对煤田地质构造与瓦斯关系的探析

2016-04-14王军

地球 2016年8期

关键词：煤田煤体瓦斯

■王军

（新疆地矿局第二区域地质调查大队新疆昌吉831100）

对煤田地质构造与瓦斯关系的探析

■王军

（新疆地矿局第二区域地质调查大队新疆昌吉831100）

煤炭是我国能源应用的主力军，肩负着供给国家能源的重任。煤田地质各方面的研究是煤炭合理安全开采的基础。瓦斯事故是制约煤炭业开采的主要因素，也是煤炭业科学发展中的突出问题，由于我国产煤地质复杂，对煤矿业开采设计考验严峻，煤矿瓦斯防治工作引起了相关部门的高度重视。随着社会经济的发展煤炭需求产量增加，其开采工作开始延伸，瓦斯事故也相应的增加，瓦斯防治工作显得更加的紧迫与复杂。有基于此，煤田地质构造与瓦斯的关系具备了一定的现实研究意义。

煤田地质构造瓦斯关系

产煤区域地质条件多复杂化，煤层受地质构造运动的叠加影响，其改造程度强烈，当煤层塑性流变时，局部煤层厚度就会发生变化。煤矿区的构造运功，影响煤层瓦斯生成，地质构造不断的对煤层挤压、剪切，煤层受其影响结构破坏，形成构造煤，这是瓦斯富集的基础条件，煤层变质程度、历史演变、渗透性、结构破坏为煤层瓦斯含量奠定了基础。

1　瓦斯特质和我国煤田地质构造

1.1瓦斯特质

古时候，植物堆积成煤阶段，植物纤维素与有机质受到厌氧菌分解形成，在温度和压力较高的环境中，经物理和化学反应，不断生成瓦斯。瓦斯达到一定浓度范围时，可致使人缺氧窒息，甚至发生燃烧和爆炸的现象。瓦斯在煤层或者煤体里以游离状态与吸附状态两种方式存在。瓦斯的主要成份是甲烷，是常规天然生态能源，作为煤矿伴生气体，是当前煤矿井下事故发生的主要元素。瓦斯的游离状态，也叫做自由状态，其存在煤体孔隙与裂隙中，此时瓦斯作为自由气体呈现压力服从定律。瓦斯量的大小取决于煤层的孔隙率，瓦斯压力在一定范围内，煤层孔隙越大，其含游离瓦斯的数量越大。瓦斯吸附状态，是指瓦斯吸附在煤层的孔隙中，其吸附状态是在固体分子的引力作用下，煤层缝隙紧密吸附瓦斯分子，建立吸附层。并且处于吸附状态的瓦斯分子会对煤体孔隙进行填充，占据煤层空间的孔隙空间。

1.2我国煤田地质构造

煤田构造作用是指控制煤系、煤层的地质因素等，因地壳运行引发地质构造拗陷，为煤层形成提供适宜的空间。我国大陆板块是复式结构，由稳定地块与活动带两种形式共同组成，稳定块的规模并不庞大，其刚性程度弱，在盖层的变形非常强烈。和单式大陆欧美煤田地质相比，我国煤盆的演变历史是及其复杂的，我国含煤岩层具备显著的特点，就是后期构造引发的变形时空差异较大，在东部地区此特征明显。由于能源需求大，煤炭开发对煤层浅部资源开始进行探测，其开发较为困难。当前煤炭勘察重点是一些煤层新生界覆盖区，或者老矿潜伏煤田，都是深部煤炭能源，其开采的复杂度和难度就更加可想而知了。煤田构造作为有机组成，是区域构造中的一部分，地壳浅部变形与其深部运动存在紧密的联系。当前关于煤层构造研究主要有大陆动力学说和盆地动力学说两种，盆地构造影响煤层演变以及煤床分布状况。比如我国东部煤层，经历了一系列热演化史，有印支、燕山、喜马拉雅对其不同期次的叠加和改造，给予煤层不均衡的抬升和深埋作用等。

2　煤田地质构造与瓦斯的关系

2.1煤田变质程度

煤层的地质史条件，决定瓦斯生成量，瓦斯地表运移也受其影响。比如某地煤矿煤层厚度受150到160米之间的石炭冲积层覆盖，那么就表明煤层在冲击沉积前，瓦斯已在漫长地质年代中排放了。经过实测，该区地表下700米深处左右，煤层瓦斯含量只有2.0m3/t。正常情况下，煤变质程度高瓦斯的含量也多，但是在煤转化为无烟煤时，煤体吸附瓦斯的能力就会减弱，甚至可能为零。在我国鄂尔多斯，其盆地东缘的叠记煤层，是从北部逐渐向南部变质增高的，在煤层埋深、地质相同的条件下，煤体瓦斯含量会缓慢增加。另外，在我国煤层含瓦斯量富集区，比如焦作、湘中、晋城等，都分布有产量较高的无烟煤。基于此，可以明确这些地区煤层的瓦斯含量高，也变相的说明了煤质变质与瓦斯含量的关联性。

2.2煤岩结构与深度

区域煤层含量随着煤结构的灰分增加减少，又随着镜质组含量增多而增多。测定煤灰分产率，要在815℃的高温下提炼燃烧测定。煤体挥发分产率，是把煤放置在坩锅里，在900℃的高温环境中，连续加热7分钟，就能根据对应的公式算出分产率。煤体吸附气体可以汇聚自身生成的瓦斯气体，其吸附能力的强弱跟煤层孔隙表面积有直接联系。煤变质和煤岩煤质影响区域瓦斯量。瓦斯生成量跟随煤灰增加减少，有随着镜质含量增大变大。研究表明，煤层埋藏越深，其瓦斯含量就越大，跟随煤层深度线性增长。但是，也有特殊情况，煤层瓦斯含量不与煤埋深度呈线性关系，而是其变化梯度受埋深影响，大多矿区煤层埋深与瓦斯含量成正比关系，埋深增加其瓦斯含量就增大，增量变化成梯度形式，最后趋向零产量。

2.3煤层围岩性质

煤层周围是围岩层，如果煤层和围岩结合紧密空隙小，那么煤层的瓦斯含量比较容易保存，如果孔隙较大，联系不致密完整，瓦斯就比较容易逸散，煤层周围的灰岩、泥岩透气性低，其在煤层中占据比例就比较大，对应的瓦斯含量高。在我国重庆、贵州六枝等地，其地质结构复杂，煤系层多泥岩、砂岩、灰岩等，其厚度大透气性较差，横向岩性存在变化的可能性较小，对吸附于煤层的瓦斯保存条件较好，所有在这些区域煤矿的瓦斯含量高，是典型的高瓦斯矿井。

3　瓦斯地质研究现状

瓦斯地质研究随着煤矿开采的深度增加而被深化认识，当前煤田探测技术、煤矿管理数字化，都建立在对瓦斯煤田地质的正确认识基础上。煤矿地质由区域背景、发育特点、褶曲构造、煤层厚度、矿井水质等多种因素构成。其探测技术有了更广泛应用，但是地质探测仍然是煤矿开采的难题，也是制约矿井安全有序发展的关键步骤。矿井地质探测的方向是仪器小型化、智能化发展，以更好的进行煤炭能源生产，保障开采工人的安全。我国是少数的以煤炭能源为主要燃料的国家，年均消费煤产量比世界平均消费值超出45个百分点，有效的利用瓦斯能源也是当前清洁能源发展的重要课题。