长平矿井地质特征及瓦斯涌出规律分析(阴怀海)

长平矿井地质特征及瓦斯涌出规律分析

长平井区阴怀海李海涛辛宪耀

摘要：通过分析长平矿井地质特征、影响瓦斯积聚的因素，对长平矿井瓦斯涌出规律进行了科学分析，为长平矿井今后瓦斯综合防治提供了可靠的依据。

关键词：地质特征；瓦斯；涌出规律；分析

山西长平煤业有限责任公司长平矿井于1999年开始筹建，2003年10月1日首采工作面试生产，年生产能力210万t，现开采3号煤层，为低瓦斯矿井，煤尘具有爆炸性。

1 长平矿井地质概况

1.1 总的构造特征

长平井田位于太行山背斜南段位置，沁水煤盆地之东缘，晋（城）获（鹿）褶断带西缘。井田内主要为一走向北北东、倾向北西、倾角7º左右的单斜构造，伴有宽缓褶曲和小型断裂。受区域构造影响，井田内褶曲较为发育，在井田中南部发育一组轴向北东东的背斜和向斜，由于褶曲影响，井田中南部地层倾角较陡，一般多在7-12º左右，北部则较平缓，倾角一般2-4º间。另外，在井田西北边界处，发育一条正断层（即李家河断层），断层走向N70E，西北盘断落，该断层向西延伸数公里，最大落差60米。

1.2 煤系地层

井田范围出露基岩为二叠系上统上石盒子组地层，分布于井田中西部山梁，井田东部及沟谷处则为第四系覆盖层，井田地层由老至新依次为：奥陶系中统峰峰组、石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组、二叠系下统

山西组、二叠系下统下石盒子组、二叠系上统上石盒子组、第四系。第四系为松散覆盖层，不整合于基岩之上。

1.3 煤层

含煤地层为太原组和山西组，总厚124.23m，含煤10层，煤层编号自上而下依次为1、2、3、5、8、9、11、12、13、15号，煤层总厚10.88m,含煤系数8.76%，其中3、15号为主要可采煤层，2、9号为局部可采煤层。

长平矿主要对3号煤层进行回采。3号煤位于山西组下部，下距K7砂岩6.25m，煤层最小厚度4.6m，最大厚度5.7m，平均5.03m。煤层下部含泥炭或炭质泥岩夹石一层，上部局部夹矸。煤层直接顶主要为砂质泥岩、泥岩、局部为粉砂岩、细砂岩，厚0～13.08m。其老顶为中、细粒砂岩和粉砂岩，厚0.6～12.26m，岩石裂隙发育。底板为砂质泥岩，局部为粉砂岩，厚约11.2m。

1.4 矿井充水因素

3号煤层顶板砂岩为其直接充水含水层，综合井田地质资料，矿井充水因素主要为顶板砂岩以及煤层采空后随着顶板垮落形成塌陷漏斗导致上部含水层沿塌陷裂隙下渗进入矿井。深部奥灰水虽其水位高于3号煤层，但3号煤层与奥灰含水层相距130余米，中有本溪组等泥质岩隔水层相隔，一般不会对3号煤层开采造成影响。

2 瓦斯地质

煤田形成后，赋存在煤层中的瓦斯通过煤层、围岩的裂隙和断层向地表运动，而地表的空气及其他化学作用生成的气体由地表向煤层中运动，由此沿煤层的垂向一般会出现四个分带，即氮气-二氧化碳带、氮气带、氮

气-甲烷带和甲烷带。各带的组分和含量见表1。

瓦斯带名称

2

% m3/t

2

% m3/t

4

% m3/t

氮气-二氧化碳20-80 0.19-2.24 20-80 0.15-1.42 0-10 0-0.16

氮气0-20 0-0.27 80-100 0.22-1.86 0-20 0-0.22

氮气-甲烷0-20 0-0.39 20-80 0.25-1.78 20-80 0.06-5.27

甲烷0-10 0-0.37 0-20 0-1.93 80-100 0.61-10.5

2.1 勘探阶段矿井瓦斯地质

据2002年6月补充勘探于1号钻孔采取3号煤层瓦斯样委托山西煤田地质研究所进行瓦斯含量试验，结果见表2。

表2 1号钻孔3号煤层瓦斯含量及成分试验结果

采样深度（m）

CO2

% m3/t

N2

% m3/t

CH4

% m3/t

335.20-335.40 0.66 0.02 67.13 3.61 32.21 1.21

335.40-335.60 0.37 0.03 79.08 4.85 20.56 1.84

338.87-339.07 0.54 0.05 56.85 3.04 42.61 1.49 平均0.52 0.033 67.69 3.83 31.79 1.51

根据煤层瓦斯垂直分带组分、含量表可以看出,1号钻孔采取的煤样属氮气-二氧化碳带，初步认为我矿井3号煤层属低瓦斯煤层。

2.2 矿井瓦斯涌出情况

建井阶段及及试生产初期，一盘区由于开放性断层较发育,各采掘工作面瓦斯涌出量比较小，但是，二盘区掘进2203巷时，由于受李家河断层的影响，发生割煤时瓦斯浓度经常超过1%的现象。2203巷采用混合式通风方法供风，压入式为2×15KW对旋式风机，供风量达320m3/min左右，抽出式为18.5KW湿式除尘风机,排风量140m3/min左右。2004年5月15日夜班开始，每次割煤不到5分钟，工作面迎头瓦斯超过1%，监测系统将机组断电，实测工作面瓦斯浓度达到3%左右。工作面正前打探眼，在巷道距孔口100

㎜测得瓦斯浓度达0.5-2.5%，在孔眼内距孔口200㎜测得瓦斯浓度达80-100%。

3 影响矿井瓦斯涌出的地质因素

3.1 地质构造是影响瓦斯存储最重要的条件之一，封闭性地质构造有利于封存瓦斯，开放型地质构造有利于排放瓦斯。

3.1.1 褶曲构造

闭合的和倾伏的背斜或穹窿，通常是储瓦斯构造。在瓦斯带内煤层的顶板为致密岩层而又未遭破坏时，瓦斯在背斜的轴部地点积聚和保存下来，形成所谓的“气顶”（见图1 A）。倾伏背斜的轴部地区比相同埋深的翼部的瓦斯含量高。但是当背斜轴的顶部因张力形成连通地表的裂隙时，背斜轴部的瓦斯就会流失掉。

向斜构造会出现两种截然相

反的情况：例如辽源煤田和抚顺龙

风井田在其向斜轴部的相对瓦斯

涌出量都比翼部小，从几何与煤岩

透气性的观点来看，向斜轴部瓦斯

补给区域缩小而地表瓦斯运移的

通路扩散以及这些煤田向斜轴部

裂隙较发育，煤层透气性较好，有

利于轴部瓦斯的流失。但是也有许

多矿井，向斜轴部的瓦斯含量比翼

部增高，主要原因是这些矿井田在