瓦斯地质 - 图文

许疃煤矿地质构造特征及其对瓦斯赋存的控制

摘要：地质构造不仅决定了煤的赋存条件,也决定了煤层的开采条件。本文针对淮北许疃煤矿的地质构造,依据现有的矿井资料和前人研究成果,对许疃煤矿的地质构造进行统计分析,结合板块构造和区域地质演化的研究成果,对许疃煤矿的构造演化进行反演;并对构造复杂程度进行综合评价；针对井田的地质构造和瓦斯赋存特征,分析地质构造对瓦斯赋存的控制作用,对矿井生产具有一定的指导意义。本文分析取得了以下成果：井田内断层发育,正断层较逆断层略多,占全矿井的56%,逆断层占44%，走向北东向、北北东向的断层占全矿井断层的43.7%，井田内褶皱发育极少,断层两盘的相对错动引发少量牵引褶皱；许疃煤矿32煤层构造复杂程度整体表现为较简单一较复杂型；82煤层总体表现为较复杂型；许疃煤矿的瓦斯含量等值线与煤层底板等高线趋势一致,瓦斯赋存整体趋势受埋深控制。 【关键词】 构造发育特征；构造演化；构造复杂程度评价；瓦斯赋存特征

1. 地质构造对瓦斯赋存作用国内外研究现状

在国外,以苏联、法国、澳大利亚等国对瓦斯地质方面研究较为详细。法国早在1914年已设立了“防治煤与瓦斯突出的专门委员会”,从地质的角度研究瓦斯的分布规律,防治突出。前苏联自50年代开始瓦斯地质研究,1951年设立“防止煤和瓦斯突出中央委员会”,通过研究,指出瓦斯的分布受地质因素控制,具有不均匀分布的规律性,与构造复杂程度、煤层围岩、煤变质程度有关[8]。英国的Davidp提出在煤系地层中地质构造对瓦斯的赋存状态和分布情况起主导影响因素,建议加强地质构造演化与瓦斯地质规律的研究澳大利亚的Jshherd(1981)对地质构造与瓦斯突出的关系也作了广泛的研究[9]。

Bibles CJ等学者[10]在研究全球范围的瓦斯涌出现象时,指出矿区构造运动不仅影响煤层瓦斯的生成条件,而且影响瓦斯的保存条件。英国的FrodshamK等人认为地质构造对煤层的影响是在构造挤压、剪切作用下,煤层结构破坏,形成发育广泛的构造煤,为瓦斯的富集提供了载体[11]。Huoyin Li等人通过模拟试验证实了构造煤是瓦斯的富集体,并指出构造煤广泛发育与煤田中地质构造附近[12]。

国内较为系统地开展瓦斯地质研究是在20世纪70年代中后期,进入80年代得到较大发展。著名安全专家杨力生教授提出治理瓦斯必须走瓦斯地质的道路,并首创了瓦斯地质学科,为瓦斯涌出预测提供了新思路[1-2]。

张玉贵等人从微观角度揭示了构造对煤体的动力学特征及煤岩学特征的影响[3]。张子敏(1998,2005)从板块构造运动学说入手,分析地质构造演化历史,研究构造演化对瓦斯的生储盖条件的影响,有效的预测了矿区、矿井、采区、釆面的瓦斯情况[4]。

2. 矿井地质构造发育特征 2.1断层构造发育特征 2.1.1构造的类型

在许疃煤矿断层中,正断层的数量略多于逆断层,计191条,占统计断层总数的56%,逆断层为153条,占44%。但在落差大于10m的大中型断层中,逆断层数量为45条,正断层仅为29条,而在落差大于100m的4条断层中,逆断层就有3条。

逆断层在矿井内自北向南均有分布,多呈地贺状或地垒状产出,主要分为北东向的逆断层和北西西向的逆断层。北东向的逆断层主要有F5和F6,其中F5断

层更是贯穿矿井南北。北西西向在矿区内普遍发育,在矿井自北向南发育有F7、F8、F许疃等断层，表1为许疃煤矿断层性质统计表：

表1 许疃煤矿断层性质统计表

2.1.2断层分布方向

断层走向代表了断层的平面延伸方向。许疃矿发育的脆性断层按其走向可以分为五组,以北东向最为发育(30°-60°),共82条,占脆性断层总数的23%；北北东向(30°-50°)断层次之,共74条,占脆性断层总数的20.7%；再次为北西西向断层(270°-300°)共44条,占脆性断层总数的12.3%；近东西向断(70°-90°),共41条,占脆性断层总数的11.5%；北西向断层(300°-330°)共计32条,占脆性断层总数的8.9%。

根据矿区不同性质断层分别编制全矿区的正断层、逆断层的走向和倾向的玫瑰花图。正断层的走向较为集中,主要有NNE、NE、NEE三组,其中以NNE占据最主要的部分;倾向以SE为主,同时发育有NWW和NW两组。逆断层的走向较为集中,主要发育有NNE和NEE两组,其他较为分散;然而逆断层的倾向却是比较分散,主要发育有NNE、SE、SSW和NWW等几组。见图1、图2、图3和图4。

图1 正断层走向政瑰花图 图2 逆断层走向政瑰花图

图3许疃煤矿正断层倾向玫瑰花图 图4许疃煤矿逆断层倾向玫瑰

通过统计矿井断层倾角,许疃煤矿断层倾角主要集中在40°-80、倾角以70°-80°为主,50°-60°次之。总体特征是断层倾角较陆。正、逆断层倾角分布不同,正断层以70°-80为主,而逆断层以50°-60°为主。见图5。

图5 许疃煤矿断层倾角分布直方图

2.1.3断层落差分布特征

正断层广泛分布于整个矿井内,正断层占到断层总数的56%,且以中小断层为主,其中断层落差小于10m大于或等于5m的断层59条,占到该落差范围内断层总数的48%;小于5rn的断层最多,共计103条,占到该落差范围内断层总数的70%。逆断层在整个矿井范围内自北向南都有分布,占到整个矿井断层总数的44%,达到153条,其中落差大于lOOm以上的逆断层3条,占该落差范围内断层总数的75%,落差小于100m大于或等于50m的8条断层全部为逆断层。见表2和图6。

许疃煤矿的断层落差与其平面延展长度总体上呈现正相关关系,即平面延展长度大的断层其落差也相应较大(见图7)。但是不同落差范围内的断层其延展长度分布也存在一定的差异。落差小于或者等于50m的断层与其延展长度相关关系明显(见图8);而断层落差大于50m的断层其落差与其相关性比较差,关系较为离散(见图 9);这也从侧面反应了小型断层其构造复杂性较低,而大型断层其构造复杂性较弱。

表2 许疃煤矿不同性质断层统计表

图6 许疃煤矿不同断层落差对比图

图7 断层落差与其延展长度关系

图8 断层落差(≤50m)与其延展长度关系

图9许疃媒矿断层落差(＞50m)与其延展长度关系

3地质构造对瓦斯赋存的控制作用

3.1矿井瓦斯分布特征

通过勘探地质报告来看,矿井瓦斯成分以CH4为主,存在局部高瓦斯区域,由

于受后期构造运动的影响,各主采煤层瓦斯成分的自然分带性不强。 1）32煤层瓦斯分布特征

矿井32煤釆集瓦期煤样深度436.99-847.32m,瓦斯成分及含量两极值分别9.90-91.78%和0.05-6.20ml/gr (成分和含量均指CH4,以下同)。浅部(一水平,CH4成分9.90-69.52%,含量0.05-3.75 ml/gr,平均1.94 ml/gr)低于深部(二水平,CH4 成分 47.48-91.78%,含量 2.73-6.20 ml/gr,平均 4.68 ml/gr)。剖面上,浅部瓦斯含量低于深部瓦斯含量。许疃煤矿地勘时期32煤层钻孔瓦斯参数见表3。

表3 32煤层地勘时期瓦斯含量实測结果表

釆样编号 64-4 64-5 64-8 65-10 66-9 66-11 67-21 标高/m -412.30 -456.07 -699.37 -731.75 -443.61 -684.08 -457.81 CH4成份/% 9.90 64.83 63.05 76.84 55.50 75.15 80.59 瓦斯含量/ml/g.r

0.05 1.66 2.73 1.40 1.44 3.83 3.75 32煤层瓦斯涌出量比瓦斯含量稍大,可能是随着巷道掘进、煤层幵和向深部的延伸,矿井瓦斯涌出量越来越大。涌出量的趋势图和瓦斯含量较为相似,标高-538m以浅的相对瓦斯涌出量在0.86-13.63m3/t,平均4.11 m3/t,相对瓦斯涌出量变化不大,受煤层露头影响较大。-538m以深,煤层瓦斯含量随着埋深的增加而增大,相应的相对瓦斯涌出量增大较快,相对瓦斯涌出量在3.80-19.65m3/t (排

3

除异常数据),平均13.02m/t。 2) 82煤瓦斯分布特征

许疃煤矿地勘时期82煤层钻孔瓦斯参数见表4,

表4 82煤层地勘时期部分钻孔瓦斯含量一览表

3.2地质构造对瓦斯的控制作用 1)顶底板岩性对瓦斯赋存的影响

一般来说,顶底板岩性不同,瓦斯的逸散程度不同。如粉砂岩较砂岩密封性较好,更能起到盖层的作用。由于许疃煤矿各主采煤层顶板岩性单一,对瓦斯赋存影响并不显著。

2)岩浆岩的分布对瓦斯赋存的影响

在岩装岩侵入较为广泛的煤层,一般来说煤的变质程度加大,瓦斯含量增高。

许疃煤矿井田内岩浆岩不发育,故而该井田内的瓦斯含量分布未见岩浆岩影响。 3)埋深

由上所述,井田内的瓦斯含量等值线与煤层底板等高线趋势一致,故而瓦斯含量严格受埋深控制。 4)上覆基岩厚度

上覆基岩是一定程度上的盖层,其厚度对于瓦斯的赋存有一定的影响。矿井东南部经第三纪的剥烛,程度从北西到南东呈现由弱增强的趋势,该区域“红层”普遍发育,进一步证实了该区域遭在第四纪以前遭受剥烛。由于基岩剥蚀后厚度降低,盖层条件遭到破坏,瓦斯逸散程度较大,故而剥烛区瓦斯含量较低。 许疃煤矿断裂构造较发育,对矿井影响较大的构造主要为F8断层、许疃断层、 F5断层、Fu-FI2断层组及板桥断层,其中F8和板桥断层为井田边界，见图10。

图10 许疃煤矿瓦斯构造分区图

许疃断层以北,瓦斯含量较低。由煤层地板等高线可以看出,许疃断层以北的86采区断层走向分布不均。由前述井田构造演化过程可知,这是由于许疃断层形成以后,其北部受到多期构造运动的改造,形成了大量不同走向、不同倾角、性质不同的断层,其地质条件不利于瓦斯的储存。 4.结论

矿井内的瓦斯含量分布与井田的地质构造有着一定的相关性。通过数理统计,并分析瓦斯分布规律,结合矿井的地质构造,分析认为:矿井内瓦斯的主要成分为CH4,存在高瓦斯区。瓦斯含量等值线与底板等高线趋势一致,说明瓦斯含量严格受埋深控制。在许疃断层以北、许疃断层和74线之间、74线以南瓦斯含量呈现低-高-低的趋势,是由于受到井田构造格局的控制。

在许疃断层以北的区域,由于受到多期构造运动的改造作用,原先的瓦斯储层受到多期次、多方向的应力变形,使其不利于瓦斯的储存,经多次逸散致使瓦斯含量减少。在许疃断层以南和74线之间,在许疃断层形成以后,由于许疃断层的阻隔作用,致使该区域受到构造运动的影响较小,且贯穿该区域的逆断层F5断层、F6断层具有封闭性的特点,有利于瓦斯的储存,瓦斯逸散较少,故而该区域瓦斯

含量较高,74线以南的区域由于靠近正断层板桥一固镇断层,其幵放体系使得该区域的瓦斯易于逸散,使得其瓦斯含量较低。 参考文献

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/36df.html