王爱红WANG Ai-hong

（甘肃窑街煤电集团公司三矿，兰州 730080）

（Gansu Yaojie Coal Electricity Group Co.，Ltd.No.3 Mine，Lanzhou 730080，China）

0 引言

瓦斯赋存规律研究是以瓦斯地质理论为依据，详细分析影响瓦斯赋存的各个地质因素，找出其分区分带特征，进行瓦斯预测预报，传统的瓦斯研究主要考虑瓦斯赋存随煤层埋深的增加而变化的一般规律，很少研究断裂构造对瓦斯的运移、聚集以及对瓦斯突出的影响，三矿七采区复杂的地质构造特征直接影响瓦斯分布规律，研究分析该区地质构造展布规律对矿井瓦斯治理、防治煤与CO2突出，制定相应措施有很大指导意义。

1 矿井概况

三矿七采区是2008年7月窑街煤电集团公司根据省有关文件精神，进行资源整合而成立的新采区。该采区位于窑街煤田精查勘探区以外东北边缘的一块地层直立倒转、构造极其复杂的地段，地质勘查阶段没有作过任何勘探工程。主采煤二层，煤质为不粘煤，煤层厚度10～60m，平均厚度35m。煤层倾角60°～90°。煤层结构复杂，一般含夹矸4～12 层。2010年矿井核定生产能力为200 万t/a、其中七采区80 万t/a，2013年矿井瓦斯等级鉴定为低沼、煤与CO2突出矿井，七采区自建井至今曾发生8 次煤与CO2突出事故，CH4的绝对涌出量为m3/min，相对量m3/t，CO2的绝对涌出量为m3/min，相对量m3/t。通风方式为抽出式通风，开拓方式为盘区与暗斜井联合开拓，开拓水平为1400m，生产水平为1510m，采用走向长壁水平分层综采放顶煤采煤法。

2 区域地质构造特征

窑街煤田为陆相断凹型山间聚煤盆地，煤田形成后因受东部F19断层组压扭力影响使煤田形成北东向的一系列短轴褶皱构造，依次为海石湾向斜、喇嘛沟背斜、马家岭向斜、程家窑背斜，机修厂向斜。七采区煤田位于机修厂向斜东南翼的北端，由于靠近F19断层组，使得该区域地质构造极为发育，煤层赋存条件复杂。三矿七采区构造如图1 所示。

图1 七采区地质构造纲要图

3 七采区瓦斯赋存规律影响因素

3.1 地质构造对瓦斯赋存影响 地质构造对瓦斯赋存影响较大，一方面造成瓦斯分布不均衡，另一方面形成了瓦斯储存或瓦斯运移的有利条件，根据多年的研究成果：皮带斜井煤田中的CO2为无机来源，是煤田深部湟源群大理岩热解的产物，大量的CO2气体沿着F19深大断裂带运移至浅部，经过F15、F19-2、F604等次生断裂构造带至煤二层富集，这期间F15、F604等断层成为七采区CO2运移的主要通道。

由于七采区煤层处于窑街煤田沉积边缘，受F19深大断裂构造影响，在采区南部形成以F604、F15-3为主的入字形断裂构造体系，两断层均为压扭型逆断层，加之该区域煤二层顶板为致密坚硬的油页岩、砂岩，在七采区南部形成封闭良好的断陷块段构造，从F15等断层破碎带中运移的无机源CO2气体在F604、F15-3逆断层下盘煤层中富集，形成局部高压CO2气包。

3.2 煤层结构对瓦斯赋存影响 七采区在侏罗纪后期强烈的构造活动，不但使煤系地层走向上弯曲多变，倾向上直立倒转，而且形成大量的断裂构造，七采区0.16km2的范围内发现有14 条断层，这些断层的相互错动和切割，形成大量的以炭质泥岩、碎裂煤、糜棱岩为主断层构造煤，这些构造煤对CO2具有较强的吸附力，加之煤二层底板侧的炭质泥岩软分层，使七采区煤层结构复杂，具有聚集高压CO 的条件，煤岩吸附瓦斯见图2。

图2 煤层吸附瓦斯曲线图

七采区北部一是距F19甚大断裂构造较远，且被F15-3断层切割阻挡，CO2气体无法大量运移；二是北部煤层受F19深大断裂构造影响较小，形成的次生构造数量少（只有4 条），且均为开放性正断层，落差小（均小于10m），形不成大量的构造煤，所以煤层结构简单，不利于大量CO2气体储存，只有少量有机源CO2及CH4存在，所有北部CO2含量较低，相对CH4含量较高。

3.3 煤层埋深对瓦斯赋存影响 煤层埋深的增加不仅因地应力的增高而使煤层和围岩的透气性降低，而且煤层瓦斯箱地表运移的距离和阻力增加，便于煤层瓦斯封存，不易逸散。统计2010年以来七采区勘探阶段、井下钻孔抽放前所取的原始煤层CH4、CO2含量，见表1，瓦斯含量与埋深的关系见图3。经分析发现七采区煤二层中瓦斯含量基本上随着煤层标高降低而增加，其相对瓦斯含量梯度为：CO20.066～0.08m3/（t.m），CH40.0018～0.0026m3/（t.m），据此煤层埋深是影响瓦斯赋存规律主要因素。

从图3 可知，随着煤层埋深增加，瓦斯含量逐渐增加，其CO2回归线性方程为：

式中q—CO2含量（m3/t）。

h—煤层埋深（1550-1400m）（m）。

CH4回归线性方程为：

式中q—CH4含量（m3/t）。

h—煤层埋深（1550-1400m）（m）。

表1 七采区实测瓦斯含量统计表

4 瓦斯赋存规律

图3

沿煤层走向方向，南部区域断裂构造发育，煤层结构复杂，通过断层运移的CO2气体含量高、压力大，具有煤与CO2突出条件，而CH4相对较小；中北部煤层受断裂构造破坏小，煤层结构简单，且被F15-3断层切割封闭，无机源CO2气体无法运移，所以含量低，但中部煤层转弯处，是煤层气CH4集聚良好条件，CH4含量升高。具体见沿走向瓦斯含量曲线图4。断层破碎带高于一般区域，断层下盘煤层瓦斯高于上盘煤层。

图4 瓦斯含量沿煤层走向变化趋势图

根据以上分析，对七采区瓦斯CO2突出危险区域划分，南部F604断层以北至F15-3以南为煤与CO2突出危险区；中北部F15-3断层以北至井田边界，1500 水平以上为非突出区，1500 以下暂定为突出危险区。

5 结论

综合分析七采区历年瓦斯资料，确定了瓦斯赋存规律与该区域的地质断裂构造、煤层埋深有很大关系，是影响CO2、运移、分布、聚集的主要因素，研究分析断裂构造发育特征对瓦斯治理有很大意义。

根据七采区瓦斯地质资料，划分CO2突出区、非突出区，为防治煤与瓦斯突出，制定安全措施提高合理依据，确保矿井安全高效发展。

[1]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.

[2]于不凡，王佑安.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M].北京：煤炭工业出版社，2000.

[3]周世宁，林柏泉.煤层瓦斯赋存与流动理论[M].北京：煤炭工业出版社，1999.