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

发表时间：2017-07-11T11:56:06.277Z 来源：《防护工程》2017年第5期作者：纪维忱

[导读] 本文从地质构造和煤与瓦斯突出的密切关系入手，结合瓦斯在地质构造带中发生的较为典型的实例。吉林省煤田地质局—二勘探公司

摘要：煤炭是我国主要的能源之一，在一次性能源总量中所占比例大，开发利用价值高。而在煤炭的开采利用过程中，最常见的瓦斯灾害不但威胁开采人员的生命财产安全，对于我国的煤矿工业的发展也产生了很大的阻碍作用。本文从地质构造和煤与瓦斯突出的密切关系入手，结合瓦斯在地质构造带中发生的较为典型的实例，着重分析了地质构造对煤与瓦斯突出的控制作用，最终得出煤与瓦斯突出由局部地应力场的状态等决定。

关键词：地质构造；煤与瓦斯突出；断层；褶皱

0。引言

由于我国地质条件复杂，地质构造类型多样，可分为断层、褶皱构造、火成巖侵入等多种构造类型。各类地质构造类型都在一定程度上对煤与瓦斯突出产生控制作用，而各类构造类型的控制作用又因构造性质等原因呈现出差异性。本文统计和分析了各类地质构造类型对煤与瓦斯突出的控制，分别探讨了断层对煤与瓦斯突出的控制、褶皱构造对煤与瓦斯突出的控制、火成巖侵入对煤与瓦斯突出的控制以及构造组合对煤与瓦斯突出的控制这四个方面，深入分析得出，虽然地质构造和煤与瓦斯突出之间具有密切的关系，但是地质构造附近煤与瓦斯突出的发生由多种因素构成，例如局部地应力场的状态即为原因之一。也就是说，并非所有的地质构造都会发生煤与瓦斯突出，当地质构造产生，地应力分布出现异常，从而使得构造煤发育，才最终促使煤与瓦斯突出的发生。

1 地质构造逐级控制煤与瓦斯突出

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。

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。

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。

2.3 火成巖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，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。

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。

3 结论与展望

综上所述，对地质构造与突出关系的大量统计分析表明，大多数情况下，各类构造附近都有煤与瓦斯突出的发生，但少数情况下也有例外，即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。