影响淮北矿区芦岭矿井田煤层瓦斯地质因素分析①

张彬

(淮北矿业(集团)有限责任公司，安徽淮北 235006)

影响淮北矿区芦岭矿井田煤层瓦斯地质因素分析①

张彬②

(淮北矿业(集团)有限责任公司，安徽淮北 235006)

通过对芦岭井田煤层瓦斯地质因素定性定量分析认为，区域地质构造是控制矿井煤层瓦斯的关键地质因素;各自然地质单元瓦斯赋存情况受其围岩力学性质、断层分布、煤层厚度等地质因素控制。埋藏深度对瓦斯赋存起主导控制作用，浅部大多以压出、倾出为主，进入一定深度后，多表现为突出。在瓦斯防治实践中，应根据不同地质单元、不同埋藏深度分别制定相应的防治措施。

井田;煤层瓦斯;地质因素;分析

1 矿井概况

芦岭矿煤层地质条件较复杂，煤层较稳定，煤层的透气性差，煤层瓦斯含量一般10～18m3/ t，瓦斯压力最大达4.5MPa，矿井绝对瓦斯涌出量为150.8m3/min，相对涌出量为32.5m3/t，为煤与瓦斯突出矿井。随着矿井开采深度的增加突出危险性逐渐增强［1］。矿井先后发生煤与瓦斯突出27次，累计突煤量13339t，瓦斯量200万m3，平均突出煤量404.1t/次，瓦斯6万m3/次，突出已严重威胁到矿工人身安全，制约了矿区经济发展。

井田始突深度为295m，随开采深度的增加突出频率明显升高，突出强度显著增强。埋深在295～450m深度段，以压出、倾出为主。压出、倾出次数占该深度段总数的61.9%，突出仅占38.1%;埋深大于450m，以突出为主，突出次数占该深度段突出总数的83.3%。埋深在295～450m深度段，平均突出煤量68.6t，瓦斯量1560m3。埋深大于450m以深地段，平均突出煤量为893.5t，是相对浅部的13倍;平均每次突出瓦斯量为12.45万m3，是相对浅部的80倍。进入矿井550m以深，突强度明显增强，突出强度差异性更为显著。

2 瓦斯压力与埋藏深度关系分析

芦岭矿井田煤层瓦斯压力与埋藏深度关系见表1，根据矿井井田煤层瓦斯压力与埋藏深度关系表可绘制图1，由图1可以看出，矿井煤层瓦斯压力梯度为0.87，R2为0.7197。即，垂深每增加100m，瓦斯压力增加0.87MPa;埋藏深度与瓦斯压力关系度系数为0.7197。

表1 芦岭矿井田煤层瓦斯压力与埋藏深度关系(埋深单位为m，压力单位为MPa)

图1 芦岭矿瓦斯压力与埋藏深度关系图

根据井田构造可将矿井井田分为81(Ⅱ81)、82(Ⅱ82)、88、84等四个自然地质单元，分别对四个地质单元实测瓦斯压力与埋藏深度的关系进行回归分析，可得图2、图3、图4、图5。

图2 81(Ⅱ81)采区瓦斯压力与埋藏深度关系图

图3 82(Ⅱ82)采区瓦斯压力与埋藏深度关系图

图4 88采区瓦斯压力与埋藏深度关系图

图5 84采区瓦斯压力与埋藏深度关系图

由图2～图5可知，不同地质单元的瓦斯梯度不同，同一地质单元瓦斯压力在走向、倾向上均存在较大差异。瓦斯压力显著差异性变化，与煤层封存条件、煤层本身物理力学性质关系密切，不同地质单元，控制瓦斯赋存因素不同［2］。

3 影响瓦斯赋存地质因素分析

3.1 区域构造分析

水平地应力对煤与瓦斯突出起着主导控制作用。经实测，芦岭井田主采的8、9号煤层最大主水平应力是垂直应力的2.5倍，水平地应力为矿井瓦斯保存提供了绝好的封存条件，对应高水平地应力区常为高瓦斯分布区或强突出危险区。在高水平地应力作用下，不易形成易于瓦斯逸散的张性通道，为煤系地层瓦斯保存提供了条件;在高水平应力场影响下，软弱层(煤层)易发生塑性流变，软弱层越厚，塑性流变越易发育;塑性流变使软弱岩层(煤层)力学强度进一步降低，为构造煤的形成提供了动力条件;根据吸附态分子理论，煤的比表面积应越大，吸附瓦斯能力越强，破坏煤体量越大吸附瓦斯总量越大［3］。

3.2 埋藏深度与瓦斯压力关系密切

不同地质单元，瓦斯压力与深度在空间分布上极不均衡。不同煤层瓦斯压力梯度不同，不同地质单元瓦斯压力梯度也不相同，最大值为最小值的2.9倍;同一煤层相同埋藏深度的瓦斯压力最大值与最小值之差达1.16MPa，瓦斯压力这一空间分布属性显示，随着开采深度的增加，瓦斯压力不均衡特性显著增强。经分析认为，瓦斯压力在同等深度条件下出现显著差异，与差异的水平地应力密切相关。

3.3 围岩力学性质与瓦斯关系

突出煤层顶底板及其附近绝大多数岩石为透气性差的泥岩或粉砂岩，软弱围岩处煤层塑性流变发育，煤体受破坏程度加重。坚硬围岩处煤层塑性变形小，煤体受破坏程度相对较小。在同等水平构造应力作用下，软弱围岩层区煤层的原生结构遭受破坏变形相对坚硬围岩强烈，坚硬围岩在一定程度上起到了保护煤体免遭破坏的屏蔽作用［4，5］。因此，弱围岩分布区构造煤相对发育，发生煤与瓦斯突出的概率相对增大。如矿井81(Ⅱ81)地质单元的8、9号煤顶底板泥岩及砂质泥岩发育区，常对应煤瓦斯含量异常增高区或强突出危险区。

3.4 断层对瓦斯的影响

井田大、中型断层主要SN向和NE向的斜切断层为主。高倾角的正断层占60%以上，其力学性质多为压、压扭性，延展方向与井田水平主地应力方向呈钝角相交［6］。断裂带展布方向与主水平地应力方向不同，封闭性质不同，瓦斯纵向逸散条件不同;煤层与不同透气性岩层接触，瓦斯横向逸散条件也不同;正是瓦斯逸散条件在纵向、横向的差异，导致了井田煤层瓦斯分区、分带明显。

小型断层带推、搓、扭压等特征明显，常具有细腻致密的构造膜泥，构造膜泥封闭性好，阻碍了瓦斯逸散通道，瓦斯压力常增大;断层带、断层尖灭带及其附近构造煤发育，构造煤表面积增大，吸附瓦斯能力增强，瓦斯含量增高;断层带、断层尖灭带及其附近煤层厚度变化显著，具有明显的塑性流变特征，破碎煤体强度明显降低(f值常为0.1～0.2)，煤体抵抗能力降低。因此断层带、断层尘灭带及其附近，常为煤与瓦斯强突出危险区。

3.5 煤层厚度变化对瓦斯的影响

井田煤层厚度突变带、分叉合并带，常呈现出层理紊乱、光泽暗淡、构造煤发育、瓦斯涌出异常，常具有流变特征。经分析认为，煤层厚度在小范围发生突变主要原因是煤层在地应力作用下发生了塑性流变，地应力为煤厚突变提供了动力，这种动力不仅使煤层厚度发生改变，而且使煤体的抵抗能力降低、吸附瓦斯能力增强、弹性能增大、瓦斯压力增大、放散初速度升高。因此，煤层厚度突变带、分叉合并带常为突出多发地带。

4 结论

探寻控制矿井瓦斯控制因素，首先从宏观分析入手，根据不同地质因素，将井田分为若干地质单元，分地质单元分别进行瓦斯地质规律研究。区域构造是控制芦岭矿井田煤层瓦斯赋存的主要因素，井田内不同自然地质单元，瓦斯赋存控控因素不同，埋藏深度、断层、围岩力学性质、煤层厚度对瓦斯赋存起着关键控制作用，瓦斯防治要根据不同地质单元分别制定相应的防治措施。

［1］俞启香.矿井瓦斯防治［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1992

［2］于不凡.煤矿瓦斯灾害防治及利用［M］.北京：煤炭工业出版社，2005

［3］胡殿明，林柏泉.煤层瓦斯赋存规律及防治技术［M］.徐州：中国矿业大学，2006

［4］张子敏，张玉贵.瓦斯地质规律与瓦斯预测［M］.北京：煤炭工业出版社，2005

［5］张子敏，张玉贵.大平煤矿特大型煤与瓦斯突出瓦斯地质分析［J］.煤炭学报，2005，(2)

［6］琚宜文，王桂梁.淮北宿临矿区构造特征及演化［J］.辽宁工程技术大学学报，2003，(3)

Analysis of geological factors affected gas in coal seam of Luling mine in Huaibei mining area

ZHANG Bin
(Huaibei Coal Mining Group Corporating Ltd.，Huaibei Anhui235006)

Through the qualitative and quantitative analysis of gas geological factors in Luling coal mine，the regional geological structure is the key geological factors of mine coal gas control.The presence of geological units of gas under control of rock mechanical properties，fault distribution，seam thickness.Burial depth control on the lead role of gas occurrence，most of the shallow is press－out，pour out，into a certain depth，the more performance is outstanding.Practice in the gas control should be based on different geological units，different burial depth to develop appropriate control measures.

mine;coalseam gas;geological factors;analysis

TD712+.3

A

1672－7169(2011)01－0013－03

2010－09－21

张彬(1957－)男，安徽太和县人，大学毕业，淮北矿业(集团)有限责任公司高级工程师，主要从事煤矿瓦斯防治方面的研究与管理工作。