云南省镇雄县马河向斜煤矿区C5煤层瓦斯地质规律研究
2015-10-14张世超等
张世超+等
摘 要:云南省镇雄县马河向斜煤矿区矿井众多,瓦斯事故频发。该区总体为一向斜,瓦斯含量1.82~18.04 m3/t,平均7.95 m3/t。通过分析矿区地质构造、煤层厚度、煤的变质程度、煤层埋深、水文地质条件等影响瓦斯含量的地质因素发现,该区的瓦斯分布规律总体上受向斜控制。主要介绍了马河向斜煤矿矿区概况,详细分析了矿区瓦斯分布特征和影响瓦斯赋存的各种地质因素,以期为相关方面提供一定的参考和借鉴。
关键词:马河矿区;C5煤层;瓦斯地质规律;瓦斯含量
中图分类号:TD712.2 文献标识码:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.012
瓦斯地质规律是反映煤层瓦斯形成、分布和赋存的规律,是研究煤与瓦斯突出地质原因的理论。因此,掌握矿区瓦斯地质规律是防治矿井瓦斯的基础。目前,马河向斜煤矿区有孙家屋基、堰塘、大水溪煤矿等16对生产矿井,各矿瓦斯等级鉴定均属低瓦斯矿井,但局部地段瓦斯富集,仍会发生瓦斯爆炸事故。茶山煤矿于2009-05-15发生瓦斯爆炸事故,造成10死3伤;凉水沟煤矿于2013-03-01发生瓦斯爆炸事故,造成8人死亡。同时,随着矿井采掘强度与开采深度的增加,煤与瓦斯突出问题日益严重。
1 矿区概况
马河向斜煤矿区地处镇雄县境内,南西起于半坡、大湾头、凉水沟、桐麻树(白水江)、马草坡;北东止于峰岩坝、大落脚;北起寨子沟、老街;南至竹林、河坡上(五德镇)。矿区内,南北平均长约15.21 km,东西平均宽约7.15 km,面积约81.56 km2。含煤地层为二叠系上统长兴组(P3c)与龙潭组(P3l),含煤层为9~17层,C5为主要可采煤层,C6次之。C5煤层厚0.32~4.86 m,平均1.90 m,属中厚煤层。煤层多呈缓倾斜、倾斜,个别呈急倾斜,矿井采用平硐和斜井开采。煤类以无烟煤为主,部分为贫煤。水文地质条件简单。
2 矿区瓦斯分布特征
根据矿区详查及勘探钻孔瓦斯测试成果、煤层气参数井测试成果,经过数据筛选,结合矿区构造形态,深部采用瓦斯含量梯度法预测,采用CAD绘图软件编制矿区瓦斯含量等值线图,如图1所示。矿区瓦斯含量均换算为空气干燥基瓦斯含量,近似为原煤瓦斯含量。
据统计,矿区C5煤层瓦斯含量1.82~18.04 m3/t,平均7.95 m3/t。矿区瓦斯含量总体分布特征如下:①瓦斯含量总体上受马河向斜控制,向斜西翼瓦斯等值线呈SSW向展布,东翼呈NNE向展布。矿区瓦斯含量较高的区域集中于中深部煤层,从深部到浅部,瓦斯含量逐渐降低,因此,勘探区总体瓦斯含量具有由浅至深逐渐增加的规律。②马河向斜轴部瓦斯含量较低,从轴部到两翼,瓦斯含量逐渐增加。该区地下水向马河向斜轴部运动,地下水的汇集压缩了瓦斯的存储空间,从而导致瓦斯运移方向与地下水运动方向相反,因此呈现向斜轴部瓦斯含量低而两翼含量高的现象。③勘探区存在3个局部高瓦斯含量区,第一个位于勘探区西部ZK302孔附近,瓦斯含量高达17.63 mL/g(ZK302),其次为14.45 mL/g (ZK504)、14.24 mL/g(ZK303)。该区距离矿区最低侵蚀基准面白水江河谷约1.4 km,地下水向白水江汇集,而瓦斯运动方向则与地下水运动方向相反,因而导致该区瓦斯含量较高。第二个高瓦斯含量区位于勘探区中部ZK3303孔附近,瓦斯含量高达17.94 mL/g(ZK3303),其次为16.33 mL/g(ZK3502)、15.53 mL/g(ZK3604)。第三个高瓦斯含量区位于ZK4101孔附近,瓦斯含量高达18.04 mL/g。
3 影响瓦斯赋存的地质因素
3.1 矿区地质构造
马河煤矿区所在的镇威煤田位于扬子准地台的西部,处于滇东台褶带滇东北台褶束内,是扬子准地台盖层发育最完整的地区。该区岩浆岩仅有晚二叠世基性岩浆的喷溢活动,构造变形相对比较简单,一般以褶皱为主,其中,羊场背斜、五星背斜、黄华—盐津背斜见图2所示的区域构造纲要图。
区内瓦斯含量与地质构造分布密切相关,因受褶曲和断层的影响,同一煤层在不同地点的瓦斯含量也会发生变化。在向斜翼部至靠近煤层露头区域,瓦斯含量会减少;在靠近向斜轴部的区域,瓦斯含量会增加;在一些压性、压扭性断层附近,由于受断层封闭的影响,瓦斯含量会有所增加;在一些张性断层的附近,煤层气易于逸散,因此瓦斯含量会有所降低。此外,由于受构造影响,在局部受挤压或受小断层影响形成的“厚煤包”的厚煤层,其瓦斯含量也会增加,厚煤层形成的“煤层气包”和厚煤带的瓦斯含量也相对较大。
3.2 煤层厚度
瓦斯的逸散以扩散方式为主,空间两点之间的浓度差是扩散的主要动力。煤储层本身就是一种高度致密的低渗透性岩层,上、下部分层对中部分层起着强烈的封盖作用。
由于煤层的沉积厚度有差异,其瓦斯含量也有变化。根据煤矿区内所有钻孔的煤层厚度与含气量,绘制了煤层气含量与煤层厚度关系图,如图3所示。从图中可看出,煤层厚度与瓦斯含量呈正相关,即随着煤层厚度的增加,煤层气含量有增加的趋势。但当煤层厚度>3 m时,则煤层瓦斯含量变化不明显。表1所示为马河煤矿区C5煤层厚度与瓦斯含量统计数据表。
3.3 煤的变质程度
煤阶是瓦斯生成和煤的吸附能力的重要影响因素之一,对瓦斯含量起着控制作用。煤的吸附能力随煤阶增加经历了四个阶段。矿区C5煤层镜质体最大反射率R0为3.2%~3.49%,煤类属无烟煤。根据矿区样品统计,当R0<3.31%时,R0与瓦斯含量呈负相关;R0>3.31%时,R0与瓦斯含量呈正相关,如图4所示。同时,矿区瓦斯含量与浮煤挥发分之间大致呈正相关,如图5所示。
3.4 煤层埋藏深度
一般情况下,煤层中的瓦斯压力随着埋藏深度的增加而增加。随着瓦斯压力的增加,煤与岩石中游离瓦斯所占的比例增大,同时,煤中的吸附瓦斯渐趋于饱和。因此,从理论上讲,在一定深度范围内,煤层瓦斯含量随埋藏深度的增加而增大,煤层瓦斯含量与煤层埋藏深度的关系如图6所示。
3.5 水文地质条件
矿区地表水系较发育,含煤地层地下水主要依靠大气降水或地表水补给,断层带富水性、导水性均较差,矿区水文地质条件简单。在浅部露头区风化裂隙带范围内,主要接受大气降水入渗补给,一般在100 m以内为潜水带。潜水带内地下水的补、径、排活动较强烈,不利于瓦斯的保存;向深部逐渐过渡为承压水,地下水活动减弱,水头压力增大,利于瓦斯的保存。
4 结论
马河向斜煤矿区C5煤层瓦斯赋存规律及变化情况是诸多地质因素综合作用的结果,其瓦斯含量与地质构造、煤层厚度、煤的变质程度、煤层埋深、地质水文条件等密切相关。瓦斯含量总体上受马河向斜控制,向斜西翼瓦斯等值线呈SSW向展布,东翼呈NNE向展布;瓦斯含量与煤层厚度呈正相关。煤层镜质体最大反射率R0<3.31%时,瓦斯含量与R0呈负相关;R0>3.31%时,瓦斯含量与R0呈正相关。同时,瓦斯含量与浮煤挥发分呈正相关,瓦斯含量与煤层埋深基本呈正相关。矿区浅部地下水活动较强烈,不利于瓦斯保存。随着深度的增加,压力水头增大,地下水活动减弱,利于瓦斯保存。
Study of C5 Coal Seam Gas Geology Regularity of Mahe Syncline
Mining Area in Zhenxiong County of Yunnan Province
Zhang Shichao, Yang Guanglin, Zhou Tao, Chen Zhijun
Abstract: Mahe Syncline Mining Area in Zhenxiong County of Yunnan Province is numerous, gas accidents. The area is generally syncline, and gas content from 1.82 to 18.04 m3/t, and average is 7.95 m3/t. Through the analysis of the geological structure, coal thickness, coal metamorphism degree, coal buried deep, hydrology and geology conditions affecting gas content of the geological factors, the law of gas distribution on the whole by syncline is found. This article mainly introduces the horse Creek syncline coal mining area survey, detailed analysis of the mine gas distribution characteristics and influencing gas occurrence of various geological factors, in order to provide certain reference and reference.
Key words: Mahe mine area; C5 coal seam; gas geological law; gas content
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