长平矿3号煤层瓦斯赋存特征及控制因素分析

岳利娇 王云刚

（1.河南理工大学 河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室—省部共建国家重点实验室培养基地，河南 焦作 454000；2.河南理工大学 安全科学与工程学院，河南 焦作 454000）

1 含煤系地层和煤层沉积特征

在大地构造位置上，长平井田处于我国东部新华夏系构造体系第三隆起带的中段，即太行山背斜南端之西翼，沁水煤田盆地东缘；区域构造位置处于韩店-高平间断褶皱带西侧，庄头正断层上盘，总体为一走向北北东，向北西西倾伏的单斜构造。 根据相关资料，井田范围内发育有次一级的波状起伏，表现为宽缓的中小型背斜和向斜，并伴生有较多的中小型断层和陷落柱。

井田内主要含煤系地层为二叠系下统山西组（P1s）和石炭系上统太原组（C3t）。二叠系下统山西组下起K7 砂岩底，上至K8砂岩底，与下伏地层呈整合接触，厚度约50m，由灰-深灰色中-细粒砂岩、粉砂岩和灰黑色泥岩及煤层组成。 3 号煤层位于山西组中下部，是该组主要开采煤层，一般厚约5m，厚度稳定，系三角洲平原上泥炭沼泽沉积。 顶板岩性一般为粉砂岩、砂质泥岩、泥岩，中含大量植物叶部、茎部化石，具水平纹理。底板为含丰富植物根部化石的泥岩、粉砂质泥岩。

2 矿区瓦斯赋存特征

长平煤业有限责任公司属于瓦斯矿井。 但受到局部地质条件影响，在井田内局部地区仍有高瓦斯富集带。

井田东部边界附近为瓦斯逸散带，甲烷含量分布具有东低西高的特点，可见随着煤层埋藏深度的加大，盖层厚度加大以及煤变质程度加深，有利于甲烷的积聚和保存。 因此，向西其甲烷含量较东部明显增高。 如井田西北部煤层埋藏较深的2806 号孔，甲烷含量约达12mL/g 可燃质。 就目前资料看，在井田东部开采揭露地段，煤层瓦斯含量较低。 而井田中西部煤层埋藏较深的地段，分布有高瓦斯含量孔点，因此，井田中西部瓦斯含量较高。

井田内地质构造以向、背斜为主，伴有断裂构造。 这些构造对瓦斯含量的分布有一定的影响。 3 号煤层位于向斜翼部及轴部，甲烷含量较高，如2801 和2901 孔，甲烷含量分别约为8 和11mL/g.daf。 而靠近背斜轴部甲烷含量低，如2804 孔，甲烷含量约为5mL/g.daf。

3 瓦斯赋存影响因素

3.1 区域构造对瓦斯赋存的影响

背斜和向斜的轴部通常是有利于瓦斯储存的构造，因为这些部位煤层通常受到异常压力， 能够吸附并储存大量的瓦斯气体。 当瓦斯带内煤层的顶板为致密岩层而又未遭破坏时，瓦斯在背斜的轴部地点积聚和保存下来。 当背斜轴的顶部因张力形成连通地表的裂隙时，背斜轴部的瓦斯就会流失掉。

长平矿在掘进2203 巷到70m 时，遇一向斜构造，且向斜轴部及两翼未发现有断层构造，说明向斜构造形成一封闭区域，不利于瓦斯的扩散。 在实际生产中， 实测在轴部瓦斯涌出量约达1.5m3/min，探眼内瓦斯成分达100%，两翼瓦斯成分变少。

断层对于煤层瓦斯含量的影响比较复杂。 开放性断层不论其和地表是否直接相通，都会引起煤层瓦斯含量的降低。 封闭性断层不利于瓦斯的逸散，特别是当断层带的倾角较小时，一般形成较宽的断层面，位于断层面附近的煤层受到强烈揉挤作用，形成大面积的破碎带和糜棱煤带，糜棱煤颗粒破碎，煤层割理和裂隙完全被破坏，吸附的大量瓦斯气体不能逸散，这是造成煤与瓦斯突出的主要因素。

根据井下巷道揭露，在长平矿井开拓区范围发现有5 条落差10m-20m 中小型断层， 其中SF3、SF17 断层由于断层面倾角小，断层破碎带较宽，可达20m-25m，对煤层破坏性较大。其它断层因断层面倾角大，形成的断层破碎带小，对煤层破坏性较小。

长平矿一盘区在较小范围内共揭露14 条开放性断层，掘进工作面瓦斯涌出量不足0.6m3/min， 充分证明开放性断层密集的地方，瓦斯涌出量较小。

3.2 顶底板岩性对瓦斯赋存的影响

煤系岩性组合及其上覆下伏岩层的透气性，对煤层瓦斯含量有很大影响。 煤系内透气性低的岩层越厚，占的比重越大，煤层的瓦斯含量越高。 煤系下伏与上覆的岩层越致密，横向岩性变化越小越有利于煤层瓦斯的储存。

长平矿区3 号煤层顶板， 下起3 号煤层顶， 上至K6 砂岩底，一般厚1-10m，平均约3m，岩性主要是泥岩、砂质泥岩，次为粉砂岩，局部为中、细粒砂岩或粉砂岩。 直接顶板多为泥岩、砂质泥岩，局部为粉砂岩、细粒砂岩及中粒砂岩。 厚度稳定性差，结构松软，吸水易软化，强度较低。 据取样分析，其内部裂隙较发育，有利于煤层瓦斯的逸散。

3.3 区域水文地质条件对瓦斯赋存的影响

煤层瓦斯气体能够溶解在水中，并随着地下水的流动和滞留而逸散或聚集。 在地下水活跃的地区， 煤层瓦斯一般难以保存，相反在地下水滞留区，一般形成局部的煤层瓦斯聚集成藏。特别是在向斜的轴部或者被封闭性断层隔断的单斜底部， 煤层在露头部位接受地表径流补给，在向斜轴部形成承压水区，由于水力的封闭作用从而利于煤层气的成藏。

在长平矿区内，3 号煤层的直接充水含水层为顶板砂岩裂隙含水层，根据钻孔抽水试验数据，含水性较弱。 加之井田内构造简单， 主要以宽缓褶曲为主。 局部小断层也多为开放性正断层，总体来说不利于煤层水的汇聚和煤层瓦斯的聚集。

4 结论

由以上分析可知，长平矿3 号煤层的瓦斯含量主控因素为煤层埋藏深度、褶曲构造和断裂构造。 因此，在矿井生产过程中，尤其是在断层附近和向斜轴部地区， 应注意加强通风和瓦斯预抽，避免瓦斯积聚及突出事故的发生。

[1]刘红军.长平矿井地质构造特征与瓦斯赋存规律分析[J].煤炭工程，2005（4）：50-52.