地质构造和煤与瓦斯突出关系的研究

地质构造和煤与瓦斯突出关系的研究
作者：马慧丽
来源：《中国科技博览》2016年第28期
[摘 ;要]本文分析了各种地质构造在对煤与瓦斯突出中的控制作用，对各类构造带发生的典型突出实例做了统计与分析，指出了构造附近是否发生突出取决于局部地应力场的状态等条件。

[关键词]地质构造;煤与瓦斯突出;断层;褶皱
中图分类号：TD324 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）28-0012-02
0.引言
煤炭是我国的主要能源，约占一次性能源的70%，并且在相当长一个时期内不会有大的改变。

而制约煤炭工业发展的最大障碍之一就是瓦斯灾害。

在构造应力场中，煤既是传递应力的介质，又是受力改造的的岩体。

在构造作用下，煤最易产生运动和变化，由此而引起煤中瓦斯的运移和变化。

因此，地质构造作用会使许多煤田原有的瓦斯重新分布，这就涉及到煤中瓦斯的保存、排放、富集、分散、相对静止和运移等一系列问题。

一般一个地区的构造分区往往也影响这一地区的瓦斯分布。

所以，地质构造对瓦斯的分布是起着主导因素。

1.地质构造逐级控制煤与瓦斯突出
瓦斯的赋存特征受多种地质因素共同控制，而地质构造则又是这些地质因素中最根本和最为重要的控制因素，因为它不仅控制着含煤盆地及含煤地层的形成和演化，而且控制着瓦斯生成、运移、聚集过程的每一环节。

构造逐级控制是指，大构造形迹逐级控制次一级构造形迹.大构造形迹形成的次一级局部应力场控制中型构造的形迹，中型构造形迹控制更次一级的小型构造的形成，依此类推到微型或超微型构造形迹的形成.
由于地质构造规模的不同，对瓦斯控制的情况也不同.大型构造是控制瓦斯突出及赋存的区域性构造;中型构造则是带状控制;小型和微型构造常是局部点的控制.每次构造运动过程中的坳陷、隆起作用造成的煤层盖层风化、剥蚀和挤压、拉张作用造成的煤系裂隙闭合、扩展，均影响到煤层瓦斯的保存;每次构造运动构造应力场引起挤压、拉张方向的改变，都会对老的构造进行改造，或是产生新的断裂构造;构造运动过程中的压扭、挤压剪切作用会破坏原始煤层的结构，进而形成构造煤的发育.
2.控制煤与瓦斯突出的地质构造类型
地质构造对煤与瓦斯突出的控制是通过控制发生煤与瓦斯突出的条件（瓦斯，软分层，地应力）而表现出来的.对突出点附近的地质构造类型的大量统计分析表明，几乎各类构造附近都发生过煤与瓦斯突出.
2.1 断层对煤与瓦斯突出的控制
断层对煤与瓦斯突出的控制作用随断裂力学性质的不同而具显著的差异.压扭性断层因其受到较大压应力作用，结构致密的断层泥、糜棱岩较发育，透气性差，沿断层和垂直断层面方向上的瓦斯运移都相对困难，软分层厚度大，分布范围广，而且以糜棱煤为主，强度低，应力集中程度高，影响范围广.因此，压扭性断层对煤层中煤与瓦斯突出最为有利.张性断层则相反，所以，张性断层不利于煤层中煤与瓦斯突出.正断层、逆断层、顺层断层如果处于压扭性力学环境，都会形成煤与瓦斯突出的有利地段，对煤与瓦斯突出的发生起到控制作用.
2004年10月20日大平煤矿21轨道下山岩石掘进工作面遇到一条落差约10m的强烈挤压逆断层，与现代构造应力场主压应力方向相垂直，造成构造应力集中、封闭严密，有利于瓦斯封闭，由于断层下盘煤层的下滑，掘进工作面距离煤层较近，断层破碎带又是泥质岩层，坚固性差，发生了特大煤与瓦斯突出（图1）.
江苏省花山矿井底北部井壁处有一条北倾正断层，该断层封闭性好，透气性低.由于未采取任何措施，放炮后引起煤与瓦斯突出，突出点恰在正断层的下盘（图2）.
2.2 褶皱构造对煤与瓦斯突出的控制
岩层经过褶皱作用后，在褶皱不同部位围岩封闭瓦斯能力具有较大的差别.浅部岩层在背斜上侧轴部节理以张性为主，容易形成张性断裂，裂隙连通地表，封闭瓦斯的能力明显减弱，同时背斜轴部软分层厚度最小，且以碎裂煤为主.因此，不利于煤与瓦斯突出的发生.在向斜上侧轴部，节理以压性或压扭性为主，围岩封闭瓦斯的能力明显地强于背斜.软分层以糜棱煤、碎粒煤为主，有利于煤与瓦斯突出的发生.
在褶皱两翼，发育的主要是两组扭性节理，这些部位封闭瓦斯的能力较强，软分层的厚度随层间错动的加强而变厚，当褶皱作用进一步发展时，地应力分布不均匀开始变得明显，褶皱两翼会承受较大的剪应力，有利于煤与瓦斯突出的发生.背斜倾伏端埋深相对增大，封闭瓦斯的能力也相应增强，承受的压应力也会增大，有利于煤与瓦斯突出的发生.而向斜仰起端埋深相对减小，封闭瓦斯的能力也相对减弱，不利于煤与瓦斯突出的发生.
在淮北矿区，向斜构造形态控制煤层瓦斯分布基本状况.从宿东向斜的两翼过渡到轴部，8号煤层瓦斯压力、瓦斯含量逐渐增大，煤与瓦斯突出也逐渐增多.
湖南立新矿蛇行山井二、四两个采区，二采区地质构造较为简单，产状变化较小，是比较稳定的单斜构造，该采区突出次数少，强度也小.四采区为一倾伏背斜构造，煤、岩层走向变
化较大，倾角由缓变陡，该采区属严重突出带，发生突出44次.
2.3 火成岩侵入对煤与瓦斯突出的控制
岩浆岩对瓦斯突出具有重要的控制作用.岩浆岩的发育造成了煤变质程度增高，促进了瓦
斯的形成;岩浆的烘烤、挤压破坏了煤的原始裂隙系统，形成了“构造煤”带，岩浆侵入时对煤
层动力破坏和烘烤作用是不均匀的，随着到岩浆岩体距离的变化，煤层结构构造发生带状变化，煤层渗透率也发生改变，从而控制了区段内瓦斯的储存和运移.在一个块段内，在岩浆岩
体的两侧依次形成了天然焦—高变质碎裂煤—构造煤—正常煤的分带现象（图3），越靠近岩浆岩体，煤的变质程度越高.岩墙两侧天然焦带中大量高游离瓦斯受到封闭而形成潜在的煤（岩）与瓦斯突出危险区.
在大兴矿9次瓦斯突出中，有6次发生在岩浆岩影响区域.突出点处煤层顶板多为岩浆
岩，煤的上分层变质程度较高，层理紊乱，煤体变软，煤体结构破坏类型为Ⅲ～Ⅳ类，易破碎.
阜新矿务局王营矿10余次煤（岩）与瓦斯突出现象，岩浆侵入作用和地质构造是控制影
响瓦斯突出的主要地质因素.
2.4 构造组合对煤与瓦斯突出的控制
构造组合部位，煤体破坏严重，地应力分布复杂，特定块段经常成为煤与瓦斯突出的多发地段.
如淮南矿区煤与瓦斯突出点的构造组合形式分断层构造、断层与褶皱叠加和褶皱构造三类，其中断层组合又分地堑型、阶梯型、断层交汇型、挤压构造型和顺层断层型五种.
平顶山矿务局十二矿己组煤层在牛庄向斜的轴部发育有牛庄逆断层，己15-16101工作面
位于断层的尖灭端（图4），在尖灭端发育有几条落差不等的正断层，11次突出集中发生在3条正断层的上盘，煤体破坏类型为Ⅲ、Ⅳ类，瓦斯压强为1.45MPa和2.6MPa.瓦斯涌出量异常高.
3.结论与展望
对地质构造与突出关系的大量统计分析表明，各类构造附近都有煤与瓦斯突出的发生，但不是所有的地质构造都会发生煤与瓦斯突出.构造附近突出是否发生取决于局部地应力场的状
态等条件，构造的产生导致了构造煤的发育和地应力分布的异常，提供了突出发生的必要条件.如果构造所在的局部区域地应力是挤压应力，围岩封闭性较强，那么，该区域成为了煤与瓦斯突出发生的优势区域.
开展地质构造控制煤与瓦斯突出机理的动力学规律定量化研究，研究构造应力场、煤岩体破裂场、瓦斯渗流场的耦合演化规律，根据已经取得的定性研究成果指导定量研究的开展，以定量化研究带动定性研究进一步深入，是今后研究的方向.
作者简介：马慧丽，1984年2月出生，女，工程师，大学本科，2007年毕业于黑龙江科技学院资源勘查工程专业，现工作于龙煤鹤岗矿业有限责任公司新陆煤矿地测大队，主要从事地质技术工作。