瓦斯地质规律的研究对防治煤与瓦斯突出的意义

瓦斯地质规律的研究对防治煤与瓦斯突出的意义

发表时间：2018-01-26T15:52:20.607Z 来源：《防护工程》2017年第27期作者：梁凯

[导读] 在煤矿生产中，煤与瓦斯突出是一种特殊的瓦斯涌出现象，煤与瓦斯突出是井工煤矿五大自然灾害之一。

神华集团乌达五虎山矿业有限责任公司内蒙古乌海 016040

摘要：在煤矿生产中，煤与瓦斯突出是一种特殊的瓦斯涌出现象，煤与瓦斯突出是井工煤矿五大自然灾害之一。虽然它每次发生之前都会出现征兆，但由于每次征兆不管是在方式上还是时间上都会有所不同，所以矿井煤与瓦斯突出事故常会造成井下作业人员伤亡。因此，为了降低矿井中煤与瓦斯突出事故发生的概率，有必要对煤层瓦斯地质规律进行探寻、分析，进而对煤与瓦斯突出加以控制。

关键词：煤层地质结构煤与瓦斯突出控制

瓦斯地质规律是指揭示瓦斯与所有地质因素之间内的联系的规律。瓦斯是生于煤层、储存于煤层或围岩中的气体地质体，只要开采煤炭就会有瓦斯涌出。它的生成条件、运移规律以及赋存、分布规律都受着极其复杂的地质作用控制。因此，研究瓦斯地质规律是进行煤与瓦斯区域突出危险性预测和瓦斯涌出量预测的关键，同时也是瓦斯地质图编制的基础。

矿井瓦斯含量主要受煤层变质程度、埋藏深度、上覆地层有效厚度、煤层顶底板岩性、煤厚、地质构造、水文和等综合因素的影响。

一、煤与瓦斯区域突出危险性预测

瓦斯地质研究的实践认为，煤层瓦斯含量高是发生煤与瓦斯突出的基础；一定厚度的构造煤是发生煤与瓦斯突出的必要条件；压性、压扭性构造带是发生煤与瓦斯突出的有利地带；构造应力相对集中的地带是瓦斯突出发生的主要位置。

构造挤压、剪切作用会使煤体结构发生不同程度的脆韧性破坏，形成构造煤。不同级别的构造活动和构造应力场控制着构造作用的范围和强度，也就控制着不同区域、不同范围煤层瓦斯的赋存和分布，同时控制着煤层赋存条件、煤体结构破坏的程度和范围，也就是控制着煤与瓦斯突出危险程度和危险区域的范围。

煤与瓦斯突出是一种极其复杂的动力地质灾害，牵涉到复杂的地质因素和开采因素。国内外大量的观测研究表明，所有煤与瓦斯突出都发生在构造煤分层，并且在突出过程中伴随数倍于煤层的原始瓦斯含量的瓦斯喷出，说明构造煤与高能瓦斯和煤与瓦斯突出的关系密切。构造煤是发生煤与瓦斯突出的物质基础，高能瓦斯是发生煤与瓦斯突出的主要能源，一定厚度的构造煤和高能瓦斯赋存是煤与瓦斯突出两个必要条件。地质构造控制着煤层瓦斯的赋存和构造煤分层破坏程度以及厚度分布，控制着煤与瓦斯突出，含高能瓦斯的一定厚度的构造煤为瓦斯突出煤体，高能瓦斯与一定厚度的构造煤的叠加区域即为煤与瓦斯突出危险区。

几乎所有的煤与瓦斯突出都间接或直接地与地质构造有关。板缘构造活动带、造山带、深层构造陡变带、深大断裂活动带、逆冲推覆构造带、强变形带等，是发生煤与瓦斯突出的敏感地带。瓦斯赋存分布是构造演化作用的结果，构造煤的形成和分布是构造挤压和剪切作用的结果。煤与瓦斯突出动力灾害主要发生的构造复杂区和构造发育区。

二、构造对瓦斯赋存的影响

2.1.断层的影响

断裂构造破坏了煤层的连续完整性，使煤层瓦斯运移条件发生变化。断层对瓦斯赋存的影响是多方面的，它不仅对煤层的完整性和瓦斯的封闭条件，而且对煤体结构、煤岩显微特征及煤的渗透率均有不同程度的影响。此外，大量实际资料表明，断裂构造对煤层瓦斯含量也有重要的影响。

断层对瓦斯赋存的影响程度与断层性质及规模有关，从断层性质与瓦斯赋存的关系来看，压性断层(包括逆断层、压性走滑断层或发生反转的正断层)断层面为密闭性，断层面附近成为构造应力集中带，这样可以加大瓦斯压力，使煤层吸附瓦斯量增多，煤层瓦斯含量相对增高，同时由于瓦斯不易透过断层面运移散失而有利于瓦斯的保存。张性断层（正断层、拉张走滑断层或发生反转的逆断层）断层面为开放性，断层面附近由于构造应力释放而成为低压区，煤层瓦斯大量解吸，并从断层面逸散，使煤层含气量急剧下降。但在远离断层面的两侧一般形成两个平行断层呈对称的条带状构造应力高压区，煤层瓦斯含量相对升高，成为阻止煤层瓦斯进一步向断层运移的天然屏障。此外，断层的空间方位对瓦斯的保存或逸散也有影响。一般而言，走向断层能够阻隔瓦斯沿煤层倾斜方向的逸散，而倾向和斜交断层则把煤层切割成互不联系的块体。

因此，不同类型的断层，形成了不同的构造边界条件，对瓦斯赋存产生不同的影响，瓦斯聚集的地方容易发生煤与瓦斯突出。

2.2.褶皱的影响

不同的褶皱类型及其不同构造部位，因为构造应力场的不同，会造成储层原始特征的不同改变，从而对瓦斯的封存与聚集的控制作用也明显不同。背斜构造的两翼与轴部中和面以下为挤压应力场，为高压区。背斜轴部中和面以上为拉张应力场，在其作用下会产生大量的张性裂隙或正断层，造成应力快速释放，为低压区。

因此，在背斜的两翼瓦斯往往能够较好地被封存起来，而在轴部，中和面以上的煤层气会逸散，中和面以下的煤层气则可能会聚集。不过，当煤层埋深较大且顶板为厚层泥岩时，上覆地层应力使泥岩封盖层表现为塑性，不会产生开放性裂隙，顶板仍然保持良好的覆盖性能，两翼煤层中的甲烷向轴部运移，造成煤层的高含气性，当瓦斯压力达到一定程度，极容易发生煤与瓦斯突出。

三、煤变质程度对瓦斯赋存的影响

煤化作用过程中会不断地产生瓦斯，煤化程度越高，生成的瓦斯量越多。即在其他因素恒定的条件下，煤的变质程度越高，煤层瓦斯含量越大。煤的变质程度不仅影响瓦斯的生成量，还在很大程度上决定着煤对瓦斯的吸附能力。

在成煤初期，褐煤的结构疏松，孔隙率大，瓦斯分子能渗入煤体内部，因而褐煤具有很强的吸附能力。但该阶段瓦斯生成量较少，且不易保存，煤中实际所含的瓦斯量是很小的。在煤的变质过程中，地压作用使煤的孔隙率减小，煤质渐趋致密。长焰煤的孔隙较少，内表面积较小，其吸附瓦斯的能力较弱，最大瓦斯吸附量为20～30m3/t。随着煤的进一步变质，在高温、高压作用下，煤体内部因干馏作用而生成许多微孔隙，在无烟煤时内表面积达到最大，与之相应，煤的吸附能力最强。

不同变质程度的煤，在区域分布上常呈带状分布，形成不同的变质带，这种变质分带在一定程度上控制着瓦斯的赋存和区域性分布。