李雅庄矿断层构造对瓦斯含量的影响

王汝鑫，秦金辉

（霍州煤电集团公司李雅庄煤矿，山西　临汾　041000）

李雅庄矿断层构造对瓦斯含量的影响

王汝鑫，秦金辉

（霍州煤电集团公司李雅庄煤矿，山西临汾041000）

摘要为分析李雅庄矿断层构造对瓦斯含量的影响，利用瓦斯地质学的基本原理对其影响因素进行了分析，指出地质演化造成了李雅庄矿特有的瓦斯状况，而断层构造是导致李雅庄矿高瓦斯的主要因素。通过分析地质构造对瓦斯含量的影响，提出针对性的瓦斯治理方案，提高瓦斯治理效果。

关键词李雅庄；地质演化；断层；瓦斯含量

对瓦斯地质的研究，国内外有关学者经过多年的探索，取得了丰富的理论成果，并用于现场实践，指导瓦斯治理工作。

国外有关学者早在20世纪20年代就进行了相关研究，认为瓦斯的赋存受地质因素的控制，指出矿区构造运动一方面对煤层瓦斯的生成条件有影响，另一方面与瓦斯的保存条件也有关系［1－3］。

国内有关学者自20世纪40年代以来对瓦斯地质进行了持续的研究，编制了不同比例的全国瓦斯地质图，揭示省区、矿区、矿井瓦斯赋存构造逐级控制机理、控制规律和瓦斯地质规律，为更深入地揭示瓦斯赋存机理、煤与瓦斯突出机理奠定了坚实基础；为国家瓦斯治理宏观规划、煤层气开发规划，奠定了基础、指明了方向、提供了思路和对策；指出瓦斯地质可用于矿井瓦斯涌出量预测、煤与瓦斯突出机理研究、突出危险性预测、煤层瓦斯含量预测、煤层气资源的综合评价等方面［4－7］，为矿井瓦斯治理提供了科学依据。这些研究大多是针对全国性的高瓦斯矿区，对霍州矿区的瓦斯地质研究不足。通过对李雅庄矿矿区内断层构造的分析，揭示了李雅庄矿断层构造对瓦斯含量的影响作用。

1　井田地质概况

霍州煤电集团公司李雅庄矿位于霍州市，井田位于霍州矿区的北端，属于临汾盆地。李雅庄矿采用斜井—立井联合开拓方式开采，主采2＃煤层。在霍山断裂带的西部和灵石隆起之什林挠褶断裂带的北盘，受到这两个断裂带的共同控制作用。矿区内总体构造以断层构造为主，尤其是小断层构造较多，在矿井内广泛分布，这些断层主要为正断层。褶皱构造在矿井北部和东北部较发育，其他区域发育不明显。陷落柱在矿井内发育不充分。

井田内主要构造以正断层为主，构造线走向以北北东－北东为主，断层落差大，延伸长度大，见图1。

矿井开采区域已揭露的数百条断层中，其断距小于3 m的253条，3～5 m的63条，5～10 m的51条，大于10 m的31条。落差较大的断层具有等距性，大致以300～500 m左右的间隔出现。

2　地质演化对瓦斯赋存的影响

李雅庄矿矿区位于沁水盆地的西部。印支运动时期，沁水盆地晚古生代煤系的埋藏深度持续增大。印支期末到燕山期初，构造整体抬升导致煤系盖层开始遭受剥蚀，燕山期中期，沁水盆地缓慢沉积，燕山晚期至喜马拉雅早期，为持续抬升阶段。整个盆地长期处于隆升状态，煤系及其上覆地层遭受严重剥蚀，导致瓦斯大量散失。喜马拉雅运动中—晚时期，构造分异重新加剧，导致局部地区快速沉陷，煤层埋深再度加大，有利于瓦斯气体的继续保存。大部分地区基本保持稳定或略有沉降或始升，瓦斯的保存状况更为明显地受到其它地质因素的影响。该区独特的沉积构造发展史，决定了李雅庄现今特有的瓦斯状况。

图1　矿井已揭露断层玫瑰花图

3　地质构造对瓦斯赋存的影响

地质构造中的断层使煤层的连续完整性遭到了破坏，导致煤层中瓦斯的赋存状况也随之发生变化。由于断层构造形式的变化，对煤层瓦斯保存及释放的影响也是截然不同的。挤压应力作用产生的压扭性裂隙与断裂，通常闭合程度高，瓦斯运移相对比较困难，再加上挤压作用，使围岩及煤层的致密性增大，阻碍瓦斯向地表逸散；张应力作用下形成的张性裂隙和断层，则促进煤层瓦斯的释放［8］。

总的来说，开放性断层不利于瓦斯保存，封闭性断层则阻碍瓦斯排放，成为瓦斯逸散的屏障层，对瓦斯保存起到良好的保护作用。和太行山东麓各矿区一样，大的、开放性的断层是瓦斯散失的通道，这是本区瓦斯偏低的原因之一。但小断层却对瓦斯赋存有利。

李雅庄矿处在霍山断裂带的西部和灵石隆起之什林挠褶断裂带的北盘，受到这两个断裂带的共同控制作用。什林挠褶断裂是一条左旋正倾滑断层，李雅庄至高王庄为中段，走向N60°E，断面南倾。井田大部正处于什林挠褶断裂带下降盘，埋深较大，且接近地下水滞留区，所以有利于瓦斯的富集。

矿区内北部边界处发育有两对紧密相连的北北东向褶曲，即东庄背斜和冯南垣向斜，陈下白道背斜和家洼村东向斜，南部地区有一对北西向背斜构造。井田东北部F45边界断层以外，有数条近东西向的小型背向斜构造，其性质不同，特征各异。根据瓦斯运移规律，在向斜的两翼及背斜的轴部，瓦斯将大量富集。

矿区发育小断层，断距多在20 m以内。而煤层平均厚度在2．65 m，顶板泥岩、砂岩平均厚300余m；底板泥岩、砂岩平均厚20余m。在进行分析的过程中发现，断层附近瓦斯含量有明显的增大，这说明虽然本井田断层多以正断层为主，但大多数不是瓦斯溢出的通道，而是形成了良好的封闭，将瓦斯储存起来。

井田内的褶曲发育于单斜构造中，属于次级褶曲构造。次级背斜幅度小，多为缓波状褶曲，两翼产状缓，轴部裂隙不发育，有利于形成小型构造圈闭，往往是瓦斯局部富集地段。

4　断层构造对瓦斯含量的影响

通过上述分析可知，在李雅庄井田范围内断层构造发育较多，褶皱构造较少。在已揭露的断层中以正断层为主，而大的、开放性的断层不利于瓦斯的储存，理论上在整个矿井范围内瓦斯含量应不高。但是矿井内多为落差在3 m范围内的小断层。在小断层情况下瓦斯溢出后不能向煤层上方继续运动，而在煤层上方小范围内积聚，从而造成矿井瓦斯含量偏高。

经上述分析可知，在李雅庄井田内瓦斯的含量与小断层的落差关系密切。为了验证上述分析，对李雅庄煤矿2＃煤层断层落差与瓦斯含量进行了统计，见表1。

表1　2＃煤层断层落差与瓦斯含量统计表

由表1可见，回归分析瓦斯含量（y）与其附近断层落差（x）的关系见图2，线性相关性较好，煤层附近断层落差的变化对瓦斯含量的影响明显。相关回归系数R＝0．953 7。建立了如下数学模型：

y＝0．190 9x＋5．514

式中：

x—煤层中的断层落差，m；

y—瓦斯含量，m3／t；

R—相关回归系数。

图2　断层落差与瓦斯含量的关系散点图

由图2可见，随着小断层断距的增加，瓦斯含量也随着增加。说明在李雅庄矿一定落差范围内的小断层附近瓦斯含量显著增加，是瓦斯的主要积聚源，也是导致李雅庄矿高瓦斯的主要因素。在开采过程中应加强地质勘查工作，掌握各断层的分布和发育情况，遇断层时及时制定相应的瓦斯防治措施，防止瓦斯事故的发生。

5　结　论

1）通过对李雅庄矿井田范围内的地质演化情况的分析，指出该区独特的沉积构造发展史，决定了李雅庄现今特有的瓦斯状况。

2）分析了地质构造对瓦斯赋存的影响，认为断层构造中的小断层是造成李雅庄矿高瓦斯的主要因素。

3）在李雅庄井田内瓦斯含量随着小断层落差的加大增大。

4）在开采过程中应加强对小断层构造的详查工作，以便制定针对性的瓦斯防治措施。

参考文献

［1］B．M．吉马科夫．为解决采矿安全问题而预测含煤地层瓦斯含量的地质基础［G］．第十七届国际采矿安全研究会议论文集．北京：煤炭工业部科技情报所，1980：79－80．

［2］K F，GAYERR．The impact of tectonic deformation upon coal seams＇in the South Wales coalfield，UK［J］．Int J．Coal Geol，1999（38）：297－332．

［3］BIBLER C，MARSHALL J．PILCHER．Status of worldwide coal mine methanee mission sanduse R C［J］．Int J Coal Geol，1998（35）：283－310．

［4］杨力生．全国煤矿瓦斯地质编图研究成果初步总结［J］．焦作工学院学报，1997（2）：10－14．

［5］张子敏，郭德勇，张子戌．瓦斯地质基础与应用研究［M］．徐州：中国矿业大学出版社，2011：8．

［6］张子敏，吴吟．中国煤矿瓦斯赋存构造逐级控制规律与分区划分［J］．地学缘，2012（3）：20－28．

［7］张子敏．基于煤矿瓦斯灾害防治的瓦斯地质理论与方法［J］．中国科技论文在线，2010（4）：22－25．

［8］崔洪庆，姚念岗．不渗透断层与瓦斯灾害防治［J］．煤炭学报，2010，35（9）：1486－1489．

中图分类号：TD712＋．2

文献标识码：A

文章编号：1672－0652（2014）01－0048－03

收稿日期：2013－11－26

作者简介：王汝鑫（1986—），女，辽宁抚顺人，2009年毕业于大连民族学院，助理工程师，主要从事煤矿瓦斯基础参数测定工作（E－mail）jinhui466＠163．com

The Influence of Faults Structure on the Gas Content in Liyazhuang Coal Mine

Wang Ru－xin，Qin Jin－hui

AbstractFor analyzing the influence of faults structure on the gas content in Liyazhuang coal mine，using the basic principle of gas geology studied its influencing factors，points out that the geological evolution caused Liyazhuang coal mine the unique situation of gas，while faults structure is the main factor that led to Liyazhuang coal mine high gas．By analyzing the influence of faults structure on the gas content，puts forward the targeted gas control programs，and improves the gas control effect．

Key wordsGeological evolution；Faults structure；Gas content