煤田地质构造与瓦斯的关系研究

科技论坛　・５９・　煤田地质构造与瓦斯的关系研究　王磊　（河南省煤田地质局三队，河南新乡４５３０００）　摘要：通过分析研究矿区地质构造，矿区瓦斯分布及预测，煤层地质特征、地质构造与瓦斯突出的关系，得出特殊地段的地质构造是　诱导煤与瓦斯突出的主要因素，矿井发生瓦斯突出多在地质构造特别复杂的区域。通过制作矿井瓦斯地质图分析特殊区域的瓦斯赋存规　律，可指导矿井的安全生产。　关键词：地质构造；瓦斯赋存；突出规律　１瓦斯赋存的主控因素　密的灰岩，而且厚度大、横向岩性变化小，围岩的透气性差，封闭瓦斯　瓦斯（甲烷）：是古代植物遗体变质成煤过程中的伴生气体。其主　的条件好，所以煤层瓦斯压力高、瓦斯含大，这些地区的矿井往往是　要成分是ＣＨ４（甲烷），是成煤过程中经过生物化学热解作用以吸附　高瓦斯矿井或煤与斯突出矿井。　或游离状态赋存于煤层及固岩的自储式天然气体，属于非常规天然　１．６地质构造条件。地质构造条件对煤层瓦斯含量的影响是复　气，它是优质的化工和能源原料。但他同时是煤矿的伴生气体，是造　杂的。因为它与地质发展史、构造热演化史和构造形态特征密切相　成煤矿井下事故的主要原因之一。成煤过程：泥炭化作用、成煤作　关。就构造形态而论，封闭型地质构造有利于封存瓦斯，使煤层瓦斯　用；成煤作用：成岩作用、变质作用根本来源：泥炭化阶段植物分解、　含量增大；开放型地质构造有利于瓦斯排放，使煤层瓦斯含量减小褶　成岩阶段芳香族稠环侧链官能团断裂、褐煤向长焰煤第一次跃变阶　曲构造：在闭合（被基岩覆盖）和半闭合背斜转折区，由于煤层瓦斯运　段。瓦斯在煤体中以游离和吸附状两种状态存在。　移路线加长和瓦斯排出口不断缩小，增大了瓦斯的运移阻力，因此，　游离状态：游离状态也称自由状态，存在于煤的孔隙和裂隙中。　在同一开采深度下，比构造两翼的瓦斯含量大；而在向斜转折处，则　这种状态的瓦斯以自由气体存在，呈现出的压力服从自由气体定　恰恰相反，煤层瓦斯含量减小，这是由于供应瓦斯区域逐渐减小，而　律。游离瓦斯量的大小主要取决于煤的孔隙率，在相同的瓦斯压力　瓦斯运移通道逐渐扩大的结果。断裂构造：断层对煤层瓦斯含量可　下，煤的孔隙率越大，则所含游离瓦斯量也越大。　以有性质上截然不同的两种影响，开放性断层是煤层排放瓦斯的通　吸附状态：吸附状态的瓦斯包括吸附在煤的微孔表面上的吸着　道，在这种断层附近，煤层瓦斯含量减小；封闭性断层本身的透气性　瓦斯和煤的微粒结构内部的吸收瓦斯。吸着状态是在孔隙表面的固　差，而且割断了深部煤层与地表的联系，往往使封闭段的煤层瓦斯含　体分子引力作用下，瓦斯分子被紧密地吸附于孔隙表面上，形成很　量增大。　薄的吸附层；而吸收状态是瓦斯分子充填到极其微小的微孔孔隙　１．７水文地质条件。水文地质条件是煤层瓦斯含量大小的影响　内，占据着煤分子结构的空位和煤分子之间的空间，如同气体溶解　因素之一。在地下水交换活跃地区，水不仅能溶解而且能从煤层中　于液体中的状态。　带走大量瓦斯，从而使煤层瓦斯量明显减少。　煤层瓦斯含量控制因素：　２瓦斯地质研究现状及展望　１．１煤田地质史：煤层中瓦斯生成量、煤田范围内瓦斯含量的分　２．１基础地质的研究将得到重视和加强。探测技术的发展，手段　布以及煤层瓦斯向地表的运移，归根到底都取决于煤田的地质史条　的更新，资料处理的数字化，都必须建立在基础地质的正确认识以　件。河北开平煤田东欢坨区，石碳二叠系煤层直接由厚１５０—６００　ｍ　及规律的掌握上。矿井地质基础地质的研究包括：区域地质背景、井　的第四系冲积层覆盖，表明该区在第四系冲击层沉积前，煤层瓦斯已　田内煤系地层的发育特点、断裂及褶曲构造的特征、煤层的厚度及　经过漫长地质年代的排放。实测表明，在距地表６８０—７００　ｍ深处，煤　变化、矿井水文地质及瓦斯地质等。　层的瓦斯含量仅１．４—２．２　ｍ３／ｔ。　２．２探测技术将得到更广泛的应用。采前地质探测是矿井地质　１．２煤的变质程度：通常煤层瓦斯含量随煤的变质程度增高而　和采煤部门期盼已久的难题，是矿井地质学科发展的一个方向。今　增加。但当煤由无烟煤向超级无烟煤过渡时，煤的吸附瓦斯能力急　后仪器将向小型化、智能化方向发展。数据采集、处理、解释将向自　剧减小，煤层瓦斯含量将大为降低，几乎为零。鄂尔多斯盆地东缘石　动化方面迈进。　炭一二叠纪煤层从北到南变质程度增高，在埋深等基本地质条件相　２－３重视环境问题的研究走可持续发展道路。我国是世界上少　当的情况下，煤层瓦斯含量增ＪＪｎ；又如我国著名的煤层瓦斯富集区　数几个能源以煤为主的国家之一，世界一次能源消费结构中煤炭仅　（如焦作、阳泉、湘中、湘东南、晋城等）均分布在高变质的无烟煤地　占２７．７％，而中国１９９８年煤炭消费量为１２．５亿吨，在一次商品能源　区，也反映了煤变质程度对煤层瓦斯含量的影响。　消费构成中占７１．６％，比世界平均值高出近４５个百分点。（２００２年　１．３煤岩结构及组分：煤的内表面积随着煤的灰分增加而减小，　我国原煤产量产量１３．９３亿吨大量的煤炭开发利用导致严重的大　随镜质组含量的增加而增加。煤中灰分产率：是煤在８１５度的温度　气污染。我国ＳＯ：的排放量居世界第１位，酸雨的覆盖面积已达国　下，经完全燃烧后测定的。煤的挥发分产率：是把煤隔绝在严密的坩　土面积的４０％；ＣＯ：的排放量仅次于美国，占世界第２位。以煤为主　埚内，在９００度的高温下加热７分钟，所得挥发分产率。煤之所以能　的能源结构带来严重Ｉ拊环境污染。１９９８年全球大气污染最严重的　储集本身生成的大量瓦斯气体是由其吸附性能决定的，而吸咐能力　城市有１０个（依次为：太原、米兰、北京、乌鲁木齐、墨西哥城、兰州、　的大小主要与煤孔隙内表面积的大小有关。除了煤的变质程度外，　重庆、济南、石家庄、德黑兰），其中我国就占了７个。　煤岩煤质也是影响煤表面积的重要因素。试验研究证明，煤的内表　参考文献　面积随着煤的灰分增加而减小，随镜质组含量的增加而增加。　【１】张书田．构造应力对煤和瓦斯突出的作用『Ｊ１．煤矿安全，１９８８（７）．　１．４煤层埋藏深度：随着煤层埋藏深度的增大，煤层瓦斯含量线　［２］胡千庭，文光才．ＷＴＣ瓦斯突出参数仪及其应用【Ｊ］．矿业安全与环　性增大。如焦作、淮南、柳林及阳泉等矿区。但是，在许多情况下，煤层　保，１９９４（４）．　瓦斯含量与埋深之间并非呈简单的线性正相关关系，变化梯度随埋　［３】梁海平，张小平．３０２０１回采工作面瓦斯突出成因及防范措施『Ｊ］．　深而变化；随着埋深增加瓦斯含量增大，增大的梯度逐渐变小，最后　山西煤炭，２００４（３）．　［４】钻冲诱控法防治煤和瓦斯突出——十七届国际采矿安全研究会　１．５煤层围岩的性质：煤层及其围岩致密完整、不透气时，煤层　议报告　煤炭科学技术，１９７８（２）．　瓦斯易于保存；反之，瓦斯易于逸散。煤层顶底板透气性低的岩层ｆ如　【５】石必明．关于瓦斯突出流变机理的哲学思考『Ｊ１．淮南工业学院学报　泥岩、充填致密的细碎屑岩、裂隙不发育的灰岩等）越厚，它们在煤系　（社会科学版），２００２（３）．　地层中所占的比例越大，则煤层瓦斯含量越高。如：重庆、贵州六枝、　［６】朱月明．瓦斯突出的动力现象与防治措施　．中国矿业，２００３（４）．　湖南涟邵等地区，由于其煤系主要岩层均是泥岩、页岩、粉砂岩和致　［７】对煤与瓦斯突出始突标高的探讨『Ｊ１．煤矿安全，１９７９（３）．　趋于零。