孟庄井田瓦斯赋存分区分带规律研究

杨德方,郑贵强

(1．华北科技学院 安全工程学院，北京 东燕郊 101601；2.河北省矿井灾害防治重点实验室，北京 东燕郊 101601)

孟庄井田瓦斯赋存分区分带规律研究

杨德方1,2,郑贵强1

(1．华北科技学院 安全工程学院，北京 东燕郊 101601；2.河北省矿井灾害防治重点实验室，北京 东燕郊 101601)

研究地质构造是瓦斯防治的重点工作，在分析孟庄井田各种地质因素对瓦斯赋存控制的基础上，将井田划分为南、北低瓦斯带，中部高瓦斯带，而分区分带的主控地质因素为断裂构造、层滑构造和岩浆侵入。

构造特征；瓦斯赋存；分区分带；孟庄井田

0 前言

孟庄井田地处淮北、徐州两市之间，坐落在萧县城郊。该矿位置便利，交通顺畅。孟庄煤矿始建于1970年，是皖北煤电集团下辖的矿龄最长的矿。设计产量30万吨。井田南北长约6.5 km，宽1.5～3 km，面积约为10.5 km2。

矿井地质构造十分复杂，断裂、褶曲发育，岩浆侵入对煤层的影响强烈，加之层间滑动构造的叠加，致使煤层结构更加复杂。矿井开采进入三水平后，频繁出现瓦斯动力现象。本文基于对孟庄井田地质、瓦斯等资料分析基础上，研究瓦斯赋存分区分带规律。

1 构造控制特征研究

孟庄井田的含煤地层属华北型石炭—二叠纪含煤岩系，位于淮北煤田闸河矿区的北部。大地构造位置属华北板块的东南隅。主要受徐淮前陆褶皱冲断带、郯庐断裂带和燕山形成的NNE向构造的控制。

徐淮前陆褶皱冲断带主要发生于海西运动末期和印支运动早中期，是由扬子板块沿大别-郯庐-苏鲁造山带与华北板块碰撞作用的结果。三叠纪的印支期构造运动，在华北板块南部的豫皖块体表现为EW向的隆坳构造及次级褶皱。淮北陷断带及其以北的丰沛隆起、以南的蚌埠复背斜和淮南复向斜等构造单元形成于印支期。侏罗纪的燕山期构造运动对本井田影响较大，现在的地质构造形迹基本形成于这一时期。

郯庐断裂强烈活动，以大幅度左行平移为特征，并产生较深层次的由东向西的挤压。又发生较强的岩浆侵入，宿北大断裂之北有许多岩体出露，丁里岩体是其中较大的一个岩体。大量的脉岩顺层侵入煤系或煤层，对煤层影响较大[1-3]。

2 影响孟庄井田煤层瓦斯赋存的地质因素

2.1 煤层本身特征

(1)煤的变质程度

井田内以焦煤、贫煤、无烟煤为主，天然焦次之，局部有气煤和瘦煤。其分布：井田北部以气煤、焦煤为主；中部以贫煤为主，次为无烟煤；南部为无烟煤，在岩浆侵入区内存在天然焦，其变化规律由北向南为气煤→焦煤→贫煤→无烟煤，即变质程度逐渐增高，其规律基本上与岩浆侵入规律相吻合。

在整个井田范围内，煤的变质程度由南向北减弱，瓦斯含量也相应递减。

(2)煤层之间的层间距

本井田可采的3、4、5煤层属一个含煤组，层间距较小，各煤层内的自然含气量不会有大的差异，在长期地质作用中，它们之间会达到相对平衡。

2.2 顶底板岩性

本井田二叠纪煤系地层中砂岩的透气性也很低。除个别情况外，煤层内的瓦斯很难通过顶底板向外泄出。瓦斯主要在煤层内运移，通过断裂构造或露头向外泄出。假若顶底板岩层中的裂隙较发育，在岩层内可以储存瓦斯，成为一种储气层。

2.3 地质构造

本井田位于闸河复式向斜北部，施庄向斜西翼，地层走向与闸河复式向斜轴向北东～北北东向大致平行。井田北部狭窄，向南逐渐趋于宽缓，形似“镰刀”状。

褶曲构造中，背斜的倾伏端往往是富瓦斯区。深部的瓦斯因压力差向上运移集中，如果上部被圈闭，即可形成富集区。井田内王梁背斜就是一明显的例子。向斜的仰起端往往瓦斯贫化，因为下部瓦斯来源有限，而上部泄出容易。最北端的实测瓦斯含量低，可能与此有关。在同一褶曲里，若其它条件相似，瓦斯量沿倾斜方向增多。瓦斯含量或瓦斯涌出量等值线往往与煤层底板等高线大体平行。这一特征在本井田的南、北两个部分比较明显。煤层倾角缓的一般比陡的更易富集瓦斯。可是王梁背斜北翼西部的情况却并不如此，浅部倾角陡，涌出量等值线却较密，钻孔实测瓦斯含量也较高。这可能与该处压性断裂和岩浆活动有关，值得进一步研究。

北部的NF3和F10逆断层是压性的，它们是造成该区瓦斯动力现象的主要根源。施庄向斜东翼(属毛郢矿)呈放射状的断层是张性的，以致该区瓦斯含量偏少。至于井田西边的一系列斜交断层，既有正断层又有逆断层，从总体构造看，它们是剪切作用形成的，不太可能成为瓦斯运移的良好通道。西边瓦斯主要通过露头泄出。深部水平瓦斯赋存则受DF1断层和施庄向斜的影响，表现为由南向北瓦斯含量减小，由深至浅含量增加，主要原因是DF1断层为压性逆断层，封闭性较好，施庄向斜的瓦斯向上运移。

2.4 岩浆活动

井田由于受到岩浆侵入的影响，使煤在短期与快速的高温作用下，急剧变质，产出气体。但是产出的气体能否保存下来，则需根据地区性地质条件作具体分析。在本井最南部的王庄向斜，瓦斯就没有大量保存。这里距丁里岩体太近，岩浆活动过于剧烈，断裂构造比较发育，大量瓦斯外泄。本处水文地质条件也不利于瓦斯富集，岩层裂隙水较多，井下出现淋水现象。假若岩浆顺顶底板岩层侵入，盖在煤层之上下，它有可能成为一种良好的盖层。

3 孟庄井田瓦斯赋存分区分带规律

3.1 孟庄井田地质特征

本井田位于闸河复式向斜北部，属于徐淮前陆褶皱冲断带的NE翼，施庄向斜西翼，地层走向与闸河复式向斜轴向NE～NNE向大致平行，燕山期进一步迭加了NNE向的挤压构造，加上岩浆侵入活动，煤层受到岩浆侵入和挤压作用，增加了孟庄矿瓦斯突出的危险性[4-5]，见图1。

图1 孟庄井田构造分区分带示意图

3.2 瓦斯赋存分区分带划分依据

在整个闸河复向斜内，矿井瓦斯含量普遍较低，而孟庄井田中部和南部的王梁背斜的瓦斯含量却较高。究其原因，除该地区的煤质为无烟煤和贫煤，具有较大瓦斯容量外，瓦斯运移条件也有利于瓦斯富集。东侧施庄向斜深部的瓦斯向上运移，而西侧浅部却发育了压性剪切断层和岩床，阻碍瓦斯泄出，从而造成自王梁背斜轴部向北到F2—F9—NF3断层以南的高瓦斯区。

通过对过去突出记录资料的分析[6]，初步确定出孟庄煤矿发生瓦斯动力现象的条件为：瓦斯压力≥0.8 MPa，瓦斯放散初速度指标Δp≥10；煤的坚固性系数f≤0.2；软分层厚度hr≥0.3～0.4 m；地质构造异常处(煤层层理紊乱，有小构造，煤层厚度急剧变化)；打钻时发生喷孔现象；有煤炮声；钻屑量Smax≥5 kg/m[6]。由于受断层和岩浆岩的影响，断层的揉搓、滑动，及派生小断层切割，使井田内构造复杂区容易形成构造煤。据此，形成了孟庄井田分区分带划分依据见图1、表1。

表1 孟庄井田分区分带划分情况表

3.3 孟庄井田瓦斯赋存分区分带规律

(1)平面上瓦斯分布特征

矿井南部(DF1断层以南)：自王梁背斜的核部到DF1断层属高瓦斯区。在-200 m水平，瓦斯相对涌出量高达40 m3/t。煤层中甲烷含量较高。最南端的王庄向斜，没有含量实测资料，矿井瓦斯涌出量比较低。

矿区中部(自DF1断层到F2与F9断层)：DF1断层附近甲烷自然含量较高，向深部变小，并有自南向北减少的趋势，在施庄向斜轴附近瓦斯含量较低。矿井瓦斯相对涌出量较大，均超过10 m3/t。故本区也属高瓦斯区。

矿区北部(F2与F9断层以北)：本区甲烷含量实测值较低，属低瓦斯区。

综上所述，最南端的王庄向斜瓦斯低；自王梁背斜向北，均属高瓦斯区；瓦斯分布有自南向北减少的趋势。到矿井北端，甲烷自然含量又比较低。

(2)剖面上瓦斯分布特征

在不同构造部位，随着埋藏深度的加深，瓦斯含量变化趋势不同。井田北部和南部的瓦斯含量随深度增加而增大，但由于含量实测资料太少，对此反映不明显；中部采区瓦斯含量则随深度增加而减小。而矿井瓦斯涌出量随深度增加而增大的趋势反映明显。孟庄煤矿九采区瓦斯含量、瓦斯涌出量分区分带，见图2。

图2 孟庄井田3号煤层九采区瓦斯赋存分区分带示意图

4 结论

(1)通过分析孟庄井田的地质因素，得出由于受断层和岩浆岩的影响，断层的揉搓、滑动，及派生小断层切割，使井田内构造复杂区容易形成构造煤。

(2)分析了各种地质因素对瓦斯赋存的控制作用，将井田划分为南、北低瓦斯带，中部高瓦斯带。

(3)得出在不同单元瓦斯赋存特点及影响因素，总结瓦斯赋存分区分带规律。

[1] 马公伟.对徐宿弧形构造成因的新认识[J].中国区域地质,1992(1)：83-87.

[2] 张国伟,张本仁,袁学诚，等.秦岭造山带与大陆动力学[M].北京:科学出版社,2001.

[3] 李恒乐，张玉贵，侯海海，等.淮北矿区构造演化对瓦斯赋存的影响[J].煤矿安全,2013,44(1):164-170.

[4] 史小卫,张玉贵,张子敏.毛郢孜煤矿煤与瓦斯突出的构造控制分析[J].煤炭科学技术,2007，35(2)：55-61．

[5] 姚多喜,吴基文,张海阁.孟庄井田的层滑构造及其形成机制分析[J].煤田地质与勘探,2002，30(2)：16-18．

[6] 煤炭科学研究总院抚顺分院.孟庄、毛郢孜煤矿瓦斯突出危险性区域划分[R]，2003(10).

The rule of gas occurrence and zoning division in Mengzhuang coal mine

YANG De-fang1,2,ZHENG Gui-qiang1

(1.SchoolofSafetyEngineering,NorthChinaInstituteofScienceandTechnology,Yanjiao,101601,China; 2.HebeiKeyLaboratoryofMineDisasterPreventionandControl,Yanjiao,101601,China)

Research on the geological structure is important work of gas prevention，based on the analysis of various geological factors’ control for gas occurrence in Mengzhuang coal mine.It is divided into low gas zones in the north and south，high gas zone in the middle.The main control factors of zoning division are fracture structure，layer slip structure and magma intrusion.

Structural Characteristics; Gas Occurrence; Zoning Division; Mengzhuang coal mine

2016-06-20

河北省矿井灾害防治重点实验室开放基金资助(KJZH2013K03)

杨德方(1981-)，男，河南鲁山人，硕士，华北科技学院安全工程学院讲师，研究方向：瓦斯地质。E-mail：yangdf2002@163.com

TD712.54

A

1672-7169(2016)05-0011-04