贵州省织金县戴家田井田构造对瓦斯赋存的控制作用

2016-12-14李鸿磊

贵州地质 2016年3期

关键词：井田运移煤体

李鸿磊

(贵州省煤田地质局一七四队，贵州贵阳 550081)

贵州省织金县戴家田井田构造对瓦斯赋存的控制作用

李鸿磊

(贵州省煤田地质局一七四队，贵州贵阳 550081)

戴家田煤矿；构造特征；瓦斯赋存

1 引言

煤瓦斯，即煤层气，是一种热值高、污染少、安全性高的新型能源，其主要成分为甲烷，是成煤过程中生成的以吸附和游离状态赋存于煤层中的自生自储式天然气体，属于非常规天然气[1-2]。前人研究成果表明，矿井瓦斯的赋存特征是受构造、水文、煤阶及煤层埋深等综合控制的结果[3-5]，其中尤以地质构造最基本和最重要，这些条件均在不同程度上受地质构造及其演化的控制，一方面控制着构造的形成及分布，另一方面影响着煤层瓦斯的生成、运移和聚集过程，因此，研究构造演化对构造和瓦斯赋存的控制作用至关重要。我国煤田地质条件的复杂性决定了不同区域和不同矿井瓦斯地质的特殊性。本文以织金县戴家田井田为研究对象，在构造特征分析的基础上探讨矿井构造对瓦斯赋存的控制作用，揭示瓦斯赋存规律，对矿井安全高效生产具有重要的理论及实践意义。

2 井田概况

3 井田构造特征

图1 井田构造纲要图

4 井田瓦斯赋存规律

矿区内含煤地层为三叠系龙潭组，含煤19-30层，可采煤层7层，煤层为无烟煤三号，煤化程度较高。煤岩组分多以镜煤、亮煤为主，夹少量暗煤和丝炭。各可采煤层煤为灰黑色至黑色，似金属光泽为主，细至中条带状结构，块状构造，内生裂隙和外生裂隙较发育，煤层有挤压变形现象发生。本文以6、16号煤层为例对井田瓦斯赋存规律进行描述。

根据煤层瓦斯含量数据绘制了6号煤层和16号煤层瓦斯含量分布平面图(图2、图3)，从图中可以看出断层对瓦斯赋存的影响比较明显。

井田被BaF1、BaF2、BaF4、F8四条主要断层所切，在BaF4断层附近，两煤层瓦斯含量均呈现不同程度的下降，而在盲断层附近(DF2，DF8， F1003-1等)，却为瓦斯富集带。断层对瓦斯含量的影响在6号煤层中表现的不是很明显，在BaF4断层以北部分地区瓦斯含量较低，在矿区北西部虽有诸多盲断层，瓦斯含量却不高，这是由于存在煤层尖灭带，导致煤层瓦斯含量偏低。但在北西向的F1304-1断层附近钻孔显示，瓦斯含量高达18 ml / g·r。

图2 6号煤层瓦斯分布平面图

图3 16号煤层瓦斯分布平面图

而在BaF4断层南部，由于受到BaF4以及F8断层的影响，瓦斯得到释放，瓦斯含量较低。与6号煤层瓦斯含量分布相比，16煤层瓦斯分布与构造关系更为紧密。在矿区的北西部，出现一瓦斯富集带，主要原因是瓦斯富集带附近盲断层较多，煤体结构破碎，加上围岩透气性较差，容易使瓦斯聚集。而在BaF4附近，瓦斯含量明显降低，这与BaF4断层的性质有关。与6煤层不同的是，在BaF4断层以南，矿区的南西部地区却出现瓦斯异常增高区，这是由于边界断层BaF1与DF8、F102-1等断层组成一压扭性破碎带，有利于瓦斯富集，所以导致该处瓦斯含量急剧增高。

可以看出，瓦斯的运移、富集主要还是受到矿区的地质构造的控制。一方面，原先瓦斯含量低的，瓦斯比较分散的煤层，由于后期的构造运动，使得瓦斯向有利瓦斯富集的地段聚集，形成局部瓦斯高压带；另一方面，高瓦斯煤层受到构造的改造作用，发育较多的张性断裂，煤体结构破碎，裂隙发育，形成瓦斯运移的通道，瓦斯便向地表运移散失，导致瓦斯含量减少。因此，地质构造对瓦斯的赋存具有双重作用，开放型的地质构造不利于瓦斯的保存，使煤层瓦斯含量减少，而在封闭型的地质构造内，瓦斯运移、排放较困难，瓦斯可以得到很好地保存。

5 地质构造对瓦斯赋存的影响

影响瓦斯分布的主要是各种自然地质因素，包括煤层厚度、煤体结构、地质构造、煤层围岩透气性和煤质变质程度等[6-7]。研究表明在诸多因素中，瓦斯的运移、富集最主要还是受到矿区的地质构造的控制[8-9]。

5.1 褶皱构造对瓦斯赋存的影响

向斜轴部受到的挤压作用强烈，围岩的透气性变得比较低，煤体结构变得松散，游离状态的瓦斯增加，瓦斯压力高，有利于瓦斯在向斜轴部富集，所以向斜轴部瓦斯含量往往高于两翼[10]。研究区发育的褶皱构造最主要的为八步向斜，其北西翼为本次勘探工作的主要区域，南东翼由于受构造影响，断层发育，地层倾角较大，局部地段地层倒转，煤层埋深较深，部分钻孔受断层影响，地层缺失。

表1 J802钻孔瓦斯含量统计情况

本区J802钻孔穿过八步向斜核部，其中所取煤样瓦斯含量测试结果如表1。从表中统计数据可以看出，在八步向轴部，除27号煤层瓦斯含量略低于平均值以外，其余各煤层瓦斯含量均高出平均值，因此八步向斜轴部瓦斯含量比较高，为瓦斯富集带。

5.2 断裂构造对瓦斯赋存的影响

断裂构造破坏了煤层的连续性和完整性，改变煤层中瓦斯赋存的条件，影响瓦斯赋存的规律。煤层中断层的性质(压性、张性等)、数量等特征的不同都对瓦斯赋存有重要影响。一般而言，张性断层属开放性断层，利于煤层瓦斯的运移与逸散；而压扭性断层为封闭性断层，加之挤压作用会使围岩及煤层变的更加致密，有利于瓦斯的封存[11]。同时，断层发育的密集程度不同，瓦斯赋存特征不同。断层越密集，构造应力越大，煤体结构破坏越严重，裂隙越发育。当围岩透气性较好或断层为开放性质时，煤层中吸附态的瓦斯易向游离态转化，导致瓦斯含量较小[12]。

研究区位于八步向斜北西翼，为一单斜构造，断层比较多，断层对矿区瓦斯赋存有着重要的影响。

1)戴家田井田发育较多正断层，占到矿井的69%，这些断层均为开放性正断层，一般闭合程度不高，利于煤层瓦斯的运移与逸散，导致瓦斯含量较低。

根据瓦斯含量鉴定结果显示(表2)，J303钻孔瓦斯煤样瓦斯含量均较低，主要原因是J303号钻孔位于BaF4断层附近。BaF4断层属于张扭性断层，断层断距80 m，有良好的导气性，有利于瓦斯的排放，是导致该钻孔中瓦斯含量降低的主要因素。

表2 J303钻孔瓦斯含量统计情况

矿区内大型逆断层比较少，而且在逆断层附近所采的煤样有限，其中J702钻孔16号煤层煤样瓦斯含量15.23 ml / g·r，J603钻孔14煤层煤样瓦斯含量17.29 ml / g·r、16号煤层煤样瓦斯含量14.77 ml / g·r，含量均较高，所以逆断层对瓦斯有一定的封闭作用。

2)在一些小断层附近，煤体结构较为破碎，煤中裂隙发育，加上顶底板岩层透气性差，瓦斯难以得到排放，所以在附近其一般为瓦斯富集带，瓦斯含量较高[13]。

如1303号钻孔中6、7号煤层被两条小型断层F1301-1和F1303-2所切(图4)，两条断层断距分别为2 m和6 m，该处6号煤层煤样瓦斯含量为18.37 ml / g·r，而17号煤层则为19.54 ml / g·r，远高于各自的平均瓦斯含量。出现此现象的主要原因是由于两条断层组成一压性破碎带，而顶板又是以泥岩粉砂质泥岩等不透气岩层为主，因此瓦斯相对富集。

5.3 构造演化对瓦斯赋存的影响

燕山运动早期区内NE、NNE向的背斜和向斜构造形成以后，受到持续的挤压，被一系列的NE-SW、NNE-SSW向的逆断层切割，但由于这些断层规模较小，对煤体结构影响较小，煤层瓦斯难以逸散，导致其附近瓦斯相对较大；而燕山运动晚期区内近NS向挤压的区域构造应力场使早燕山期形成的NE及NNE向褶皱和断层发生变形，形成“S”形叠加褶皱和断层，先前形成的NNE及NE向逆断层受到强烈剪切作用，发生大量左移，部分逆断层转换为正断层，区内构造运动较为强烈，大中型断层构造发育，煤体原生结构受到破坏，煤层瓦斯得以逸散，其附近瓦斯相对较大。