（1）從整個(gè)礦井來(lái)看，主要開(kāi)采山西組二₁煤層，煤質(zhì)屬高變質(zhì)無(wú)煙煤，據(jù)整個(gè)安陽(yáng)礦區(qū)煤變質(zhì)分析可知，其煤變質(zhì)作用是以區(qū)域深成變質(zhì)和區(qū)域熱力變質(zhì)相互迭加作用為主，僅在井田北部存在明顯的接觸變質(zhì)作用。因此，這種區(qū)域深成變質(zhì)和區(qū)域熱力變質(zhì)緩慢的相互迭加作用是形成無(wú)煙煤這一構(gòu)造煤和瓦斯含量最大的主要根源，三采區(qū)煤層瓦斯含量為18.150m³/t。

（2）山西組二₁煤的聚煤環(huán)境屬濱海平原型，其頂?shù)装鍘r性以泥巖、粉砂巖和鈣泥質(zhì)膠結(jié)的中細(xì)砂巖為主，這種巖性組合形式對(duì)煤層形成了透氣性較差的相對(duì)保護(hù)層，在無(wú)斷裂構(gòu)造或影響較小的地段，煤層通常比較干燥，開(kāi)采過(guò)程中無(wú)淋水現(xiàn)象，這說(shuō)明三采區(qū)二₁煤圍巖的巖性組合形式有效阻止了煤層中瓦斯向外逸散和運(yùn)移，故此形成的瓦斯得以較好的保存。煤層透氣性系數(shù)λ＝3.145m²/MPa²·d。

（3）地質(zhì)構(gòu)造是影響瓦斯保存的重要條件之一。它一方面可以改變煤層的賦存形態(tài)及煤層本身的煤體結(jié)構(gòu)；另一方面可以改變煤層圍巖的透氣性能。本井田總體為一單斜構(gòu)造，地層走向呈箕狀波形變化。其內(nèi)的中小型斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，同時(shí)還有一些為寬緩的背向斜。在目前開(kāi)范圍內(nèi)的中型斷裂構(gòu)造有F₃₉、F₄₀、F₄₁、F₄₂等斷層。其各自特征見(jiàn)表1。

表1 地質(zhì)構(gòu)造特征表

見(jiàn)表

這些斷層是燕山運(yùn)動(dòng)早、中期太行山隆起活動(dòng)的逆斷層，燕山末期至喜山早期擠壓活動(dòng)被拉張活動(dòng)所取代，向壓性、壓扭性正斷層演化成現(xiàn)今看到的正斷層。構(gòu)造擠壓活動(dòng)使得煤層具有高吸附瓦斯和封存瓦斯的能力；構(gòu)造擠壓剪切作用形成的壓性、壓扭性構(gòu)造及其運(yùn)動(dòng)使得煤層發(fā)生強(qiáng)烈韌塑性破壞和變形，形成了發(fā)育的“構(gòu)造煤”。正是這些壓性、壓扭性構(gòu)造活動(dòng)造成F₃₉和F₄₀之間的部位發(fā)生煤與瓦斯突出的根源。一、二采區(qū)和106采區(qū)位于F₃₉和F₄₀兩個(gè)斷層之間。突出次數(shù)為24次，占總突出次數(shù)的32.4%，最大突出強(qiáng)度410t。

煤與瓦斯突出與褶皺構(gòu)造之間的關(guān)系也是極其密切的。煤層在褶皺形成過(guò)程中由于韌性剪切、塑性流動(dòng)而形成構(gòu)造煤的“煤包”附近通常是發(fā)生嚴(yán)重煤與突出的部位。三采區(qū)位于石棺向斜內(nèi)，在向斜軸部形成了厚度較大的“煤包”，正是這“煤包”形成了三采區(qū)厚度大于0.3 m軟分層，煤的平均堅(jiān)固性系數(shù)?o 0.12~0.4，是三采區(qū)發(fā)生煤與突出的主要根源。三采區(qū)突出次數(shù)50次，占總突出次數(shù)的67.6％，最大突出強(qiáng)度450t。

礦井北部巖漿巖侵入二₁煤層中，對(duì)瓦斯的分布也有明顯的影響。北部巖漿的侵入屬燕山晚期的產(chǎn)物（同位素年齡為1.17～0.87億a），其巖性為閃長(zhǎng)斑巖，大多數(shù)是沿二₁煤頂板侵入。由于煤層受巖漿侵入的破壞，煤在高溫高壓條件上下有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。煤中芳香族稠環(huán)的縮合程度迅速增高，碳環(huán)網(wǎng)格變大，排列更加緊密而規(guī)則。煤中的微孔隙驟然減少而開(kāi)始向晶體格子化轉(zhuǎn)變，形成視電阻率較小的天然焦、天然半焦、超無(wú)煙煤。最終導(dǎo)致大幅度降低其對(duì)瓦斯的吸附能力。與此同時(shí)，煤層中的一部分甲烷還可以同巖漿巖熱液中的硫酸鹽作用生成碳酸鹽礦物?，F(xiàn)場(chǎng)揭露的天然焦、天然半焦及無(wú)煙煤中發(fā)現(xiàn)有較多的方解石脈及薄膜可證實(shí)這一點(diǎn)。以上這些均導(dǎo)致煤中瓦斯含量的減少，故此形成了礦井北部的低瓦斯帶，八采區(qū)于井田北部。曾對(duì)六采區(qū)26021工作面取樣測(cè)得ΔP＝14，?＝1.1,計(jì)算K＝13<20，六采區(qū)煤層為突出威脅煤層。

地質(zhì)構(gòu)造也控制突出分布，突出的地質(zhì)條件和突出煤體結(jié)構(gòu)特征是實(shí)現(xiàn)突出預(yù)測(cè)的得要技術(shù)途徑。從突出的角度研究地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，不僅要研究地質(zhì)構(gòu)造的性質(zhì)和特征，而且應(yīng)結(jié)合煤的巖石組成、物理化學(xué)性質(zhì)、煤的原始結(jié)構(gòu)特征和煤層及圍巖的力學(xué)性質(zhì)，從而查明不同地質(zhì)條件下構(gòu)造破壞煤的形成和分布特征，這樣更有利于準(zhǔn)確地進(jìn)行突出預(yù)測(cè)。

4結(jié)論

根據(jù)對(duì)安林煤礦煤與瓦斯突出特點(diǎn)的分析，得出突出分布具有很顯示的分帶性，突出的分帶受以下地質(zhì)因素決定：

（1）煤變質(zhì)作用是造成突出區(qū)域的內(nèi)在因素之一，三采區(qū)具明顯突出，而六、八采區(qū)無(wú)突出危險(xiǎn)。

（2）地質(zhì)構(gòu)造作用的破壞是影響瓦斯保存的重要條件之一，巖漿巖的侵入造成煤質(zhì)的分帶，也造成瓦斯的分帶。

（3）地質(zhì)構(gòu)造控制突出區(qū)域的發(fā)展，在中部F₄₀和F₃₉兩條斷層之間，南部石棺向斜附近是主要的突出區(qū)域。

（4）地質(zhì)構(gòu)造是影響瓦斯保存的重要條件之一，它改變了煤層的賦存形態(tài)及煤層本身的煤體結(jié)構(gòu)，同時(shí)改變了煤層圍巖的透氣性能。

（劉繼認(rèn)，王啟明，馮軍）