新密市煤矿区瓦斯地质规律及分布特征研究

吕乐乐 宋清坤

（河南省煤田地质局二队，河南 洛阳471023）

新密煤田位于河南省中部嵩山东麓，隶属新密市。东北距郑州市40 公里。东西长约44km，南北宽约35km，面积6501km2。新密市煤矿区是以新密煤田为主体，北跨荥巩煤田三李井田、南跨登封煤田郜成井田，主采煤层为二叠系下统山西组下部的二1 煤层（全部可采），个别矿井开采或兼采石炭系上统太原组底部的一1 煤层（大部可采）及二叠系上统上石盒子组（P2s）七煤段的七4 煤层（局部可采）。

1 矿区瓦斯地质规律

依据矿区构造发育特征及瓦斯赋存特征，西段以樊寨断层，东段以超化断层为界划分南、北2 个构造及瓦斯分区。由于两区内构造及瓦斯分布特征的差异，又分为5个小区，其中，北区分为3 个小区（I、米村～王庄区，II、任岗～三李区，III、裴沟区）；南区分为2 个小区（IV、平陌～超化区，V、关口区）。分述如下：

1.1 北区瓦斯赋存规律

位于新密向斜北翼，西以闫家门断层为界，东止于二1 煤层-800m 煤层底板等高线，北以二1 煤层露头及三李断层为界，南以樊寨、超化断层为界。总体为一向南至南东倾斜的单斜构造。区内以北西向正断层为主，倾向北及北东，呈密集的阶梯状，并伴有少量的小褶曲；断层多为张扭性断裂，裂隙发育，延展性好，不利于瓦斯的聚积，瓦斯含量小，二1 煤层露头一线暴露程度也较好，使二1 煤层风化带较深，瓦斯逸散条件较好。区内二1 煤层埋深0～1200m，一般煤厚4～6m，煤类为无烟煤和贫煤，南部局地有贫瘦煤。西段位于新密倾伏向斜的仰起端，煤层埋深浅，0～400m，瓦斯小；东段位于新密向斜的倾伏端，煤层埋深0～1200m，煤层埋藏、瓦斯赋存条件优于西段，瓦斯含量相对较大，高瓦斯矿和突出矿井也多分布于东段。二1 煤层为构造煤，全层发育，破坏类型为III、IV、V。

根据北区构造及瓦斯分布特征，3 个瓦斯地质单元或小区，I、米村～王庄区，II、任岗～三李区，III、裴沟区的构造、瓦斯分布特征及规律分述如下：

I 米村-王庄区

位于新密市的西部，新密向斜北翼西端，总体为一向南倾斜的单斜构造。区内以北西向正断层为主，断层倾向北东，并呈阶梯状，区内伴有少量的小褶曲。断层多为张扭性正断层，不利于瓦斯的聚积；二1 煤层露头一线暴露程度较好，为瓦斯的逸散提供了较好的通道。本区二1 煤层为无烟煤，局部有小范围的贫煤，生气条件优越，CH4含量1.33～7.43m3/t。煤层埋深0～400m，一般煤厚6m 左右，局部有特厚煤层。瓦斯风化带在煤底标高+150～±80m 之间，CH4成分小于80%，CH4含量在2～4 m3/t之间（表1）。本区瓦斯赋存规律，总体为随煤层埋深的增加瓦斯增大，但在断层附近瓦斯明显降低，在小的褶曲即向斜轴部瓦斯较大，小的背斜轴部瓦斯无明显变化，局部的特厚煤层处瓦斯较大。

表1 米村-王庄矿区矿井瓦斯监测表

II 任岗-三李区

位于新密市东北部，新密向斜北翼，总体为向南东倾斜的单斜构造。区内以北西向正断层为主，伴有少量北东向正断层和少量的小褶曲构造。北西向断层呈阶梯状向北～北东倾斜。南部正断层间有重力滑动构造。诸断层多为张扭性正断层，断层带及断层附近地层裂隙发育，为瓦斯逸散提供了通道，不利于瓦斯的聚积，二1 煤层露头一线，出露较好，也为瓦斯逸散提供了有利条件。本区二1 煤层为无烟煤，局部有小范围的贫煤，生气条件优越，CH4含量0.06～16.86m3/t（表2）。一般煤厚4m 左右，并呈北薄南厚变化趋势，煤层埋深0～1200m。瓦斯风化带在煤底标高+100～±0m 以浅区段。本区瓦斯赋存规律，总体随煤层埋深的增加瓦斯增大，但在断层附近瓦斯明显降低，断层稀疏区段瓦斯大，稠密区段瓦斯小；在小的断层或断层的尖灭处，瓦斯会有聚积，在小的向斜轴部瓦斯较大，小的背斜轴部无明显变化。煤层顶板为泥质岩类处，瓦斯较大，砂岩顶板瓦斯较小；局部特厚煤处瓦斯较大。本区构造复杂程度中等，局地受构造等影响，有高瓦斯带。

表2 任岗-三李矿区矿井瓦斯监测表

III 裴沟矿区

位于新密市东南部，北为任岗-三李区，两区以七里岗断层为界。区内主要构造为浮沱背斜，轴向北西，北东翼被东西向断层切割，西南翼保留较完整，地层走向北东，倾向南东，倾角10～20°，并伴有小型褶曲，区内断层主要分布于矿区浅部，山西组下部有重力滑动构造。二1 煤层露头一线暴露较好。二1 煤层埋深0～1000m。二1 煤层为贫煤，局部有小范围无烟煤，煤厚6m 左右，生气条件优越。CH4含量1.86～12.76m3/t。本区瓦斯风化带位于+120～+10m 煤底标高以浅，CH4含量在2～4 m3/t 之间。本区浅部有煤层露头，张性断裂，瓦斯逸散条件好，瓦斯小，多位于瓦斯风化带内；深部构造简单，无大型断裂构造，瓦斯赋存条件较好，含量大。总体瓦斯随深度增加而增大，在接近褶曲和小断层附近瓦斯变化较大，如：桧树亭、安泰、裴沟等矿较为明显。由于滑动构造的影响，煤厚变化大，短距离增厚变薄或铲失，在厚煤带瓦斯大，薄煤带瓦斯小。瓦斯赋存的不均衡性明显（表3）。

表3 裴沟矿区矿井瓦斯监测表

1.2 南区瓦斯赋存规律

位于荥密和风后岭背斜的次级褶曲内，北以樊寨断层、超化断层为界，南以新庄断层为界；西以大冶一线二1 煤层露头为界，东止于二1 煤层-800m 等高线。区内主体构造为超化背斜、大冶向斜、关口向斜。区内断裂构造除边界断层外，以北东、北西向逆冲断层为主，主要有龟山、周山、葛沟断层等。地层产状局部陡倾（杨台一线），达70-80°，局部倒转；奥陶系顶部有重力滑动构造。总体位于一近东西向的构造挤压带。二1 煤层埋深0-1100m，一般厚7～8m，煤类为贫煤，局部有贫瘦。瓦斯生成条件优越，构造煤全层发育，破坏类型Ⅳ、Ⅴ。瓦斯赋存条件复杂，瓦斯风化带西段位于+150m 煤底标高以浅，东段位于+50m 煤底标高以浅。CH4含量2-4 m3/t 之间。除二1 煤层露头一带位于瓦斯风化带内瓦斯含量较低外，总体属高瓦斯含量区。

根据南区构造及瓦斯分布特征，又分为2 个小区，即：IV、平陌～超化区，V、关口区。各小区构造及瓦斯分布特征与规律如下：

IV 平陌-超化区

位于新密市的西南部，为荥密背斜南翼的次级褶曲内。区内主要构造为超化背斜和大冶向斜，断裂构造除边界断层外，以逆冲断层为主，为本区的一大特点。地层产状陡倾，杨台一线达70～80°，局部倒转，并发育有超化重力滑动构造，构造复杂，煤厚一般7 ～8m，瓦斯生成和赋存条件优越，CH4含量0.61-13.05m3/t（表4）。二1 煤层埋深0～1100m，煤层露头一线暴露程度较好。低瓦斯区主要沿煤层露头浅部一带分布，瓦斯风化带西段位于+150m 煤底标高左右，东段位于+50m 煤底标高左右，CH4含量2-4m3/t 之间。总体瓦斯分布随深度增加而增大，受构造等因素影响，不均衡分布明显。

表4 平陌-超化矿区矿井瓦斯监测表

V 关口区

位于新密市东南，与平陌～超化区以关口背斜剥蚀区相隔。区内主体构造为关口向斜的北西翼，总体属一单斜构造，地层走向北东，倾向南东，倾角28°左右。煤类为贫煤（PM）与贫瘦煤（PS），二1 煤层厚0.31-20.4m，平 均 4.92m， 煤 层 埋 深100-900m，除边界断层外，主要为超化断层，本区为全掩盖区，二1 煤层瓦斯生、储条件优越。二1 煤层瓦斯风化带位于煤底标高+50m 左右，瓦斯含量2-4 m3/t 之间。CH4含量两极值为1.3-10.48m3/t，瓦斯赋存与埋深及煤厚有较好的正相关关系。瓦斯与埋深的增长梯度为2.19-3.07m3/t·100m；瓦斯压力为0.15-1.477Mpa，总体随深度增加呈跳跃式变化（表5）。

表5 关口矿区矿井瓦斯监测表

本区瓦斯赋存规律，本区构造简单，瓦斯赋存条件有利，总体变化规律为，瓦斯含量、瓦斯压力随深度增加而增大，属高瓦斯含量区。

综上，新密市煤矿区二1 煤层为高变质的烟煤（PS～PM）和无烟煤（WY），生、储条件优越。瓦斯的赋存主要受地质构造控制。北区为一单斜构造，主要受荥密背斜、新密向斜和密集的北西向正断层控制，诸断层呈阶梯式向北倾斜，有利于瓦斯逸散。断层稀疏区瓦斯较大，断层稠密区瓦斯较小，瓦斯随深度变化规律较明显，受新密倾伏向斜影响，西段仰起向东段倾伏，故浅部瓦斯小、深部瓦斯大，西段瓦斯小、东段瓦斯大。局部的小褶曲、小向斜轴部瓦斯大，小背斜瓦斯无明显变化，小断层及断层尖灭处瓦斯大。南区，总体受超化背斜、大冶向斜、关口向斜和多条逆冲断层及超化滑动构造影响和控制，构造复杂。煤厚在8m 左右，瓦斯生、储条件优越，瓦斯含量高。低瓦斯主要分布于煤层露头一线浅部，高瓦斯及突出点主要分布深部及构造的复合部位。

2 矿区瓦斯赋存分布特征

矿区位于风后岭与荥密背斜之间，区内次级褶曲发育，受多期构造运动的影响，不同构造形迹均遍布全区。

北部以密集的北西向断裂为主，伴有规模不等的褶皱及滑动构造，受新密倾伏向斜影响，西段仰起，煤层埋藏浅，瓦斯小，向东倾伏，东段煤层埋藏深，瓦斯较大。总体瓦斯赋存特征为随煤层埋深增加瓦斯增大，断裂构造稀疏区瓦斯大，稠密区瓦斯小，局部受小褶曲影响，瓦斯分布不均衡性明显。本区二1 煤层瓦斯始突标高-186m。

南部受控于荥密和风后岭背斜的次级褶曲，并发育多条较大型逆冲构造及超化滑动构造，为一近东西～北东向的挤压构造带。区内地层产状变化大，局部地层产状达70～80°，区内瓦斯赋存条件优越，而且复杂。高瓦斯矿井、突出矿井多集中于此，瓦斯含量高。瓦斯赋存特征为沿煤层露头一线的浅部小，随深度增加而增大。瓦斯含量分布不均衡性明显，高瓦斯带，煤与瓦斯突出主要位于二1 煤层底板标高-68m 水平以深的构造复合地段和煤厚突变地带。

3 结论

矿区位于风后岭与荥密背斜之间，区内次级褶曲发育，受多期构造运动的影响，不同构造形迹均遍布全区。全区总体瓦斯分布特征为北小南大，西小东大，北区西段为低瓦斯区，东段为中等～高瓦斯区；南区为浅部小，深部大，瓦斯分布不均衡性明显。