影响煤层瓦斯赋存的地质因素分析

李　静

(1.河南理工大学，河南 焦作　454000；　2.晋中职业技术学院，山西 晋中　030600)



影响煤层瓦斯赋存的地质因素分析

李静1,2

(1.河南理工大学，河南 焦作454000；2.晋中职业技术学院，山西 晋中030600)

结合山西焦煤西山煤电集团官地矿的地质条件与瓦斯赋存情况，从地质构造、围岩性质、埋藏深度等方面，分析了影响煤层瓦斯赋存的地质因素，指出煤层的地质条件决定了瓦斯的赋存含量及运移规律。

煤层瓦斯，地质条件，矿井

1　矿井概况

山西焦煤西山煤电集团官地矿位于距太原市西南方17.5km处，汾河西岸的吕梁山脚下，地理坐标为东经112°15′41″～112°24′26″，北纬37°41′50″～37°49′30″，所开采井田南北长约10km，东西宽约13km，井田面积104.497 4km2，现生产能力为5.0Mt/年。

官地井田东部以及东南部的煤层埋藏都比较浅，交通方便, 开采条件好，多沿煤层露头土法开采，本矿采用主平硐、副斜井的联合开拓方式，开采2号、3号、6号、8号、9号煤层，开采深度820m～1 170m，残柱式开采，投资少、工期短、收益快。

2　煤层瓦斯参数及矿井瓦斯等级

2.1煤层瓦斯参数

为了准确掌握矿井煤层瓦斯基本参数，为保证安全生产提供技术依据，2010年集团公司委托重庆煤科院测定了官地矿2号、3号、6号、8号、9号煤层的瓦斯参数。测得瓦斯参数见表1。

表1　各煤层瓦斯参数测定结果

通过对煤层瓦斯参数测定数据进行分析，测定区域的各煤层均处于甲烷带。

2.2矿井瓦斯等级

根据相关规程、规范，在2014年对官地煤矿的瓦斯等级进行了鉴定，该矿井属于高瓦斯矿井。表2为历年矿井瓦斯绝对涌出量和相对涌出量的鉴定结果，从表2中可以看出，矿井的瓦斯涌出量逐渐增大。

表2　历年瓦斯鉴定结果汇总表

3　影响瓦斯赋存的地质因素

瓦斯在煤层中的赋存含量是受多种因素共同作用下的一个结果，结合官地矿的具体地质条件，影响瓦斯赋存的地质因素主要有如下几种。

3.1地质构造

官地煤矿所开采井田属于西山煤田的前山区，井田地层呈单斜构造状态，地层倾向SW、走向NW～SE。井田内褶皱和断层大多为挤压性封闭构造，透气性较差，所以瓦斯含量较其他部位都高；而在陷落柱附近常伴有裂隙，陷落柱内煤、岩块混杂，透气性好，往往将临近煤岩层沟通，使矿井瓦斯涌出量高于其他部位。

3.2围岩性质

瓦斯主要赋存在煤层中，但会向周围岩层发生逸散，而瓦斯逸散的通道主要是围岩中存在的孔隙，所以煤层瓦斯含量受到其周围岩石孔隙发育程度的影响，当围岩孔隙不发育时，围岩的透气性差，隔气性强，瓦斯难以通过围岩，比较容易积存于煤层中；当围岩为砂砾岩等孔隙发育程度高的岩石时，围岩的隔气性差，透气性强，瓦斯在煤层中的积存就会减少。为了反映围岩透气性对煤层瓦斯赋存的影响，常用的指标是煤层围岩的厚度和致密性，例如顶底板泥岩的厚度越大，对瓦斯逸散的阻隔作用越强，致密的顶底板泥岩能起到很好的封盖能力，并限制地下水的运移、渗透，导致地下水的活跃性较弱，水动力条件下降，从而使瓦斯含量增高；顶底板为灰岩时，易被溶蚀导致裂隙十分发育，水动力条件较强，瓦斯就不容易积存在煤层中。

官地煤矿2号、3号、6号、9号煤层顶板均为较致密的泥岩、细砂岩、砂质泥岩，瓦斯容易聚集保存；8号煤层顶板为致密坚硬的石灰岩，对瓦斯的聚集保存也比较有利。

3.3煤层埋深

多年的矿井开采经验表明，随着煤层埋深的加深，瓦斯含量、瓦斯压力、瓦斯涌出量都会增加，而且在瓦斯风化带以下，它们与煤层埋藏深度的关系呈正相关。除了煤体裂隙发育程度、对瓦斯吸附能力、含水性和温度等对煤层中瓦斯含量影响较大外，还有一项主要因素是煤层中的瓦斯压力。瓦斯压力指赋存于煤层孔隙中的瓦斯对孔隙壁的作用力，其大小取决于煤层中所赋存瓦斯的排放条件，而煤层瓦斯的排放条件与煤层自身透气性、地质构造情况有关，又因为煤层瓦斯密度小于空气密度，所以排放出的瓦斯总体上会向上方岩层逸散，所以煤层瓦斯的排放条件还与其上覆岩层的厚度、透气性及含水性有关，例如浅部岩层在构造应力作用下往往裂隙比较发育，瓦斯排放条件好，因此瓦斯压力较低，而随着埋藏深度增加，瓦斯越不容易排放，因此其压力会增大。此外，瓦斯压力与地应力也有关，地应力随深度增加而增加，地应力的增加使得煤体中孔隙趋向闭合，从而使孔隙壁对孔隙中瓦斯的作用力增大，即增大了瓦斯压力。当煤层瓦斯压力大于静水压力时，煤层瓦斯就会向外排放，直至瓦斯压力低于静水压力。与浅部煤层相比，深部煤层的瓦斯排放条件差，瓦斯压力远高于静水压力，所以瓦斯含量和瓦斯涌出量都比较大。

4　结语

影响煤层瓦斯含量的因素除了地质构造、围岩性质、煤层埋深以外还有很多，如煤质、煤层裂隙发育情况、水文地质条件、沉积作用等等，因此掌握矿井的地质条件是研究矿井煤层瓦斯的赋存及运移规律的基础。

矿井瓦斯的形成经历了生物化学成气和煤化变质作用两个阶段，第一阶段由于离地表较近，覆盖层不厚而且透气性好，所以生产的气体大部分散逸到大气中。随着沉积作用的不断进行，上覆岩层越来越厚，透气性越来越差，温度和压力也随之增加，生物化学作用逐渐停止转到煤化变质作用阶段，有机物的挥发分开始减少，固定碳开始增加，主要生成甲烷和二氧化碳，在该阶段，高变质程度的煤层中瓦斯含量也较高。

在成煤过程中，瓦斯会向外逸散，生成的瓦斯量要比煤层中所赋存的瓦斯量高很多，所以煤层瓦斯含量与瓦斯的排放条件有关，瓦斯排放条件越差，煤层对瓦斯的储存条件就越好，瓦斯含量也越高。影响瓦斯排放条件的关键因素有煤层透气性、地质构造、上覆岩层的厚度与透气性等。

综上所述，可以得出，煤层的地质条件决定了煤层中瓦斯的赋存及运移规律。不同矿区、不同煤层的瓦斯含量不同，即使同一矿区、同一煤层的不同地点，由于地质条件的不同，其瓦斯含量也会有所差别，因此研究影响煤层瓦斯赋存的地质因素，是研究矿井瓦斯的基础。

[1]石小光,杨靖，汪新翔.重庆观音峡矿区新店子井田煤层气赋存影响因素及开发模式研究[J].中国煤炭地质，2015，27(6)：26-30.

[2]陈佳.萍乡青山煤矿大槽煤层瓦斯地质特征研究[D].淮南：安徽理工大学，2011.

[3]李万仕.下沟煤矿瓦斯地质规律探讨[J].能源技术与管理，2010(6)：54.

Ongeologicalfactorsaffectinggasoccurrenceincoalseams★

LiJing1,2

(1.Henan University of Technology, Jiaozuo 454000, China;2.Jinzhong Vocational and Technical College, Jinzhong 030600, China)

CombiningwiththegeologicalconditionsandgasoccurrenceofGuandiMineofXishanCoalElectricityGroup,thepaperanalyzesthegeologicalfactorsaffectingthegasoccurrenceofthecoalseamsfromthegeologicalcomponents,propertiesofsurroundingrock,andburialdepth,andpointsoutthegeologicalconditionofthecoalseaminfluencesthegasvolumeandthemigrationlaw.

coalseamgas,geologicalcondition,mine

1009-6825(2016)23-0062-02

2016-06-08

李静(1984- )，女，在读工程硕士，助教

TD712.2

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