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《煤礦現代化雜志》2014年第四期

1影響瓦斯賦存的主要因素

1.1構造演化對瓦斯賦存的影響晉城礦區位于太行山造山帶西側，沁水盆地的南端，同時位于太行山隆起南端西側。區域構造受太行山造山帶構造演化的控制[1]。本礦區煤系地層在形成后，主要經歷了印支、燕山、喜山三次大的構造運動。本區域煤沉積形成后，在印支期初期，受侯馬一沁水一濟源東西向沉積中心的控制[2]，仍以持續沉降為主，上覆巖層厚度達到4500m，煤發生深層變質作用，變質程度達到肥-焦煤階段，出現第一次生烴高峰。在這個階段，瓦斯生成量大約為240~270m3/t。從印支晚期至燕山早期，受到E-W向構造擠壓作用，該區隨山西地塊整體隆升使上覆地層的剝蝕量超過1000m，煤停止了深層變質作用，生烴作用也相應中斷。燕山運動中、后期盡管地層繼續抬升，但在沁水盆地的南端，主要是晉城地區發生的巖漿活動熱事件，產生區域性地熱異常,使得煤化程度鏡質組反射率R0為3.0％～4.0％，為整個沁水盆地為最高值，煤質從煙煤變質到了無煙煤階段。煤層也在區域熱變質條件下發生了二次生烴作用[3-4]，因而生成大量的瓦斯，為煤層提供了豐富的氣源，這一階段煤層瓦斯生成量大約為124~152m3/t。由于無煙煤體內有大量微孔隙，使吸附表面積達到了最大值，煤對瓦斯的能力到無煙煤階段達到最大值。在喜山期，地層不斷隆升剝蝕，區內三疊系地層大部分被剝蝕掉，煤層瓦斯也得到釋放。但在煤層較深處，瓦斯含量最高為38.70ml/g（可燃基），接近煤層瓦斯吸附極限值。

1.2煤系地層巖性對瓦斯賦存的影響煤層圍巖既是瓦斯的儲存體又是瓦斯逃逸的阻隔物。煤層圍巖在很大程度上影響著瓦斯的保存。煤層圍巖的透氣性直接影響氣體的保存條件。圍巖的透氣性越小，氣體越容易保存，煤層瓦斯含量就越大；反之，氣體易于流失，煤層的含氣量就越小[5]。孔隙與裂隙發育的砂巖、灰巖和礫巖的透氣系數非常大，一般比致密而裂隙不發育的頁巖、泥巖等巖石透氣系數高出成千上萬倍[6]。因此，在頂底板為透氣性大的巖石時，煤層瓦斯含量相對要小。本井田煤系地層為石炭系太原組及二疊系山西組。石炭系太原組為一套海陸交互相含煤沉積建造。巖性為石灰巖、砂巖、粉砂質泥巖、泥（頁）巖及煤層（線）等幾種巖性呈交替出現的互層狀，平均厚度82.96m。含六層灰巖為K1~K6、其中K2灰巖是15號煤層的直接頂，有利于瓦斯的釋放。灰巖除透氣性較好外還是井田的主要含水層，水的流動促進了煤層瓦斯的解吸，使瓦斯由吸附狀態轉化為游離狀態，溶解于地下水中運移散失。這種圍巖特征有利于瓦斯的釋放。3號煤層沉積環境為三角洲平原泥炭沼澤和泛濫盆地泥炭沼澤環境，其直接頂板為灰黑色粉砂巖和砂質泥巖互層，巖性致密，有于瓦斯的保存。從實測數據來看（見表1），盡管3號煤層比15號煤層埋藏淺，但是，3號煤層瓦斯含量要比15號煤層的高。

1.3地質構造對瓦斯賦存的影響在印支期，區域構造應力場主壓應力方向為SN向，在陽城以南形成區域性的近EW向的斷裂和隆起，后期成為沁水盆地的南端端部。在陽城及以北發育有近EW向的斷裂。本井田內近EW向的F1正斷層及F3正斷層便是在這個時期形成的。早第三紀時期，主壓應力方位為NE－SW向，形成NW－NWW方向的小褶皺及斷裂，F1正斷層是在這個時期形成的。這些斷層在形成為壓扭性斷層，對瓦斯起到封閉的作用，同時由于煤體受到擠壓，會對煤層結構產生破壞作用，有利于瓦斯的保存，到了后期應力場的轉變，斷層由壓扭性逆斷層轉變為高角度的正斷層，這對瓦斯的釋放有一定的作用，但是由于斷層附近煤層結構發生破壞，并在一定范圍內產生應力集中，這些區域仍是瓦斯的富集區。在F2正斷層附近實測中，在距斷層面100m的范圍內，瓦斯含量相對高于其他區域，同時，越靠近斷層面，瓦斯含量有變高的趨勢（見圖2）。在斷層附近尤其是構造復合部位，是瓦斯賦存條件較好的部位，在進行開采時應得到足夠的重視。

1.4煤層埋藏深度對瓦斯賦存的影響隨著煤層埋藏深度的加深，煤層所承受的應力也增大，而應力增大會降低煤層的滲透性，煤層滲透率低會導致瓦斯在煤層中運移能力降低，煤層也就有利于瓦斯的保存[7]。同時隨著煤層埋藏深度的增加，煤層瓦斯吸附能力增強，瓦斯向地表運移的距離相應也增大，因而埋深的增加有利于瓦斯保存的[8]。以井田內3號煤層為例，依據井下實測瓦斯含量資料和地質勘探時期測定瓦斯含量資料，在斷層影響帶之外，對煤層埋深和瓦斯含量進行了回歸，得到煤層瓦斯含量與埋深的關系（見圖3）。從圖3可看出，煤層瓦斯含量與煤層埋深相關性系數R達到0.883，相關性很顯著，瓦斯含量是隨著煤層的加深而增大的，瓦斯含量增長梯度為1.04m3/t/100m。煤層埋深是本井田瓦斯含量分布的主控因素。

2結束語

（1）從區域性上受構造演化的控制，本礦區經歷了印支、燕山、喜馬拉雅三次大的構造運動，經歷了深層變質作用及區域熱變質作用，煤層變質程度高，并經歷了兩次生烴階段，瓦斯產氣量大，瓦斯吸附能力強，區域內煤層瓦斯含量較高。（2）受地質構造的控制，在斷層附近一定范圍內是瓦斯富集區，尤其是兩個方向的向斜構造復合部位，是瓦斯賦存條件最好的部位，瓦斯含量相對要大些。當開采到在這些區域時應引起足夠重視，加強對瓦斯的監測監控。（3）煤層瓦斯含量隨著煤層埋深的加深而增大的規律顯著，煤層埋深是本井田瓦斯含量分布的主控因素。開采深部的煤層時，瓦斯涌出會增大，在開采過程中必須重視瓦斯的監測與防治工作，確保煤礦的安全生產。

作者：李祝單位：山西省地質礦產研究院