赵家寨煤矿瓦斯的分布特征

刘素青

(河南省煤炭地质勘察研究总院，河南 450052)

赵家寨煤矿瓦斯的分布特征

刘素青

(河南省煤炭地质勘察研究总院，河南 450052)

赵家寨煤矿煤层瓦斯分布极不均衡，瓦斯呈西高东低的特征，总体矿区东北部应属瓦斯风化带，西南部为沼气带范围。文章对煤矿瓦斯的成分含量及煤层瓦斯涌出量鉴定结果进行了论述，对煤层瓦斯分布的不均衡性特征进行了分析。

赵家寨煤矿 瓦斯 分布特征

Abstract:Distribution of CBM in Zhaojiazhai mine is extremely imbalanced．The gas content is high in the west and low in the east．The north-east part of the mine area belongs to gas weathering zone on the whole，and the southwest part，in the range of gas zone．The paper describes the identified contents of constituents of CMM and gas emission．The paper also analyzes the character of uneven distribution of CMM．

Keywords:Zhaojiazhai coal mine;gas;distribution characteristics

1 矿井地质概况

赵家寨煤矿位于新密煤田东部，东距新郑市约8km，北距郑州市约40km，行政区划属河南省新郑市管辖，年生产规模300万t。

1.1 构造特征

赵家寨井田主体构造为一两翼地层产状平缓，倾角3°～15°，轴向NWW～SEE的宽缓背斜构造。井田内共有断层18条，除温泉、宁沟两条小逆断层外，其它均为正断层。其中落差大于100m的5条，落差100～50m的5条，落差50～30m的7条，落差小于30m的有1条。大隗断层、贾梁断层、欧阳寺断层构成本区自然边界。断层走向除大隗断层为近东西向外，其余均为北西～南东向，并以南升北降正断层为主，全区构造复杂程度属中等。

1.2 煤层的空间分布

本区含煤地层为石炭系中统本溪组、上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组和上统上石盒子组。含煤地层总厚711.17m，划分9个含煤组段，含煤36层，煤层总厚度18.57m，含煤系数2.61%。山西组和太原组为主要含煤地层，总厚度153.27m，共发育煤层15层。上、下石盒子组属一般性含煤地层，共七个含煤段，总厚度553.97m，共含煤21层。山西组下部的二1煤层为全区可采煤层，其中部的二3煤层、太原组底部的一1煤层及上石盒子组下部的七4煤层为大部可采煤层，其余煤层均不可采或偶尔可采。可采煤层总厚9.78m，可采含煤系数为1.38%。

由于二3煤层和二1煤层相距仅20m左右，两煤层较接近，故本次选择这两层为主要目的煤层。二1煤层厚度0～21.75m，平均5.50m，煤层厚度有一定变化，属较稳定的中厚～厚煤层。二3煤层厚度0～6.98m，平均1.37m，层位稳定，煤层厚度有一定变化。

1.3 煤岩煤质特征

二1煤宏观煤岩成分不易分辩，有机显微煤岩组分中以镜质组为主，含量63.0%～93.1%，平均77.3%。二3煤以亮煤为主，可见镜煤条带，有机显微煤岩组分中镜质组含量65.4%～90.0%，平均79.2%。二1煤以贫煤为主、无烟煤次之，二3煤以贫瘦煤、贫煤为主，无烟煤次之。

2 矿井瓦斯分布特征

2.1 瓦斯成分和含量

(1)二1煤层

井田西部瓦斯成分以甲烷为主，为沼气带范围，两极值为6.43%～98.71%，次为氮气和二氧化碳。中东部瓦斯成分则以氮气和二氧化碳为主，为瓦斯风化带，甲烷成分较低。瓦斯分布极不均衡，如沼气带中的502孔与南边的0551孔相距仅300m，前者瓦斯成分为6.43%，后者为92.20%，0851和0752孔，相距700m，成分和含量相差较大，成分分别为81.92%和40.13%，含量分别为3.52ml/g.r和0.61ml/g.r，见图1。在取样深度247.43～780.11m的范围内，沼气带瓦斯含量为0.02～11.21ml/g.r，瓦斯风化带沼气含量变化在0～3.52ml/g.r，见表1。甲烷含量总的变化趋势是随煤层埋深的增大而升高。

表1 二1煤钻孔瓦斯资料统计表

表2 二3煤钻孔瓦斯资料统计表

图1 二1煤瓦斯分带示意图

(2)二3煤层

二3煤和二1煤相距仅20m左右，瓦斯赋存规律和特征有相近似的特点，沼气带范围小，西部煤层较厚地段瓦斯含量高，见表2和图2。

图2 二3煤瓦斯分带示意图

2.2 矿井瓦斯涌出量

根据河南省工业和信息化厅关于对郑煤集团公司所属煤矿2010年度矿井瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果的批复:赵家寨煤矿瓦斯相对涌出量为1.89m3/t，绝对涌出量为11.75m3/min，采区瓦斯最大相对涌出量为1.70m3/t，赵家寨煤矿属于低瓦斯矿井。

2008～2010年赵家寨煤矿瓦斯涌出量情况见表3。

表3 瓦斯鉴定结果表

2.3 瓦斯含量控制因素分析

根据分析认为，赵家寨煤矿瓦斯含量主要受以下几个因素的影响。

(1)瓦斯的生成:煤化作用过程中，煤及其围岩中的炭质泥岩、暗色泥岩等集中或分散的有机质源源不断地产生大量的烷烃气体。二1煤层因其厚度大，储量丰富，则为主要的生气层。此外，本区在经历了前期深层变质作用和燕山期的岩浆热变质作用，生气期长，故应有较大的生气量。

(2)围岩对瓦斯的封闭作用:煤层上部的砂质泥岩、泥岩因其透性差，成为阻止煤层瓦向上运移的屏障，起到了封闭瓦斯的作用。薄(无)煤带的存在对深部瓦斯向浅部运移起阻碍作用。因此，在薄(无)煤带的深部往往会聚集较大的瓦斯量，0756、704和7012孔均为薄(无)煤带，其深部的715孔瓦斯成分和含量均较高，含量为本区瓦斯含量最高点，为11.20ml/g.r。

(3)构造的影响:一般正断层利于瓦斯的逸散，如官庄断层以东，由于正断层较多，均为瓦斯风化带范围。但局部地段也会出现对瓦斯的封闭作用，如507、715孔虽处于断层附近，但瓦斯含量较大。背斜轴部瓦斯含量较小，两翼则较大，滹沱背斜位于矿区偏北部，其轴部为瓦斯风化带，西南翼为沼气带范围，东北翼本亦应为沼气带，但由于断层的影响，仅有0851和1351两孔瓦斯成分含量较高，其余均为瓦斯风化带。

(4)上覆基岩厚度的影响:在瓦斯风化带内，上覆基岩都较薄，瓦斯易于逸散，沼气带上覆基岩较厚，利于瓦斯的保存，因而瓦斯含量较大。

(5)水文地质对瓦斯赋存的影响:地下水循环，瓦斯溶于水中而被携带散失。水分子占据煤的微孔隙空间，不仅排挤游离瓦斯，而且还降低煤孔隙表面的吸附能力，从而使煤层瓦斯含量降低。

(6)地温异常对瓦斯的影响:地温高，煤层中的瓦斯压力增大，使瓦斯的逸散量增加，本区的沼气带，很小部分在一级高温区，大部分在地温正常区，瓦斯风化带大部分在一级或二级高温区，尽管局部埋藏较深，但瓦斯含量较小。

综上所述，本区二1煤二3煤瓦斯呈西高东低的特征，总体东北部应属瓦斯风化带，西南部为沼气带范围，应按高瓦斯矿井管理。由于瓦斯赋存的不均衡性，在瓦斯风化带内开采，亦应引起注意，要加强瓦斯监测，以保证矿井安全生产。

［1］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.

［2］张子敏.瓦斯地质学 ［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2009.

［3］河南省煤炭地质勘察研究院.河南省新密煤田赵家寨井田勘探报告.河南郑州:河南省煤炭地质勘察研究院，2002.

［4］河南省煤炭地质勘察研究院.河南省新郑市赵家寨煤矿煤炭资源储量核实报告.河南郑州:河南省煤炭地质勘察研究院，2011.

Distribution Characteristics of CBM in Zhaojiazhai Coal Mine

Liu Suqing
(Henan Province Coal Geological Reconnaissance Research Institute，Henan 450052)

刘素青，女，硕士，工程师，从事煤田地质工作。

(责任编辑 韩甲业)