邹庄井田32煤层瓦斯地质单元划分与瓦斯赋存特征

吴发宏

(安徽神源煤化工有限公司邹庄煤矿，安徽淮北 235126)

0 引言

煤与瓦斯突出是影响煤矿安全生产的主要灾害，煤与瓦斯突出防治离不开瓦斯地质研究［1－2］。煤层瓦斯赋存特征受地质构造控制，瓦斯分布具有明显的分区分带性［3－5］。研究瓦斯地质规律，厘清井田瓦斯赋存主控构造，划分瓦斯地质单元，便于瓦斯分级管理，合理规划瓦斯治理措施。瓦斯地质单元划分以瓦斯地质理论为基础，通过对比分析地质构造、煤层和瓦斯赋存差异，划分出不同级别的区域和块段，集中体现研究区域内的瓦斯地质特征。曹运兴［6］等依据构造煤和瓦斯分布划分瓦斯地质单元，进行瓦斯突出预测。杨陆武［5］等将地质构造、瓦斯和构造煤等定量指标组合，区划具有突出危险性的区、带、点。杨德方［8］等以研究瓦斯含量规律为目的，对薛湖井田进行了瓦斯地质单元划分。前人多以大断层为瓦斯地质单元边界，对于井田内无区域性大断层、瓦斯含量分布不均匀情况则无法合理划分瓦斯地质单元。

32煤层为邹庄井田首采煤层，与上、下邻近层相隔较远(＞100 m)，煤厚1.06～7.95 m，平均煤厚2.43 m，可采指数1.00，煤层结构简单～复杂，含1～3层夹矸。夹矸以泥岩和炭质泥岩为主，少数为含炭泥岩。顶底板岩性以泥岩为主，少数为粉砂岩和细砂岩。为全矿可采的较稳定煤层。矿井为新建矿井，目前在煤巷掘进过程中发生过3次明显的动力现象。32煤层地勘可燃基瓦斯含量为0～11.5 m3/t。首采工作面构造煤发育，预抽瓦斯后煤层最大残余瓦斯量为6.55 m3/t。

本文以邹庄井田32煤层为例，在充分考虑瓦斯赋存影响因素的基础上，对32煤层进行瓦斯地质单元划分，为瓦斯治理提供一定的指导意义。

1 瓦斯赋存的控制因素分析

瓦斯是地质作用的产物，瓦斯的形成和保存、运移和富集与地质条件关系密切。本文重点阐述井田构造、煤层埋藏深度、顶底板岩性以及构造煤发育情况对32煤层瓦斯赋存的影响。

1.1 井田构造对瓦斯赋存的控制

井田处于NE向的双堆断层、南坪断层所夹持的断块内，总体构造形态为一较宽缓轴向NE向WS仰起的南坪向斜(图1)。井田瓦斯赋存主要受南坪向斜的控制，受双堆断层、南坪断层的影响;井田西部受南坪断层的影响，南部受南坪向斜仰起端控制，大量瓦斯逸散，瓦斯赋存条件较差;井田中部位于南坪向斜轴部，井田北部位于南坪向斜倾伏端，构造应力大，埋藏较深，瓦斯赋存条件好。

图1 邹庄井田构造纲要图

靠近断层，应力集中，瓦斯压力、含量较大。如图2所示，在3204工作面机巷同一测压钻场测压时发现，靠近逆断层 JF21的测点压力达到2.3 MPa，而非断层附近的测点压力仅有0.5MPa。

走向NE逆断层NF26断层断层面较缓，伴生一系列旁支断层，地勘期间该断层附近瓦斯含量普遍较大(表1)，如钻孔20－7瓦斯含量达8.43m3/t，说明NF26断层为有利于瓦斯赋存的封闭性断层。走向 NE 断层 DF41、DNF26、DNF27、DF44 靠近断层附近钻孔瓦斯含量普遍较高，说明NE向断层受井田整体构造应力的影响呈挤压封闭状态，利于瓦斯保存。

表1 断层与瓦斯含量关系表

1.2 煤层埋深及上覆基岩厚度对瓦斯赋存的影响

井田由于地势平坦，地面高程多在20～23 m之间，煤层埋深可利用煤层底板标高来反映。从地勘期间整体数据来看(图3)，除了构造异常带之外，瓦斯含量大小与煤层底板标高关系密切。在－720m水平大巷以北瓦斯含量较高，在井田西部及南部，出现煤层露头，瓦斯含量明显减小。

统计分析了瓦斯含量与煤层上覆基岩厚度(煤层埋深减去第四纪黄土层厚度)的相关性优于与埋深的相关性。得出上覆基岩厚度450 m以深几乎都在－720 m水平大巷以北，有利于瓦斯赋存，32煤层南部和西部基岩厚度相对相对较小，瓦斯含量低。

图3 地勘期间钻孔瓦斯含量散点图

1.3 构造煤发育特征对瓦斯赋存控制

瓦斯地质研究表明，含高能瓦斯的构造煤是煤与瓦斯突出煤体，煤体结构对瓦斯赋存和煤与瓦斯突出有重要影响［7］。32煤层井下煤巷观测发现(图4)，3204工作面风巷在掘进过程中发生的动力现象与构造煤发育有关。此处煤层中部及下部Ⅲ～Ⅴ类构造煤极为发育，煤层层理紊乱，以片状为主，压出煤量5.1吨，异常瓦斯涌出总量约300 m3，分析认为此次动力现象应为构造煤和瓦斯综合作用的结果。

图4 3204风巷动力现象点

由32煤层钻孔测井曲线解译构造煤的发育程度，从解译的信息来看，32煤层构造煤相当发育，只有少量钻孔没有构造煤，构造煤平均厚度为1.62m，尤其在井田北部和NF26断层以及35采区，构造煤厚度变化较大。因此，构造应力集中区和厚煤区，是构造煤发育区，也是瓦斯相对富集区。

2 邹庄井田32煤层瓦斯地质单元划分及特征

邹庄井田32煤层构造复杂，西以南坪断层为界，东以双堆断层为界，北与钱营孜矿毗邻，南受蚌埠隆起影响。区内断层和褶曲构造发育，不同块段瓦斯赋存的主控因素各不相同。综合考虑32煤层地质构造特征、顶底板岩性、构造煤发育程度、瓦斯压力、瓦斯含量和已发生的动力现象，结合生产实际，将32煤层划分为3个瓦斯地质单元，分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示。由于邹庄井田地势平坦，地面标高在20～23 m，煤层底板标高和煤层埋深相差不大。本文用底板标高代替煤层埋深分析瓦斯含量的变化。各瓦斯地质单元特征分述如下:

1)Ⅰ单元位于南坪向斜西翼，F51断层以西和－720 m水平大巷以南区域，NF26断层以北。煤层倾角大，浅部发育NS、NNE向大断层，西部和南部有煤层露头，构造煤较发育，厚度较稳定，顶板泥岩厚度变化较大。瓦斯含量与煤层底板标高的关系如图5所示，由图可知，瓦斯含量较小，百米瓦斯含量增加梯度为1.25 m3/(t·100 m)，该单元无动力现象。图中y为瓦斯含量，m3/t;x为煤层底板标高，m;R2为相关系数;下同。

图5 Ⅰ单元瓦斯含量与标高关系图

2)Ⅱ单元位于井田东南部，NF26断层以南到井田边界。NE向逆断层极为发育，构造复杂，煤层赋存不稳定，南部受蚌埠隆起影响，地层抬升，出现煤层露头。构造煤发育，厚度变化较大。顶板泥岩厚度变化较大。受逆断层影响，瓦斯含量较高，地勘期间瓦斯含量测点较少，与煤层底板标高的关系如图6。瓦斯含量较大，百米瓦斯含量增加梯度为2.68 m3/(t·100 m)。

图6 Ⅱ单元瓦斯含量与标高关系图

3)Ⅲ单元位于井田东南部，南坪向斜轴部及东翼，煤层倾角较小，埋深较大。中间发育小、中型断层，顶板泥岩厚度约12 m，赋存稳定。构造煤发育，由南向北构造煤厚度增大。已发生3次动力现象，煤层瓦斯含量大。瓦斯含量与煤层底板标高的关系如图7所示，百米瓦斯含量增加梯度为2.73 m3/(t·100 m)。

图7 Ⅲ单元瓦斯含量与标高关系图

综合以上分析，根据邹庄井田目前掌握的瓦斯地质资料，邹庄井田32煤层瓦斯地质单元划分结果及瓦斯含量预测如图8所示。此外，根据井下煤巷揭露情况，井田内部小断层发育，对瓦斯赋存产生较大影响。在生产过程中，应加强地质勘探，及时准确地掌握煤层地质信息，保障煤矿安全生产，防止煤矿事故发生。

3 结论

1)从井田地质构造、煤层埋深、顶底板泥岩分布以及构造煤发育特征等方面分析瓦斯赋存规律，发现受断裂构造和褶曲构造影响，是邹庄井田32煤层埋深控制瓦斯含量变化的关键所在。

图8 邹庄井田32煤层瓦斯地质单元划分成果图

2)邹庄井田32煤层瓦斯赋存具有明显的分区分带性，瓦斯分布总体呈现2高1低的格局。依据邹庄井田瓦斯地质资料，分析瓦斯赋存规律，结合矿井生产实际，将32煤层划分为3个瓦斯地质单元。Ⅰ单元煤层埋深浅，瓦斯逸散;Ⅱ单元受复杂断层影响，瓦斯富集;Ⅲ单元位于向斜轴部及倾伏端，埋深较大，瓦斯含量大。

［1］ 国家煤矿安全监察局.防治煤与瓦斯突出规定［M］.北京:煤炭工业出版社，2009.

［2］ 于不凡.煤矿瓦斯灾害防治及利用手册［M］.修订版9，北京:煤炭工业出版社，2005.

［3］ 焦作矿业学院瓦斯地质研究室.瓦斯地质概论［M］.北京:煤炭工业出版社，1990.

［4］ 张子敏，张玉贵.瓦斯地质规律与瓦斯预测［M］.北京:煤炭工业出版社，2005.

［5］ 张子敏，张玉贵，汤达祯，等.瓦斯地质学［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2009.

［6］ 曹运兴.瓦斯地质单元法预测煤与瓦斯突出的认识基础与实践［J］. 煤炭学报，1995，20(增刊):76 －78.

［7］ 杨陆武，彭立世，曹运兴.瓦斯地质单元法预测煤与瓦斯突出［J］. 中国地质灾害与防治学报，1997，8(3):21－25.

［8］ 杨德方，张子敏，张玉贵.基于划分瓦斯地质单元的瓦斯赋存规律研究［J］.河南理工大学学报(自然科学版)，2008，27(4):386－390.