煤田地质构造与瓦斯的关系分析

2016-04-14王路法郭爱华孟华

地球 2016年8期

关键词：煤田存量岩层

■王路法郭爱华孟华

（河南省煤田地质局一队河南郑州451150）

煤田地质构造与瓦斯的关系分析

■王路法郭爱华孟华

（河南省煤田地质局一队河南郑州451150）

煤炭作为我国经济发展的支柱性能源，一直关乎我国经济发展的质量，因此研究煤炭合理开采具有重要的现实意义。随着我国现代化的进程逐步加深，一些发展中的问题也逐渐暴露出来，瓦斯问题一直困扰着煤矿的采集，制约我国能源的利用，为了增加煤炭开采的安全性，下文将从我国煤田的地质结构出发，深入的研究煤田地质与瓦斯之间的关系，以供相关从业人员借鉴学习。

煤田地质构造安全管理瓦斯差异分析

随着我国经济的蓬勃发展，能源的使用也达到了历史上的巅峰，因此增加能源开采几乎是我国不能回避的问题，在这个大背景下，煤炭开采的安全问题越来越被相关部门所重视，而瓦斯问题又是煤矿开采之中常见的问题，给煤田的开采带来许多不利因素，因此研究煤田地质结构与瓦斯的关系对我国经济的发展具有重要的意义。

1　瓦斯特质和我国煤田地质构造

1.1瓦斯特质

由于我国地大物博，南北之间的煤田结构的差异较大，因此我国的矿业也呈现多元化的趋势，瓦斯由一定的植物纤维素与厌氧菌结合而成，具有易燃易爆的化学性质，瓦斯是与煤炭共同产生的，因此研究煤田开采时不能忽略瓦斯等因素，这是由于瓦斯在岩层中浓度较高，容易造成威胁矿下作业的相关工作人员的生命财产安全，为了防止人直接暴露在高浓度瓦斯之中，防止煤田爆炸事故，研究瓦斯的物理与化学性质是十分有必要的，瓦斯的主要构成成分为甲烷，瓦斯本身也是一种能源，因为其易燃的性质，广泛的应用于我国的各个领域之中，是日常生活的常规能源。但作为煤炭的伴生气体，瓦斯却具有高度的危险性，极易导致采矿的安全问题，给煤矿产业造成巨大的损失。［1］瓦斯的状态比较游离，因此当因为堆积沉淀到一定程度时，便会造成煤矿井下作业的燃烧爆炸，威胁到我国矿下采集作业的相关工作人员的生命安全。瓦斯常常存在与岩缝与煤层的空隙中间，瓦斯的存量受煤层空隙大小的制约，空隙率大的煤层或者岩缝其中含有的瓦斯存量就多，孔隙率小的煤层或者岩缝其中的瓦斯存量就相应的少。［2］同时瓦斯的存量也受矿下岩层压力的影响，矿下岩层的压力越大，瓦斯的化学成分也就越发的活跃，容易造成煤层空隙堆积，矿下岩层的压力越小，瓦斯的化学成分也就越游离，不容易造成因为浓度较大而产生的煤田爆炸事故，这也是煤矿产业安全管理应该着眼的地方。

1.2我国煤田地质构造

我国的国土幅员广阔，因此南北的地形地貌都有很大的差别，环境与温度带的差异也是制约我国煤田地质构造的一个主要因素。煤田构造囊括了煤层所在的岩层与地貌情况，因此受许多因素的影响，由于我国的地貌属于大陆板块，地大物博，因此研究我国的煤田地质结构，需要从许多角度入手，相比欧美的发达国家，由于我国的南北阔度较大，因此在地形结构上呈现多元化的趋势，需要参考的数据也十分庞杂，同时我国的地形结构呈现复式结构，因此煤田的地形结构的变形也很严重，这导致我国有许多已经勘探的煤层无法进行采集，开发难度大则导致了我国煤矿采集企业的前期投入非常大，增加了煤矿的成本，不利于我国现阶段的发展要求。相比欧美等发达国家，我国的资源呈现丰富的特征，但大部分煤层都深藏于无法采集到的煤层，因此大力研发深层采集技术也是我国煤矿企业现阶段的一个技术要求，为了满足我国复杂的采集工作，还需要政府部门的配合与扶持。煤田构造与中国这片大陆结构的历史变迁息息相关，因此研究煤田的地质结构应该结合我国板块学说，当前我国的版块学说分为两大类，各有千秋互不相让，一说我国的地形变迁是依靠地层内部的运动决定的，另一说则主张我国石油盆地的构造所影响的，在喜马拉雅山形成了地形挤压与堆叠，当然两种学说都没有明显的疏漏，但开展煤田地质结构研究需要有谨慎的科学精神。［3］

2　煤田地质构造与瓦斯的关系

2.1煤田变质程度与瓦斯的关系

综上所述瓦斯的存量主要取决于煤层的孔隙率与煤层形成的时间，越是古老的岩层形成的煤层，其中蕴含的瓦斯量越是丰富，越是临近现代形成的煤层，瓦斯的存量越是稀少。同时孔隙率是由地形形成方式决定的，比如我国南方的煤层孔隙率要远远低于我国北方煤层的孔隙率。瓦斯排放的时间通常需要一千年左右，因此需要煤层充分的沉淀堆积，经过一定的考证，以一百五十米到一百六十米之间的煤层已经存在大量的瓦斯，这个实例证明了煤田变质程度决定瓦斯的存量。变质的程度则是一个长期的过程，比如当煤田里面储存的煤炭向无烟煤过渡时，瓦斯的吸附能力也在减小，当无烟煤朝着超级无烟煤过渡时，又会造成一次吸附能力的变化。［4］而瓦斯的吸附能力在一定程度上也决定了煤田中的煤炭的瓦斯的存量，如果吸附能力大幅度减少，煤炭中的瓦斯存量也会大为降低，甚至降低为零。这就能保证日常的采矿工作的安全性，保证相关施工人员的生命安全，增加煤矿企业的安全管理能力，从而提高煤矿企业的经济效益。我国东北部的鄂尔多斯就呈现盆地的地形，煤层越是深入，瓦斯的含量就逐步的增加。证明起码鄂尔多斯是受盆地地形构造形象的，此外我国煤层含有瓦斯量大的地区，多集中于东北部、西北部等高原盆地地区，如焦作、晋城等，证明了煤层变质与瓦斯含量的正相关的关系。

2.2煤层结构深度与瓦斯的关系

煤层结构的深度与瓦斯的含量息息相关，因为瓦斯的含量随着煤层的灰质结构而变化，灰质结构越多，瓦斯的含量也就随之增加，灰质结构越少，瓦斯的含量也会随之减少。因此研究煤层结构中的瓦斯含量，镜质组与灰质的程度是不可回避的一个主要因素。经过相关实验已经证明，把我国的煤炭放进八百一十五度的高温炉进行提炼燃烧测定，最后的结果是随着温度的升高，我国煤炭的灰质结构的挥发率越高，这间接证明了我们的猜想，瓦斯的存量是随着我国煤田地质结构的深度而线性增长的，越是深入地层的内部，温度越高，灰质结构也会增加，从而使煤层的瓦斯含量随之增加。［5］这是由于高温能够产生一定的瓦斯吸附能力，瓦斯在高温下化学结构更加活跃，容易形成堆积沉淀。当然针对我国广阔的国土，这个结论不能一概而论，比如南方的梯形的地质结构的煤田，瓦斯的含量与煤层结构的深度并没有明显的关系，这是由于这个变化只针对高原盆地或者平原等地质结构，对梯形地质结构并没有影响。

2.3煤层围岩性质与瓦斯的关系

由于围岩层的地质结构比较复杂，本身具有特殊性，因此也作为影响瓦斯含量的重要因素。煤层与围岩层越是紧密，煤层的孔隙率越小，前文我们可知，煤层中的瓦斯存量是与煤层中的孔隙率呈现线性增长关系的，因此煤层围岩性质也深深的影响到瓦斯的存量。但围岩层只通过影响煤层的孔隙率，借此来影响瓦斯的存量，因此可以说，围岩层结构只是间接影响瓦斯的存量。瓦斯的化学结构比较松散，容易移动，因此泥岩的透气率越高，瓦斯的化学含量就越大。而我国西南地区，如重庆、贵州等地呈现盆地结构，煤田的围岩层与煤层结合比较紧密，因此泥岩层的厚度就有所增加，瓦斯的含量也随之增多。

2.4煤田地质与水文条件

研究一个地区的地貌，首先是考察这个地方的水文条件、地形、地质情况。因此水文条件也是煤田地质研究的重要要素，地质结构的演变发展与煤层的形成与瓦斯的含量具有一定的关联性，我国的华北地区的煤炭产业就呈现出明显的开放性质，因此煤层的吸附力非常低，导致瓦斯的含量也十分少。但这只是个例，大部分煤田还是呈现闭合的区域性质，围岩层与煤层结合的十分紧密，同时瓦斯的含量还与煤炭开采的方式有关系，因为在开采的过程中，煤炭开采会导致现场出现大量的粉尘，通过与瓦斯的混合堆积，就造成了瓦斯的泄漏与爆炸情况，这是煤矿企业应该注意的问题。［6］瓦斯的含量还与煤炭转移的距离与方式息息相关，很多人想不到的是煤炭移动的路线有时候也会导致煤层破裂，导致煤层之中的瓦斯大量泄漏。封闭结构的地形因为透气性较差等原因，会造成岩层中大量的瓦斯堆积，给煤炭采集工作造成一定的影响，增加煤炭开采的成本。除此之外还需要注意在开采过程中的地下水的影响，地层下的水源比较活跃，会溶解煤层中的瓦斯，导致瓦斯含量的减少，这个因素应该考虑到。