丰城矿区B4煤层瓦斯赋存及分布规律研究

邹爱国

（安源煤业集团股份有限公司，江西 南昌 330028）

丰城矿区位于江西省中部丰城市境内，中心位置距丰城市城区约10 km，东起罗湖，西至云庄；北起煤层露头，南止B4煤层-1 050 m煤层底板等高线。矿区东西走向长20 km，南北宽10 km，面积约200 km2，区内主采煤层为龙潭组老山段B4煤层。

从煤田地质勘探资料和历年的开采实践可知，丰城矿区B4煤层瓦斯分区现象明显，北部（B4煤层底板标高-200 m以浅），南部（B4煤层遭红层剥蚀线附近）为低瓦斯区［1］。随着开采深度的增加，煤层由浅部向深部依次为低瓦斯区、高瓦斯区、煤与瓦斯突出危险区。丰城矿区B4煤层瓦斯含量形成这种规律性分布的分区特征，主要是由成煤环境和地质构造等因素综合控制的结果。本文就丰城矿区地质勘查和开采实践，对矿区B4煤层瓦斯分区特征和规律进行分析和总结。

1 瓦斯赋存构造逐级控制特征

1.1 断裂构造对B4煤层瓦斯赋存的影响

丰城矿区总体呈一宽缓状向斜构造，区内断裂构造复杂程度有明显的差异性，且分区特征明显［2-3］。总体上看，区内向斜南翼自东向西断层规模和密度呈增加趋势；从空间上看，东侧构造较简单，西侧较复杂。向斜北翼从浅部生产矿井和原始地质勘探资料可知，地质构造东、中部较简单，至西部趋复杂。丰城矿区中部坪湖煤矿、建新煤矿、曲江矿井断层较少，且多发育为正断层，呈北东走向；矿区西部的云庄煤矿、尚庄二井、丰龙煤矿、巷口煤矿一带断层发育，走向呈南北向，且多发育为正断层，区内形成多个“地堑”或“地垒”构造；矿区内发育的这些断层大多是张性正断层。这些开放的张性正断层对B4煤层瓦斯的逸散较为有利，为B4煤层原始瓦斯逸散提供了便利通道，导致断层附近B4煤层瓦斯含量相对较低。但随着开采深度的增加，煤层底板等高线-450 m以深的张性正断层附近，往往也是高应力瓦斯富集区。其原因主要是断层裂隙带煤岩层比较破碎，裂隙发育，利于瓦斯聚集；由于煤层埋深增加，地应力增大，聚集在断层带附近的瓦斯较浅部难以逸散，导致断层附近B4煤层瓦斯含量较高。

但本矿区的西部亦发育一些小的逆断层，如丰龙煤矿25.270 1 孔。这类小的逆断层多呈压性结构，断层上盘的B4煤层与断层下盘透气性很差的老山中亚段泥岩或泥质页岩相接触，对瓦斯气体起到封闭作用，导致逆断层附近B4煤层瓦斯相对富集。因此，石上煤矿25.2701 孔比其它同类条件下B4煤层埋深相近的钻孔（如2701 孔）瓦斯含量普遍要高3～5 m3/t。

1.2 褶皱构造对B4煤层瓦斯赋存的影响

含煤地层在地质构造运动的影响下，必然要产生形变，使得煤层的埋藏深度和产状发生变化。褶皱构造的向斜或背斜的轴部是良好的储气构造，此处的B4煤层容易聚集大量的煤层气，瓦斯含量较高［4］。

本矿区B4煤层的埋深与瓦斯含量之间关系较密切，煤层埋藏越深，瓦斯含量就越高，曲江矿井钻孔中的B4煤层瓦斯测试结果可明显地反映出这一特征，见表1。

表1 曲江矿井部分钻孔煤层瓦斯测试成果

2 矿区瓦斯地质规律

2.1 煤化作用程度对煤层瓦斯赋存的影响

根据原江西省煤田地质局提交的 《煤炭地质勘探阶段瓦斯评价的研究》科研成果报告，二叠系龙潭组乐平煤系B4煤层在本区煤化作用程度和瓦斯含量的关系见图1。

图1 挥发分（Vdaf）与煤层瓦斯含量（乐平组B4煤层）关系

由图1 可知：

当Vdaf＜3%、Vdaf＞32%时，为低瓦斯含量域。当Vdaf＜3%时，Vdaf与煤层瓦斯含量多呈正相关；当Vdaf＞32%时，Vdaf与煤层瓦斯含量多呈负相关。

当Vdaf介于3～32%间时，Vdaf与瓦斯含量呈不对称的“钟形”，拐点约在Vdaf为5.20%处。当Vdaf小于5.20%（相当于二号无烟煤）时，二者呈正相关，当Vdaf大于5.20%时二者多呈负相关。

江西乐平组B组煤层煤种为焦煤、焦瘦煤、瘦煤、贫煤、三号无烟煤、二号无烟煤，开采时基本上为高瓦斯和煤与瓦斯矿井；煤种为气煤、气肥煤、肥煤、1/3 焦煤、一号无烟煤，开采时为低瓦斯矿井。

2.2 煤层围岩岩性对煤层瓦斯赋存的影响

丰城矿区龙潭组（除官山段地层）属于浅海—障壁海岸沉积体系，岩性组合以砂岩、粉砂岩、泥岩、细砂岩、炭质泥岩互层，并含主要可采B4煤层。该沉积体系形成的岩层渗透性差，特别是位于B4煤层之上的老山中亚段泥岩，厚度为83～91.5 m，岩层封闭性好，透水透气性差，对B4煤层的瓦斯封盖能力强，使煤层瓦斯不易扩散，有利于B4煤层的瓦斯赋存。

2.3 水文地质条件对煤层瓦斯赋存的影响

水文地质条件对煤层瓦斯赋存的影响，主要表现在：（1）煤体或裂隙表面因为水的赋存，挤占了瓦斯聚集的空间，排除了其表面的游离态瓦斯，减弱了煤层的储气能力；（2）地下水对煤层中的瓦斯有溶解作用，使一部分瓦斯气体溶解在水体中，同时由于地下水的流动也将一部分瓦斯随水流被带走，从而降低了煤层瓦斯含量；（3）当煤层被开采时，采动裂隙中地下水的活动破坏了储层对瓦斯的封闭，为煤层的瓦斯逸散打开了通道、创造了条件。

大量采探资料也证实了水文地质条件对瓦斯赋存的影响。如丰城矿务局坪湖煤矿东部边界，B4煤层与覆盖于其上的侏罗纪砂岩含水层属于不整合接触，B4煤层直接与砂岩含水层接触，受侏罗纪含水层长期渗透的影响，B4煤层的瓦斯含量相对较低；再如丰城矿区龙潭组C组煤层，由于上覆地层长兴灰岩的岩溶水对C组煤层的影响，使其煤层瓦斯含量也较低。开采C组煤层的矿井均为低瓦斯矿井，而丰城至高安一带开采B4煤层的矿井多为煤与瓦斯突出矿井。

2.4 煤层厚度对煤层瓦斯赋存的影响

煤层厚度与瓦斯含量关系密切，煤层厚度越厚，其瓦斯含量就越高。当煤层厚度发生变化时，煤厚变化区域的煤层瓦斯含量也会出现增高的趋势。原因是当煤层厚度发生变化时，煤体内瓦斯沿煤层逸散时，由厚煤层至薄煤层（或者由薄煤层至厚煤层）处，存在瓦斯富集“瓶颈效应”，出现瓦斯聚集区，因而表现出煤层瓦斯含量与煤层厚度有较密切的关系，这一特征在本矿区表现比较明显，见表2。

表2 丰城矿区煤层瓦斯与煤层厚度关系

2.5 剥蚀强度对煤层瓦斯赋存的影响

区域性的地质构造运动，对煤层及其上覆地层的岩性组合和厚度起控制作用。

煤系地层因区域性的升降运动，被抬升的范围和高度以及遭受剥蚀时间的长短等，都直接影响着瓦斯风化带的发育程度。在丰城矿区曲江—石上向斜的南翼，由于B4煤层煤系地层在古地史时期曾被强烈抬升并暴露地表被剥蚀过，大量瓦斯被逸散，因而出现了B4煤层瓦斯含量较低，与该矿区北翼B4煤层同等埋深煤层瓦斯含量高呈现出不同的特征；矿区南翼位于B4煤层古瓦斯风化带附近的907、1301、1704、1902、2103、2501、2701 等钻孔，其煤层埋藏深度在570.50～835.90 m，但瓦斯含量都小于4 m3/t，比矿区北翼相同埋深的B4煤层瓦斯含量要低得多。

3 预测矿井瓦斯涌出量

1）矿井瓦斯相对涌出量随着煤层埋深的增加而增加，且二者相互关系呈正相关，煤与瓦斯突出强度亦随着煤层埋深的增加而增大。

2）煤层变厚、构造相对简单部位瓦斯涌出量大。

3）丰城矿区B4煤层变质程度由东向西渐趋增高，由东向西煤与瓦斯突出强度有增强的特征。

4）煤与瓦斯突出大多发生在煤层比较松软，即断层构造煤发育、地应力增大处，且逆断层附近发生煤与瓦斯突出的机率较正断层附近高。

5）煤层厚度急剧变化增厚的煤包处发生煤与瓦斯突出的可能性较大；向斜、背斜轴部也是煤与瓦斯突出的高发区域。

6）煤层顶底板岩性为粉砂岩、泥岩、页岩且厚度大的区域，其封闭性好，不利于瓦斯逸散，常造成瓦斯富集，该区域煤层突出危险性越大。

4 结语

丰城矿区B4煤层瓦斯分区特征明显，分析其原因，主要是受地质构造、成煤过程中的变质作用、煤层围岩沉积环境及岩性、水文地质条件、煤层厚度、剥蚀强度等因素综合控制的结果。通过研究该矿区B4煤层瓦斯赋存规律及分布特征，为矿区开采B4煤层的矿井治理瓦斯和安全生产提供科学依据。