基于瓦斯地质单元划分的邹庄矿82煤层瓦斯赋存特征研究

宋益东 ，高建宁 ，张 也

(1.煤矿安全技术国家重点实验室， 辽宁 抚顺市 113006；2.煤科集团沈阳研究院有限公司， 辽宁 抚顺市 113122；3.河南理工大学，河南 焦作市 454000)

研究井田地质构造与瓦斯赋存特征是煤层瓦斯赋存规律的主要研究内容，在此基础上进行煤层瓦斯含量预测，可以有效提高预测的精度[1-3]。本文利用地勘期间钻孔资料，结合井田地质构造特征，划分矿井瓦斯地质单元，预测煤层瓦斯含量，以实现矿井安全生产。姜家钰[4]等利用矿井瓦斯涌出量反推煤层原始瓦斯含量；曹运兴，雷东记等[4-7]通过划分瓦斯地质单元，进行煤与瓦斯突出预测，有效提高了预测的准确性。

本文以安徽邹庄煤矿井田82煤层为例，以探采对比法修正地勘瓦斯含量为手段，以研究井田地质构造及其演化特征为基础，得到较为准确的煤层瓦斯含量，实现煤层瓦斯异常区预测研究的目的。

1 矿井瓦斯地质概况

井田位于淮北煤田东南部，处于北东向的双堆断层、南坪断层所夹持的断块内。区内总体构造形态为一较宽缓轴向北东向西南仰起的向斜，其东翼被双堆断层切割，西翼被南坪断层及F25断层所夹一系列断层切割，区内断层较为发育。在向斜轴部及东西两翼瓦斯含量较大，构造应力集中，煤与瓦斯突出危险性较大；井田瓦斯赋存受断层影响明显，在F22断层和F51断层夹持的区域和DF26以东区域，构造煤厚度较大，且构造煤厚度变化明显，特别是在F51、DF25、DF26、DF27附近，瓦斯含量普遍偏高。受F25断层及南坪断层的抬升作用，井田西部和南部煤层出露，瓦斯含量较低。DF35断层可能以拉张作用为主，有利于瓦斯释放，断层周围瓦斯含量较低。

2 82煤层瓦斯地质单元划分

2.1 地勘钻孔瓦斯含量分布特征

从煤层瓦斯含量的区域分布而言，本煤田在中部、东北部及F25、F26逆断层的下盘瓦斯含量高；从煤层瓦斯含量随埋藏深度的变化特征而言，深部煤层的瓦斯含量明显增加，局部有瓦斯富集的可能。

大量研究表明，地勘期间瓦斯含量与煤层原始瓦斯含量相比较明显偏低，其原因一是地勘期间大多数采用套管取芯，所取煤芯深度越深，煤芯暴露时间越长，估算的瓦斯损失量越不准确。原因二为地勘瓦斯测定时存在人为读数误差或在装样过程中很容易混入水和矸石，直接导致地勘瓦斯含量测定失败或测定结果偏低[3]。

《煤田地质与勘探》的《基于探采对比的煤层瓦斯含量分析及预测》的修正系数见表1[4]。

表1 地勘瓦斯含量修正系数取值

2.2 瓦斯地质单元划分

结合煤层赋存特征、顶底板岩性、煤层埋深、岩浆侵入、构造煤发育等情况，充分结合前人的划分思想并结合生产实际，以F25、F120、DF17、F26、F22断层和-720 m水平大巷和34轨道大巷为界，将邹庄井田82煤层划分成5个瓦斯地质单元。Ⅰ单元 DF17以西和 34轨道大巷以南煤层主要受 F25断层控制，瓦斯赋存主要受上覆基岩厚度的影响；Ⅱ单元F26断层以西，DF17以东和-720 m水平大巷以南煤层主要受DF35断层的控制，瓦斯含量较低；Ⅲ单元 F26断层和双堆断层所夹持的区域，处于双堆断层下降盘，受断裂构造影响较大，构造煤发育，瓦斯含量较高；Ⅳ单元南坪断层以东，F22断层以西和-720 m水平大巷、34轨道大巷以东，断层、构造煤发育，尤其在F51、F22断层以及-720 m水平大巷夹持的区域即向斜轴部及较缓的东翼受地质构造、埋深等影响，瓦斯含量最大，煤与突出危险性最大（见图1）；Ⅴ单元：F24断层和南坪断层所夹持区域，构造煤层发育，厚度相对稳定，受F120断层和风化带影响，瓦斯含量低。

图1 邹庄井田82煤层瓦斯地质单元划分

3 82煤层瓦斯赋存特征

依据井田构造特征，结合瓦斯赋存规律划分的5个瓦斯地质单元，各单元瓦斯赋存与分布具有明显的分区性，具体如下：

（1）Ⅰ单元瓦斯含量见图2、图3，表2，瓦斯含量8 m3/t的临界标高为-453 m，以深具有煤与瓦斯突出的危险。

图2 煤层底板标高与Ⅰ单元瓦斯含量的关系

图3 煤层底板标高与Ⅰ单元瓦斯含量（修正）的关系

表2 瓦斯地质单元Ⅰ瓦斯含量预测值

（2）Ⅱ单元瓦斯含量见图4、图5，表3，瓦斯含量8 m3/t的临界标高为-929 m，以深具有煤与瓦斯突出的危险。

图4 煤层底板标高与Ⅱ单元瓦斯含量的关系

（3）Ⅲ单元瓦斯含量见图6、图7，表4，瓦斯含量8 m3/t的临界标高为-735 m，以深具有煤与瓦斯突出的危险。

（4）Ⅳ单元瓦斯含量见图8。

由方程可得，煤层底板标高-520 m处的瓦斯含量趋势值是8 m3/t。

图5 煤层底板标高与Ⅱ单元瓦斯含量（修正）的关系

表3 瓦斯地质单元Ⅱ瓦斯含量预测值

图6 煤层底板标高与Ⅲ单元瓦斯含量的关系

图7 煤层底板标高与Ⅲ单元瓦斯含量（修正）的关系

表4 瓦斯地质单元Ⅲ瓦斯含量预测值

（5）Ⅴ单元瓦斯含量见图9、图10、表5，瓦斯含量8 m3/t的临界标高为-676 m，以深具有煤与瓦斯突出的危险。

图8 煤层底板标高与Ⅳ单元瓦斯含量（修正）的关系

图9 煤层底板标高与地勘钻孔瓦斯含量的关系

图10 煤层底板标高与地勘钻孔瓦斯含量（修正）关系

表5 瓦斯地质单元Ⅴ瓦斯含量预测值

4 结 论

邹庄井田瓦斯赋存受构造逐级控制，处于淮北煤田的构造复杂区，瓦斯赋存主要受南坪向斜控制，受双堆断层、南坪断层的影响。并且煤井瓦斯赋存具有分区分带性特征，通过对瓦斯赋存规律研究，对煤井进行了瓦斯地质单元划分，分析了5个瓦斯地质单元的瓦斯赋存特征，及各个单元内瓦斯赋存的主控因素，预测了瓦斯含量，据此进行了煤与瓦斯突出危险性评估，并判识了Ⅳ单元煤与瓦斯突出危险性大。