蒋庄煤矿瓦斯地质规律与瓦斯涌出浅析

陈伟 姜涛 李强 孔猛 张凯

摘要：本文介绍了蒋庄煤矿地质构造和瓦斯情况，分析论述了褶皱、断层，围岩、水文地质、埋深等与瓦斯的关系，并进行了瓦斯含量、瓦斯涌出量及瓦斯与煤突出危险性预测。

关键词：瓦斯地质规律 瓦斯涌出

1 井田地质构造特征

蒋庄井田位于滕南煤田的中部，井田内为第四系覆盖，没有基岩露头。本井田受高庙断层、刘仙庄断层、尹家洼断层等控制，总体构造线展布为NNE向，形成一断裂构造发育，以地堑、地垒为主要特点的宽缓褶皱区。井田内断层很多，含煤地层沿走向、倾向产状均有变化，个别地段有岩浆侵入。依据《矿井地质规程》和《生产矿井地质条件分类工作有关问题补充说明》等有关规定，根据统计和计算的各有关指标、数据，将蒋庄煤矿矿井地质条件综合评定为Ⅱ类，即Ⅱ-Ⅱa，Ⅰd，Ⅱeg型，属构造中等区。

井田内褶曲发育，褶曲轴向一般为北东向，局部轴向转为北北东向或北东东向，两翼岩层倾角一般为5～10°，个别地段达15°左右。枢纽常有起伏，其角度一般小于5°，使褶曲成短轴状。各个褶皱都不同程度地受到断层的破坏，使形态变得不明显或不完整。井田内的主要褶曲由西向东有：柴里向斜、孔庄背斜、张庄向斜、高崮堆向斜、尹家洼背斜、房庄向斜、于桥背斜等。

共发现落差大于20m的断层36条，1.029条/km2，长度104080m，2973.7m/km2；落差10～20m的断层16条，0.44条/km2，长度4840m，132.1m/km2；落差5～10m的断层

条比较多见，小型断层（落差5m以下）最发育，有280余条，占85.5%。这些断层可分为三组，即北北东向正断层组、近东西向正断层组和北东向逆断层组；北北东向和近东西向的正断层为本井田的主要断裂构造，对煤层埋藏深度、地层沉积厚度（特别是上侏罗统蒙阴组）、构造格局，起着控制作用。

蒋庄煤矿矿区井田井田内褶曲发育，褶曲轴向一般为北东向，局部轴向转为北北东向或北东东向，两翼岩层倾角一般为5～10°，个别地段达15°左右。枢纽常有起伏，其角度一般小于5°，使褶曲成短轴状。井田内的主要褶曲由西向东有：柴里向斜、孔庄背斜、张庄向斜、高崮堆向斜、尹家洼背斜、房庄向斜、于桥背斜等。各个褶皱都不同程度地受到断层的破坏，使形态变得不明显或不完整，破坏了瓦斯的赋存条件，将不利于瓦斯赋存聚集，从而造成了瓦斯的大量逃逸。

2 矿井瓦斯地质规律分析

2.1 井田煤层位于瓦斯风化带内，矿井含量较低

根据蒋庄煤矿勘探阶段的钻孔鉴定资料分析，CH4含量在0～23.00%，CO2含量在0.134%～45.98%，N2含量在51.49%～99.361%，CH4、CO2含量均小于1cm3/g，蒋庄煤矿3层煤位于瓦斯风化带的氮气带。

历年绝对瓦斯相对涌出量在0.9～1.3m3/min之间，绝对涌出量在4.0～7.15m3/min之间，瓦斯涌出量较小。

2.2 井田内开放性断层发育导致矿井瓦斯含量较低

井田内断层构造较复杂，主要发育三组，一组为近南北向的正断层；第二组为走向近东西向的正断层；第三组北东向逆断层组成。由于这些控制断层为拉张性断层，落差较大，所以井田中绝大部分瓦斯逸散了出去，使得整个井田的瓦斯含量与瓦斯的绝对、相对涌出量变得非常小。

蒋庄煤矿矿区井田井田内褶曲发育，褶曲轴向一般为北东向，局部轴向转为北北东向或北东东向，两翼岩层倾角一般为5～10°，个别地段达15°左右。枢纽常有起伏，其角度一般小于5°，使褶曲成短轴状。井田内的主要褶曲由西向东有：柴里向斜、孔庄背斜、张庄向斜、高崮堆向斜、尹家洼背斜、房庄向斜、于桥背斜等。各个褶皱都不同程度地受到断层的破坏，使形态变得不明显或不完整，破坏了瓦斯的赋存条件，将不利于瓦斯赋存聚集，从而造成了瓦斯的大量逃逸。

2.3 矿井瓦斯的含量受地下水的影响

蒋庄煤矿3煤层的直接充水含水层是3煤层顶板砂岩段。岩性多为中细粒长石砂岩，局部为粗粒或中粗粒长石石英砂岩与泥岩、粉砂岩相间，顶板段砂岩泥岩涌水量较少，仅出现过因断层影响，砂岩水会渗入工作面，涌水量也不大。因此，3煤层顶板砂岩段为裂隙水弱含水层，影响瓦斯的赋存。

2.4 顶底板岩性对瓦斯赋存的影响

本区主采3煤层，其直接顶板以泥岩、砂质泥岩、粉砂岩为主，平均厚5.83m，区内北部（如北八采区）、南部（如南九采区）煤层直接顶板为中细砂岩，平均厚23.47m，中～细粒结构，致密坚硬，间夹泥质带有少量炭纹，具单斜层理，裂隙较发育；粉砂岩顶成为瓦斯保存的良好盖层，但是中部纵观南北的邵集断层让好的顶板岩性失去了盖层的意义，在断层控制下，本矿井的瓦斯在这样有利的通道下，生成后迅速逃逸，而且北部与南部的砂岩盖层，本身透气性就好，对瓦斯的逃逸起到了促进作用。

2.5 岩浆岩分布对瓦斯的影响

据勘探资料，蒋庄井田岩浆活动不甚强烈，沿主要构造线呈北北东向脉状分布，据分析，岩浆岩对山西组煤层影响范围较小， 3煤层中有局部地段受岩浆岩影响变质为天然焦，根据区域岩浆岩分布情况，本井田内岩浆岩分布应具有如下规律：由西向东岩浆活动逐渐强烈，由南向北岩浆活动逐渐减弱。

在岩浆影响的部分，煤层的产气能力增强，但本井田内岩浆活动对煤层、煤质影响很小，仅岩浆岩分布地段煤层发生焦化、变薄或将煤层吞蚀，对瓦斯的生成影响很小。

2.6 煤层埋深及上覆基岩厚度对瓦斯的影响

根据钻孔资料分析蒋庄井田现南、北部薄，中间厚，因此，上覆基岩较厚的中部地区瓦斯赋存条件较好，而上覆基岩较薄的北部南部地区瓦斯含量较少。

2.7 岩溶陷落柱对赋存的影响

蒋庄井田至今未发现陷落柱。

3 瓦斯含量预测

根据蒋庄煤矿勘探阶段的钻孔鉴定资料分析，CH4含量在0～23.00%，CO2含量在0.134%～45.98%，N2含量在51.49%～99.361%，CH4、CO2含量均小于1cm3/g（钻孔瓦斯测定资料表3.6），该矿3上、3下、12下、16煤层位于瓦斯风化带的氮气带。结合二十多年来蒋庄煤矿瓦斯涌出量基本保持稳定的开采经验，预测矿井瓦斯含量不会有大的变化。

4 瓦斯涌出量预测

4.1 矿井回采工作面瓦斯涌出量预测

经过对矿井近历年来瓦斯等级鉴定、瓦斯日报、风量、产量、采掘进尺等大量资料的整理，统计所回采工作面的绝对瓦斯涌出量及相对瓦斯涌出量数据。绝对瓦斯涌出量最大值为0.52m3/min，最小值0.14m3/min。掘进工作面数据绝对瓦斯涌出量最大值为0.51m3/min，最小值0.12m3/min。根据矿井3层煤已回采工作面瓦斯实际涌出数据可以看出，3层煤回采工作面瓦斯绝对涌出量较小，并且采场已基本稳定，预计回采工作面瓦斯涌出量不会有大的变化。

4.2 矿井瓦斯涌出量预测

蔣庄煤矿历年绝对瓦斯涌出量为1.0～1.5m3/min之间，绝对CO2涌出量在4.0～7.15m3/min之间。蒋庄煤矿经过二十年的开采，井下采场基本稳定，至今未发现高瓦斯区及瓦斯涌出异常现象，根据历年瓦斯涌出资料分析，预计瓦斯涌出量基本稳定。

5 煤与瓦斯区域突出危险性预测

根据《防治煤与瓦斯突出》（2009）规定第四十三条，按蒋庄煤矿目前的资料分析，井田开采的煤层均处于“瓦斯风化带”内，既没有“煤与CO2突出”的可能，也不存在“煤与CH4突出”的危险性。

6 矿井瓦斯地质图

瓦斯地质图编制是在搜集矿井勘探时期的井田堪查地质报告及开采期间的瓦斯检测数据、历年瓦斯等级鉴定结果中相关瓦斯数据的基础上绘制的。

参考文献：

[1]张子敏，张玉贵.编制矿井瓦斯地质图 综合治理瓦斯[A].瓦斯地质理论与实践——中国煤炭学会瓦斯地质专业委员会第五次全国瓦斯地质学术研讨会论文集[C].2005.

[2]刘亚东，杨胜强.瓦斯地质图在煤矿安全工作中的应用[J].能源技术与管理，2011（04）.

[3]李叶枝.探索瓦斯地质规律 促进煤矿安全生产[J].焦作工学院学报（自然科学版），2000（05）.

作者简介：陈伟（1980-），男，2003年毕业于山东科技大学采矿专业，助工，毕业后先后从事矿井采煤、调度、通防安全工作，现任枣矿集团蒋庄煤矿通防技术主管。