贵州省煤矿区瓦斯分布影响因素分析

马 曙，王永明，颜 智，韩真理

(1.贵州省矿山安全科学研究院，贵州 贵阳 550025；2.贵州省煤矿瓦斯防治工程技术研究中心，贵州 贵阳 550025； 3.天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 100013)

贵州省煤矿区瓦斯分布影响因素分析

马 曙1,2，王永明3，颜 智1,2，韩真理1,2

(1.贵州省矿山安全科学研究院，贵州 贵阳 550025；2.贵州省煤矿瓦斯防治工程技术研究中心，贵州 贵阳 550025； 3.天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 100013)

以掌握的贵州省693家煤矿的相关资料，分析贵州省煤矿区的瓦斯压力、瓦斯含量、煤与瓦斯突出区域分布规律，并以贵州典型区域的瓦斯分布特点为基础，从构造、上覆基岩厚度(埋深)、煤的变质程度、沉积类型、顶底板岩性、水文地质条件等方面进行瓦斯分布影响因素分析，初步得出各因素对瓦斯分布的影响规律，为贵州省的煤矿瓦斯治理提供参考。

贵州煤矿区；瓦斯分布；影响因素；瓦斯压力；瓦斯含量；突出区域

贵州省煤炭资源丰富，储量占西南地区煤炭资源总量的61%，素有“江南煤海”之称，是云贵大型煤炭基地的核心组成部分[1]。受大地构造和板块运动的影响，煤层赋存极其复杂，瓦斯分布规律多变，瓦斯事故频发，1958年以来发生的248起特别重大事故中，有226起为瓦斯事故，且随着煤层开采深度的增加，开采难度加大，瓦斯是制约贵州煤炭工业发展的瓶颈。要实现贵州煤矿安全生产，促进贵州经济更好更快发展，必须治理好瓦斯，故开展了瓦斯分布的影响因素研究，根据贵州瓦斯分布特点分析各地质因素的主要影响情况，为贵州煤矿瓦斯治理提供依据。

1 贵州省煤矿区概况

贵州全省埋深2000m以浅的煤炭资源总量为241.9Gt，排全国第5位；煤炭资源分布较广，全省86个县、市、区中，产煤的有74个，含煤面积约7×106hm2，划分为六盘水、织纳、黔北、兴义、贵阳、黔西北、黔东北、黔东南、黔南等9块煤田31个矿区[2]，其中六盘水煤田、黔北煤田和织纳煤田煤炭资源约占已探明储量的86%。截止2013年6月30日贵州省共有设计生产能力300kt/a及以上的矿井395家，累计设计生产能力0.172Gt/a；2013年全省煤炭产量达到0.191Gt。

2 贵州省煤矿区瓦斯分布基本规律

2.1 瓦斯压力分布规律

根据贵州省各煤田瓦斯基本参数测试数据，分析得平均百米瓦斯压力梯度最大的为六盘水煤田(0.30)，随后从大到小依次是织纳煤田(0.26)>黔北煤田(0.25)>黔西北煤田(0.23)>兴义煤田(0.22)>贵阳煤田(0.20)>黔东南煤田(0.14)>黔东北煤田(0.08)。根据煤层瓦斯压力、埋深以及百米瓦斯压力梯度，将瓦斯压力按埋深300m的条件折算得各矿区及煤田平均瓦斯压力如图1所示。

图1 贵州煤矿区300m埋深瓦斯压力分布

全省煤矿瓦斯压力的最大值出现在六枝矿区的四角田煤矿，300m埋深对应的瓦斯压力为4.34MPa。平均瓦斯压力最大的煤田为六盘水煤田，平均瓦斯压力值为2.63MPa；平均瓦斯压力最大值小于0.74MPa的矿区有安龙矿区、瓮安矿区、都匀矿区和铜仁矿区。

2.2 瓦斯含量分布规律

根据各矿区的煤炭地质储量及瓦斯地质储量，计算出吨煤瓦斯含量。根据统计，贵州省吨煤瓦斯含量最高的是二郎矿区，为18.8m3/t；瓦斯含量小于8m3/t的区域主要有安龙矿区、兴仁矿区与息烽矿区，全省平均含量为12.29m3/t，各矿区吨煤瓦斯含量散点图见图2。

图2 贵州省各煤矿区瓦斯含量分布

统计分析2012年贵州省在煤监局审批或备案的1251个矿井的煤与瓦斯突出情况，其中891个为煤与瓦斯突出矿井。从突出矿井市级分布(图3)可以看出突出煤矿主要分布在六盘水市、遵义市、毕节市、安顺市和黔西南州，这些区域占据了突出矿井数量的84.3%；根据该分布规律拟定出以正安县—湄潭县—余庆县—黄平县—福泉市—贵定县—龙里县—惠水县—长顺县—紫云县—册享县—安龙县为高突矿井与瓦斯矿井分界线，该线以西的煤矿以高瓦斯与煤与瓦斯突出矿井为主，该线以东以瓦斯矿井为主。

图3 贵州省突出矿井市级分布

从煤田与矿区上进行分析，突出煤田主要为黔北煤田、六盘水煤田、兴义煤田、织纳煤田以及贵阳煤田；从矿区上分盘江矿区、水城矿区、六枝矿区、织纳矿区、黔北矿区(毕节)、黔西南矿区和遵义矿区均属于突出矿区，突出严重程度又以水城矿区、六枝矿区和盘江矿区为最重，在荔波县红茂与广西交界处，也属于突出矿区。在贵州黔南、黔东南和黔东北地区，瓦斯含量较低，属于非突区域。

3 贵州省煤矿区瓦斯分布影响因素

3.1 断层、褶曲构造对瓦斯分布的影响

晚二叠世，上扬子聚煤盆地在经历了印支、燕山以及喜马拉雅运动后，形成了众多的背斜、向斜以及断裂构造，造成了不同面貌的构造系统，使得现存的晚二叠世煤系都保存在受断裂构造控制的向斜构造单元中[3]。因此，构造的发育及分布状况不仅控制了煤层的空间展布，而且也控制了瓦斯的储集与分布，影响贵州省瓦斯分布的构造主要为大型向斜。大型向斜影响下的褶曲对瓦斯赋存的控制规律与其他省份类似，但是受煤层顶底板岩性等条件的影响，断层封闭条件更好，故贵州地区分布的断层多为封闭性断层，对瓦斯分布的影响主要表现为封堵。

3.2 煤层上覆基岩厚度(埋深)对瓦斯分布影响

一般出露于地表的煤层，瓦斯容易逸散，并且空气也向煤层渗透，导致煤层中的瓦斯含量低。随着上覆基岩厚度的增加，瓦斯向地表运移的距离也随之增大，这种变化有利于瓦斯的封存[4]。所以，在瓦斯风氧化带以下，瓦斯含量主要随上覆基岩厚度增加而变大。在贵州地区地表第四系表土层很薄，加上地表起伏较大，故上覆基岩厚度对瓦斯分布影响，相当于煤层埋深对瓦斯分布影响，可以按同一因素进行分析。

以盘江矿区为例，分析煤层瓦斯含量与埋深的关系，矿区内瓦斯含量为4m3/t时对应的平均埋深为178m；瓦斯含量为8m3/t时对应的平均埋深为299m；瓦斯含量为12m3/t时对应的平均埋深为412m。瓦斯含量基本保持了随着埋深逐渐增加的趋势。值得注意的是贵州地表起伏大，往往同一标高处的煤层埋深相差数十米甚至上百米，故一般不能以标高来分析煤层瓦斯含量梯度。

2000年，科学技术部等发布的文件中，将科学素养概括为四个方面。科学态度：在学习、研究及工作中，首先要有认真求是、脚踏实地的科学态度。科学知识、技能：欲胜任某项工作，需要掌握基本的科学知识和必备的工作技能。科学方法、能力：解决问题需要掌握科学的方法，提高发现问题、分析问题的能力。科学行为、习惯：学习和工作中的操作方式应符合科学规律，其行为和习惯要规范。

3.3 煤的变质程度对瓦斯分布的影响

总体上说，煤变质程度越高，产气量越大，瓦斯吸附能力增加，在相同的煤层赋存条件下，煤的变质程度越高，煤层瓦斯含量越大。镜质体反射率是反应煤体变质程度的重要参数，通常煤的变质程度越高，其镜质体反射率越大[5]。

考察贵州省各煤田煤体的镜质体反射率(R0)范围为0.75～4.08，其中R0位于0.75～1.30之间的区域主要分布在盘县以西，水城至六枝(威宁一部分地区包含在内)以及思南、瓮安、麻江一线东北；R0位于2.20～4.08的区域主要分布在黔北、黔中、黔西南和南盘江区域，其中南盘江区域R0>4.00，是贵州目前已知上二叠统演化程度最高的区域；其他区域的R0介于1.30～2.20之间。故从煤的变质程度可知，黔北的毕节、金沙、遵义、桐梓、赤水等，黔中的织金、纳雍、安顺等，黔西南的兴义、望谟等，黔西的盘县、六枝以及水城等地煤层变质程度高，瓦斯赋存含量大。

3.4沉积类型对瓦斯分布的影响

古构造、沉积环境是影响各煤田含煤性差异的主要因素，贵州省各煤田的沉积环境如表1所示。黔北、六盘水、织纳煤田为海陆交互相沉积环境，在其广阔的三角洲间发育了较好的泥炭沼泽，聚煤条件好，平均总厚38.76m；陆相区的黔西北煤田以河流相沉积为主，含煤10余层，煤层厚度变化大；黔东北、黔南、黔东南煤田以海相沉积为主，仅在底部含煤，层数少。

表1 贵州省煤田沉积环境及煤层情况

受沉积环境影响，过渡相区的煤层发育较多，煤层较厚，且在沉积过程中大部分区域封盖良好，为贵州省瓦斯富集的主要区域；其次为宣威组，最后为吴家坪组，受沉积环境影响，瓦斯逸散量较大，煤层现存瓦斯含量较低。

3.5 煤层顶底板岩性对瓦斯分布的影响

贵州西部瓦斯储集层由上二叠统龙潭组、汪家寨组(或长兴组)、飞仙关组一段构成，主要岩性为砂岩、粉砂岩、泥岩、灰岩及煤层，对瓦斯分布的影响主要分为泥质为主的岩石及石英为主的岩石。

以泥质为主的岩石易破碎成颗粒，塑性较强，特别是含有水时，能够膨胀变形，虽然会发育成微隙，但很容易被破碎的泥岩颗粒堵死，瓦斯很难释放出来。如贵州省盘江矿区的金佳煤矿地层中泥岩层数较多，12号煤至22号煤之间含泥岩、泥质砂岩或泥质页岩14层之多，总厚度达到了20m以上，故尽管金佳矿一采区的断层较多，落差在5～10m之间的就有40余条，全区发现断层193条，但是受泥质岩体膨胀变形及封闭的影响，瓦斯无法随裂隙逸散，煤层瓦斯含量依然很大，煤与瓦斯突出危险性很严重。

以石英为主的岩石岩性硬脆，受断层或其他构造的影响，会大量发育断裂线，形成大量裂隙，使得卸压瓦斯沿此裂隙通道释放出来。贵州省黔北矿区金沙县茶园乡可采煤层为4号、5号煤层，煤层倾角约8°，距离地表垂高约90m，顶板为黄铁结核的细砂岩，矿区内断层与地表连通，属开放型断层，平均瓦斯含量仅6.3m3/t，回采过程中绝对瓦斯涌出量仅2.66m3/min，相对瓦斯涌出量为8.93m3/min，属于顶板岩性有利于瓦斯释放，瓦斯大量溢出的典型区域。

3.6 水文地质条件对瓦斯分布的影响

分析贵州省水文地质条件与瓦斯含量的分布关系可知，地下水长期滞留区内瓦斯保存完好，是瓦斯赋存的有利区带[6]。亦资孔、格木底、北盘江、青山、郎岱、六枝、岩脚、黔西等8个盆地，具备良好的水封闭圈条件，是瓦斯富集的重要地区。贵阳矿区由于煤系地层上覆及下伏的含水层均被三叠系砂岩和二叠系玄武岩隔离，含水层基本不与含煤地层接触，对煤层开采影响不大。

黔北遵义矿区的主要煤层与含水层距离近，与下部含水层茅口灰岩的距离最近时仅15m，在长期的水力运移中，下部煤层中的瓦斯得以散失，形成了遵义矿区下部煤层的瓦斯含量低，上部煤层瓦斯含量高的特殊瓦斯赋存形式，影响的方式主要为运移和逸散作用。如遵义县泮水镇兴安煤矿，主采的C4，C6，C9煤层的平均瓦斯含量分别为12.36m3/t，8.52m3/t，8.10m3/t，上部煤层瓦斯含量反而大。

4 结论

(1)贵州省煤层的瓦斯统计储量为4.3×104m3，平均瓦斯含量为12.29m3/t，储量排名前三的煤田分别是六盘水煤田、黔北煤田、织纳煤田，占全省瓦斯资源储量的72.79%；瓦斯含量小于8m3/t的区域主要为安龙矿区、兴仁矿区与息烽矿区。突出煤矿主要分布在六盘水市、遵义市、毕节市、安顺市和黔西南州，这些区域占据了突出矿井数量的84.3%；突出区域以正安县—湄潭县—余庆县—黄平县—福泉市—贵定县—龙里县—惠水县—长顺县—紫云县—册享县—安龙县为高突矿井与瓦斯矿井分界线，该线以西的煤矿以高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井为主，该线以东以瓦斯矿井为主，但在与广西交界的荔波矿区也属于煤与瓦斯突出区域。

(2)贵州煤矿区的瓦斯分布格局受沉积类型、煤层厚度及煤的变质程度影响，三者总体决定了瓦斯的分布构架；大型向斜及断层构造将含煤区分成块状，在控制范围内起主要控制作用；上覆基岩厚度(埋深)、地应力、顶底板岩性、水文地质在局部范围内对瓦斯分布产生影响。

(3)贵州省断层对瓦斯分布的影响主要体现为富集；上覆基岩厚度与瓦斯含量基本保持线性关系，随着上覆基岩厚度的增加，煤层瓦斯含量也越来越大；顶底板条件总体上为半屏障层或屏障层，对煤层瓦斯赋存具有较好的封闭作用；水文地质上黔北矿区、织纳矿区的部分煤层距离含水层近，对瓦斯赋存的影响以运移或逸散为主，其他区域主要表现为富集或影响不明显。

(4)贵州地质条件复杂，各因素在一定范围内都具有影响，各煤矿应该根据自己矿区的实际情况，针对主控因素开展瓦斯治理措施；贵州地表起伏较大，同一标高处的煤层埋深相差数十米甚至上百米，故一般不适宜以标高为基础来预测煤层瓦斯含量。

[1]张鹏翔，龙祖根.贵州省煤矿瓦斯赋存规律研究[J].中国安全生产科学技术，2013，9(1)：34-38.

[2]徐德金，胡宝林.影响煤层瓦斯赋存规律的地质要素分析[J].中州煤炭，2009(2)：20-23.

[3]黄政祥，龙祖根.贵州煤矿瓦斯地质规律研究[A].2012年全国瓦斯地质学术年会论文集[C].2012.

[4]吴观茂，吴文金，黄 明，等.影响煤层瓦斯赋存规律的多地质因素回归分析研究[J].煤炭工程，2007(11)：79-82.

[5]金晓华.贵州煤的变质规律与古生界油气远景[J].石油与天然气地质，1983(2)：141-149.

[6]王 旭，王国司，赵黔荣，等.贵州西部六盘水地区天然气远景评价[J].贵州地质，1997，14(4)：337-345.

[7]马 曙.贵州煤矿煤与瓦斯突出主控因素及规律研究[D].贵州大学，2009.

[责任编辑：施红霞]

InfluenceFactorsofCollieryMethaneDistributioninGuizhouProvince

MA Shu1,2, WANG Yong-ming3, YAN Zhi1,2, HAN Zhen-li1,2

(1.Guizhou Provincial Mine Safety Science Research Institute, Guiyang 550025, China; 2.Guizhou Provincial Coal Mine Methane Prevention Engineering Technology Center, Guiyang 550025, China; 3.Coal Mining & Designing Department, Tiandi Science & Technology Co., Ltd., Beijing 100013, China)

Distribution rule of methane pressure, methane content and coal and methane burst area in Guizhou coalmine area were analyzed on the basis of corresponding data from 693 collieries in this paper.By analyzing influence factors of methane distribution from tectonic, buried depth, coal metamorphic degree, deposition form, roof and floor lithology, hydro-geology condition, rule of influence of every factor on methane distribution was obtained preliminarily, which provided reference for methane prevention in Guizhou Province.

Guizhou coalmine area; methane distribution; influence factor; methane pressure; methane content; burst area

2013-11-30

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2014.04.036

国家科技支撑计划课题：西南(贵州)地区中小煤矿防突技术体系及示范(2012BAK04B07)

马 曙(1982-)，男，湖南湘阴人，硕士研究生，工程师，主要从事煤矿瓦斯地质及瓦斯防治技术研究工作。

马 曙，王永明，颜 智，等.贵州省煤矿区瓦斯分布影响因素分析[J].煤矿开采，2014，19(4)：119-122.

TD712.5

A

1006-6225(2014)04-0119-04