平煤六矿构造演化及瓦斯地质控制特征研究

平煤六矿构造演化及瓦斯地质控制特征研究

摘要：运用区域地质构造演化和瓦斯赋存构造逐级控制理论，在分析矿区地质构造演化特征的基础上，研究了地质构造、煤层上覆基岩厚度以及煤层埋深等地质因素对瓦斯赋存的影响，找出了影响矿井煤层的瓦斯赋存规律。

关键词：构造演化地质构造瓦斯赋存

1 概述

瓦斯是煤在地质历史演化过程中形成的气体地质体，起生成、运移、保存都受控于地质因素。只有厘清煤田、井田地质构造演化历史，以及在历次构造运动中含煤地层隆起、剥蚀和沉淀、凹陷的特征，才能弄清楚煤层瓦斯的保存条件，才能厘清矿井瓦斯赋存规律。平煤六矿位于平顶山市西北郊，平顶山矿区中西部。矿井采用竖井主副井提升及明暗斜井运输，石门开拓方式。采用全岩陷落法管理，通风方式采用抽出式。从2005年起，确定为煤与瓦斯突出矿井。

2 地质构造及控制特征

2.1 区域地质构造演化

平顶山矿区位于华北地块南缘带，秦岭造山带北界天水-鲁山-淮南-定远断裂f1和洛南-栾川-方城断裂f3之间，称为秦岭造山带后陆逆冲断裂褶皱带，矿区中生代之前属于华北型的地壳结构，如同华北地块一样，缺失o2-c1地层。晚海西至早印支期，扬子地块与华北地块碰撞拼接，华北地块南缘带卷入秦岭大别造山带。中生

代以来受着秦岭大别造山带构造的控制，主要表现在后陆区的秦岭造山带北缘边界断裂发生由南向北指向造山带外侧的逆冲推覆；平顶山矿区形成了一系列nw—nww向逆冲推覆和褶皱构造，同时，华北地块南部自北向南向秦岭的巨型陆内俯冲，鲁山断裂是华北地块向秦岭方向的俯冲断裂。燕山早期受太平洋库拉板块nnw向俯冲，北北东向断裂主要表现为左行压扭性活动。nw—nww向构造表现为差异升降活动，一系列断层反转为正断层。晚白垩世至早第三纪时期，太平洋库拉板块俯冲方向，由原来的nnw转为nww向，同时随着印度板块挤压应力的增强，影响到华北板块不断向东蠕散，华北板块处于引张、裂陷、伸展的地球动力学背景，nne、ne向断裂表现为右旋拉张的受力状态，并形成一系列nne—ne向展布的裂陷带。平顶山矿区nne向的正断层郏县断裂、洛岗断裂是此时形成的。此时，nww—nw向构造表现为逆冲推覆等压扭性活动。

nww-nw向的构造较长时期表现为近南北向的挤压，大规模地逆冲推覆活动。nne、ne向构造在燕山早中期表现为压扭性活动。相比之下，nww-nw向构造作用时间长、活动剧烈，遍及整个矿区。

2.2 矿井地质构造特征

平煤矿区西半部nww向的锅底山断裂是一个控制性断裂，断裂上盘为五矿、七矿、十一矿井田，由于锅底山断裂上盘先期受逆冲推覆作用，后又反转为下降运动，煤层破坏强烈，是造成五矿和七矿发生煤与瓦斯突出的主要原因。位于锅底山断裂下盘一侧的六矿、二矿、三矿、四矿井田和一矿井田的西半部，是平顶山矿区构造简

单区，煤层破坏轻微。

六矿井田位于李口向斜西南翼，锅底山正断层的北东盘。经勘探和采掘生产揭露，井田内落差15m以上的断层共7条，主要以正断层为主，并且这7条断层均分布在井田的西南部，这些断层连同井田西部的f4、f5断层，其走向均与边界断层锅底山断层大致平行，表明在成因方面彼此有着密切的联系。矿井自1970年投产以来到2001年，一直为低瓦斯矿井。由于受断层的扭转、挤压、剪切为主的受力状态，使得丁组煤的构造附近煤体结构严重破坏，应力增大，丁5-6煤层的分合又对瓦斯涌出量的影响作用明显，合层区域瓦斯涌出量明显增加。自2001年3月

丁5-6-21050机巷发生了第一次瓦斯动力现象以来，丁组煤层先后出现过11次瓦斯动力现象，其中丁6-21180改造风巷一次曾抛出煤量156t，瓦斯涌出量1477m3。2005年6月煤科总院抚顺分院把丁组煤层鉴定为突出煤层，矿井为突出矿井。

3 地质构造对矿井瓦斯的影响

六矿井田位于李口向斜的西南翼，为一缓倾斜单斜构造。地层走向，在井田中部为125°，向北渐转为105°，井田东部和西部约为85～00°。地层倾向以0～30°为主。地层倾角一般为10～15°，深部较缓，为6～8°；西南边界附近，由于地层褶曲，倾角变化较大。瓦斯受地质构造的控制主要有以下几个方面。

3.1 地质构造对瓦斯赋存的影响

井田范围内，大型褶皱不发育，仅见煤层沿走向的波状起伏，以

及由断层旁侧伴生的次级宽缓褶皱，相对较大的有山庄向斜。根据矿井地质报告介绍的情况，井田范围内大的断层有锅底山正断层、山庄一号逆断层、山庄二号逆断层、马沟正断层、f2正断层、f1-1正断层、f1-2正断层和刘家正断层。通过对井田内上述断层的性质、产状等因素的分析，断层的空间方位对瓦斯的贮存、排放具有一定的影响。一般认为，走向断层阻隔了瓦斯沿煤层倾斜方向的排放而有利于瓦斯贮存；倾向和斜交断层则把煤层切割成互不联系的块体而有利于瓦斯排放。经过近几年瓦斯涌出情况统计，多次瓦斯异常涌出均是受地质构造影响，因此地质构造分布对瓦斯赋存有着较大的影响。

3.2 煤层上覆基岩厚度对瓦斯赋存的影响

井田第四系地层主要为黄土层，一般分布于地表，胶结性不好，孔隙度大，连通性好，容易释放瓦斯。由于第四系松散沉积物易于搬运，厚度变化较大，这就造成煤层上覆地层垂向变化较大。在第四系松散厚度较小，垂向差异不大的矿井，上覆基岩厚度和埋藏深度对瓦斯的影响基本上相当。第四系地层主要为坡积的黄土、粘土与亚粘土，底部为砂质粘土与砂砾石层，厚度为0～30m，平均10.2m。受地形的影响，厚度变化较大，以龙山顶为界，沿坡向向南、向北逐渐增厚，与下腹地层呈角度不整合接触。

3.3 煤层埋深对瓦斯赋存的影响

一般出露与地表的煤层，瓦斯容易逸散，并且空气也容易向煤层渗透，导致煤层中瓦斯含量小，甲烷浓度低。随着煤层埋藏深度的

增加，地应力不断增高，煤层和围岩的透气性降低，瓦斯向地表运移的距离相应增大，这种变化有利于封存瓦斯、不利于放散瓦斯。丁组煤层瓦斯含量3.78～7.93m3/t，丁组煤层瓦斯含量随埋深增加而增大，变化的梯度为2.13m3/t·100m。瓦斯含量变化关系符合下式：w=0.0213h-13.126。瓦斯压力0.6～2.1mpa，局部存在高压区。历次瓦斯动力现象其地点基本上处于断层及煤层厚度赋存状态发生较大变化的区域，说明丁组煤层的突出危险性与地质构造有着明显的关联关系。随着向深部开采，瓦斯压力增大，也会使得地质构造复杂区域的瓦斯赋存明显增大。根据瓦斯含量测定结果和瓦斯涌出量预测，丁组煤层深部瓦斯含量预计将超过10m3/t，回采工作面瓦斯涌出量将超过15m3/t，因此，深部开采时应大力实施保护层开采并加大瓦斯预抽力度。

戊8煤层最大瓦斯含量7.08m3/t，最大瓦斯压力0.82mpa；戊9-10煤层最大瓦斯含量4.47m3/t，最大瓦斯压力1.33mpa（瓦斯所测得1.7mpa）。根据瓦斯地质因素分析，煤层埋藏深度是影响戊组煤层瓦斯赋存的主控因素；戊8、戊9-10煤层为近距离煤层开采，当层间距较小时，邻近层瓦斯涌入采掘空间造成工作面瓦斯异常涌出。根据对不同标高的煤层瓦斯基本参数测定结果，戊8煤层瓦斯含量与其标高的关系为w=0.0102h-0.6669，瓦斯压力与其标高的关系为p=0.0033h-1.4985。戊9-10煤层瓦斯含量与其标高的关系为

w=0.0245h-10.013，瓦斯压力与其标高的关系为

p=0.0054h-2.6661。随着采深的增加，应及时测定煤层瓦斯基础参