贵州XXX煤矿瓦斯赋存规律及地质因素分析

2017-11-30李东慧

科技与创新 2017年16期

关键词：岩性氮气沼气

李东慧

（山东省煤田地质规划勘察研究院，山东济南250104）

贵州XXX煤矿瓦斯赋存规律及地质因素分析

李东慧

（山东省煤田地质规划勘察研究院，山东济南250104）

以西介绍了研究区基本地理、地质情况，对研究区整体的瓦斯数据（钻孔的瓦斯含量、成分分析及瓦斯增项测试）进行了翔实的阐述和深入的分析。在各项数据基础上，进一步研究了地质构造、煤层顶底板岩性、煤层埋深等方面对瓦斯赋存、运移的影响；分析了XXX煤矿煤层瓦斯特性及赋存规律，对煤矿以后的瓦斯治理和安全生产起到了促进作用，使得防突措施更有针对性和实用性。

瓦斯；赋存规律；地质构造；顶板岩性

1 研究区概况

该煤矿位于贵州省黔西县，煤矿南北长约7.84 km，东西宽1.23～2.48 km，面积14.5 km2。本区含煤地层为二叠系上统龙潭组，平均厚度为173.12 m。整个煤系地层为典型的海陆交互相沉积，环境较稳定，变化较小，规律性较明显。可采煤层主要有4层（M9、M13、M14、M15），可采煤层平均总厚8.84 m。煤系地层中所含煤层平均总厚度16.28 m，含煤系数9.34%.矿区处在安底背斜西翼。轴部出露地层：龙潭组为区内地表出露的最老层位，背斜轴呈S形，近南北向分布。井田构造发育程度一般，为燕山期构造，与井田褶皱属同一地质时期。受区域性构造的控制，断层主要发育于井田的东部边界周围和南部乌渡河以南。走向大都为近南北向，与地层走向基本一致，断层落差变化较大。

2 煤矿瓦斯分布规律及特征

2.1 瓦斯含量及成分

各煤层中甲烷含量最高达16.40 m3/t，甲烷成分最高为99.57%.各煤层瓦斯均以甲烷（CH4）含量和成分最高，其次为氮气（N2），二氧化碳（CO2）；根据瓦斯成分划分该矿区以氮气-沼气带、沼气带为主，局部分布二氧化碳-氮气带。

2.2 瓦斯分布规律

M9煤层矿区露头附近及中部沿北西—南东方向为小片贫气区、含气区，东北部、西南部为富气区；M13煤层由东向西总体上随着埋藏深度的增加，依次为不规则条带状贫气区、含气区、富气区；M14煤层可采范围内露头附近至南部边界为贫气区，中部、北部多为含气区，局部为一富气区；M15煤层矿区南部边界附近为小细条带状贫气区，向南部、深部多为含气区，局部为小范围富气区。

M9煤层南部、中部为沼气带；南部靠近煤层露头及滑坡体、中西部、北部为氮气-沼气带，中西部氮气-沼气带中存在一二氧化碳-氮气点。M13煤层矿区中部为沼气带，两侧及北部为氮气-沼气带，北部靠近沉缺边界为二氧化碳-氮气带。M14煤层东南部、北中部可采范围内为沼气带，西南部靠近煤层露头、中西部可采范围内、东北部为氮气-沼气带。M15煤层整体上为氮气-沼气带，中部分布一条带状沼气带，二氧化碳-氮气带零星分布。

3 瓦斯增项测试

3.1 突出危险性测试参数

各煤层均测试了煤的坚固性系数和瓦斯放散初速度ΔP.M9、M13、M14、M15煤层坚固性系数最小值分别为1.3，0.9，1.2，0.5，各煤层平均值均大于临界值（0.5）。钻孔瓦斯压力测定值各煤层变化在0.15～2.04 MPa之间，除了M14以外，其他煤层均大于始突瓦斯压力（0.74 MPa），各煤层瓦斯放散初速度ΔP分别为19，26，27，29，均大于其临界值10.因此，M9、M13、M15煤层为瓦斯突出煤层。另外，样品受采样的局限，M14煤层也不排除有瓦斯突出危险性，为了确保生产过程中的安全，在开采时也应按突出煤层对待。

3.2 孔隙率和渗透率

孔隙率是影响多孔介质内流体传输性能的重要参数。M9、M13、M14、M15煤层的孔隙率分别为4.03%，3.47%，3.76%，6.71%.煤的孔隙特性与煤化程度、地质破坏程度和地应力性质及其大小等因素密切相关。

渗透率是煤岩渗透流体能力大小的度量，是煤层气甲烷开采中一个最为关键的参数，也是最复杂且难以确定的参数。M9、M13、M14、M15煤层的渗透率分别为0.26×10-3μm2、0.32×10-3μm2、0.18×10-3μm2、0.24×10-3μm2，均属中渗区。

4 瓦斯赋存的影响因素分析

影响煤层瓦斯赋存和分布的主要地质因素包括地质构造、煤层埋藏深度、围岩条件、地下水活动和岩浆活动等。结合煤矿自身的地质情况，从地质条件的角度来分析，影响本矿区煤层瓦斯赋存的主要因素有地质构造、顶板岩性、煤层埋深、煤变质程度等。

4.1 地质构造对瓦斯赋存的影响

地质构造是影响本矿井瓦斯赋存的重要条件。矿区大地构造位于扬子准地台黔北台隆遵义断拱毕节北东向构造变形区的东部，区域构造为一北东向宽缓背斜（安底背斜）南部倾伏端，背斜轴向北东。北西翼地层倾角25°～30°，南东翼地层倾向南东，倾角20°～35°，局部地层倾角较陡，为45°～60°。整个矿区断裂不发育，利于瓦斯含量保存。

4.2 顶板岩性对瓦斯赋存的影响

该矿区煤层顶板岩性以砂质泥岩为主，其次为泥岩、粉砂岩。砂质泥岩、粉砂岩为疏松型岩性，有利于瓦斯逸散；泥岩顶板岩石为致密型岩性，对瓦斯起一定的保存作用。以M9煤层为例，J205钻孔顶板为13.50 m（破碎带）、0.29m（砂质泥岩），瓦斯得到较好的逸散，不利于瓦斯保存。即使位于埋藏较深的西部，瓦斯含量仍然最低，仅3.66 m3/t。

4.3 煤层埋深对瓦斯赋存的影响

一般出露地表的煤层，其瓦斯容易沿煤层运移向地表逸散，而且空气也向煤层渗透，瓦斯含量小；随着煤层埋藏深度的增加，上覆地层逐渐加厚，加大了对瓦斯的封存作用，不利于瓦斯逸散，从而使煤层瓦斯含量升高。根据众多学者分析，瓦斯含量、瓦斯涌出量及瓦斯压力，都随埋藏深度的增大而增加[4-5]。以M9、M13为例，矿区埋藏较深的西部地区瓦斯含量比埋藏较浅的东部地区大。