王汝鑫，秦金輝

（霍州煤電集團公司李雅莊煤礦，山西　臨汾　041000）

李雅莊礦斷層構造對瓦斯含量的影響

王汝鑫，秦金輝

（霍州煤電集團公司李雅莊煤礦，山西臨汾041000）

摘要為分析李雅莊礦斷層構造對瓦斯含量的影響，利用瓦斯地質(zhì)學的基本原理對其影響因素進行了分析，指出地質(zhì)演化造成了李雅莊礦特有的瓦斯狀況，而斷層構造是導致李雅莊礦高瓦斯的主要因素。通過分析地質(zhì)構造對瓦斯含量的影響，提出針對性的瓦斯治理方案，提高瓦斯治理效果。

關鍵詞李雅莊；地質(zhì)演化；斷層；瓦斯含量

對瓦斯地質(zhì)的研究，國內(nèi)外有關學者經(jīng)過多年的探索，取得了豐富的理論成果，并用于現(xiàn)場實踐，指導瓦斯治理工作。

國外有關學者早在20世紀20年代就進行了相關研究，認為瓦斯的賦存受地質(zhì)因素的控制，指出礦區(qū)構造運動一方面對煤層瓦斯的生成條件有影響，另一方面與瓦斯的保存條件也有關系［1－3］。

國內(nèi)有關學者自20世紀40年代以來對瓦斯地質(zhì)進行了持續(xù)的研究，編制了不同比例的全國瓦斯地質(zhì)圖，揭示省區(qū)、礦區(qū)、礦井瓦斯賦存構造逐級控制機理、控制規(guī)律和瓦斯地質(zhì)規(guī)律，為更深入地揭示瓦斯賦存機理、煤與瓦斯突出機理奠定了堅實基礎；為國家瓦斯治理宏觀規(guī)劃、煤層氣開發(fā)規(guī)劃，奠定了基礎、指明了方向、提供了思路和對策；指出瓦斯地質(zhì)可用于礦井瓦斯涌出量預測、煤與瓦斯突出機理研究、突出危險性預測、煤層瓦斯含量預測、煤層氣資源的綜合評價等方面［4－7］，為礦井瓦斯治理提供了科學依據(jù)。這些研究大多是針對全國性的高瓦斯礦區(qū)，對霍州礦區(qū)的瓦斯地質(zhì)研究不足。通過對李雅莊礦礦區(qū)內(nèi)斷層構造的分析，揭示了李雅莊礦斷層構造對瓦斯含量的影響作用。

1　井田地質(zhì)概況

霍州煤電集團公司李雅莊礦位于霍州市，井田位于霍州礦區(qū)的北端，屬于臨汾盆地。李雅莊礦采用斜井—立井聯(lián)合開拓方式開采，主采2＃煤層。在霍山斷裂帶的西部和靈石隆起之什林撓褶斷裂帶的北盤，受到這兩個斷裂帶的共同控制作用。礦區(qū)內(nèi)總體構造以斷層構造為主，尤其是小斷層構造較多，在礦井內(nèi)廣泛分布，這些斷層主要為正斷層。褶皺構造在礦井北部和東北部較發(fā)育，其他區(qū)域發(fā)育不明顯。陷落柱在礦井內(nèi)發(fā)育不充分。

井田內(nèi)主要構造以正斷層為主，構造線走向以北北東－北東為主，斷層落差大，延伸長度大，見圖1。

礦井開采區(qū)域已揭露的數(shù)百條斷層中，其斷距小于3 m的253條，3～5 m的63條，5～10 m的51條，大于10 m的31條。落差較大的斷層具有等距性，大致以300～500 m左右的間隔出現(xiàn)。

2　地質(zhì)演化對瓦斯賦存的影響

李雅莊礦礦區(qū)位于沁水盆地的西部。印支運動時期，沁水盆地晚古生代煤系的埋藏深度持續(xù)增大。印支期末到燕山期初，構造整體抬升導致煤系蓋層開始遭受剝蝕，燕山期中期，沁水盆地緩慢沉積，燕山晚期至喜馬拉雅早期，為持續(xù)抬升階段。整個盆地長期處于隆升狀態(tài)，煤系及其上覆地層遭受嚴重剝蝕，導致瓦斯大量散失。喜馬拉雅運動中—晚時期，構造分異重新加劇，導致局部地區(qū)快速沉陷，煤層埋深再度加大，有利于瓦斯氣體的繼續(xù)保存。大部分地區(qū)基本保持穩(wěn)定或略有沉降或始升，瓦斯的保存狀況更為明顯地受到其它地質(zhì)因素的影響。該區(qū)獨特的沉積構造發(fā)展史，決定了李雅莊現(xiàn)今特有的瓦斯狀況。

圖1　礦井已揭露斷層玫瑰花圖

3　地質(zhì)構造對瓦斯賦存的影響

地質(zhì)構造中的斷層使煤層的連續(xù)完整性遭到了破壞，導致煤層中瓦斯的賦存狀況也隨之發(fā)生變化。由于斷層構造形式的變化，對煤層瓦斯保存及釋放的影響也是截然不同的。擠壓應力作用產(chǎn)生的壓扭性裂隙與斷裂，通常閉合程度高，瓦斯運移相對比較困難，再加上擠壓作用，使圍巖及煤層的致密性增大，阻礙瓦斯向地表逸散；張應力作用下形成的張性裂隙和斷層，則促進煤層瓦斯的釋放［8］。

總的來說，開放性斷層不利于瓦斯保存，封閉性斷層則阻礙瓦斯排放，成為瓦斯逸散的屏障層，對瓦斯保存起到良好的保護作用。和太行山東麓各礦區(qū)一樣，大的、開放性的斷層是瓦斯散失的通道，這是本區(qū)瓦斯偏低的原因之一。但小斷層卻對瓦斯賦存有利。

李雅莊礦處在霍山斷裂帶的西部和靈石隆起之什林撓褶斷裂帶的北盤，受到這兩個斷裂帶的共同控制作用。什林撓褶斷裂是一條左旋正傾滑斷層，李雅莊至高王莊為中段，走向N60°E，斷面南傾。井田大部正處于什林撓褶斷裂帶下降盤，埋深較大，且接近地下水滯留區(qū)，所以有利于瓦斯的富集。

礦區(qū)內(nèi)北部邊界處發(fā)育有兩對緊密相連的北北東向褶曲，即東莊背斜和馮南垣向斜，陳下白道背斜和家洼村東向斜，南部地區(qū)有一對北西向背斜構造。井田東北部F45邊界斷層以外，有數(shù)條近東西向的小型背向斜構造，其性質(zhì)不同，特征各異。根據(jù)瓦斯運移規(guī)律，在向斜的兩翼及背斜的軸部，瓦斯將大量富集。

礦區(qū)發(fā)育小斷層，斷距多在20 m以內(nèi)。而煤層平均厚度在2．65 m，頂板泥巖、砂巖平均厚300余m；底板泥巖、砂巖平均厚20余m。在進行分析的過程中發(fā)現(xiàn)，斷層附近瓦斯含量有明顯的增大，這說明雖然本井田斷層多以正斷層為主，但大多數(shù)不是瓦斯溢出的通道，而是形成了良好的封閉，將瓦斯儲存起來。

井田內(nèi)的褶曲發(fā)育于單斜構造中，屬于次級褶曲構造。次級背斜幅度小，多為緩波狀褶曲，兩翼產(chǎn)狀緩，軸部裂隙不發(fā)育，有利于形成小型構造圈閉，往往是瓦斯局部富集地段。

4　斷層構造對瓦斯含量的影響

通過上述分析可知，在李雅莊井田范圍內(nèi)斷層構造發(fā)育較多，褶皺構造較少。在已揭露的斷層中以正斷層為主，而大的、開放性的斷層不利于瓦斯的儲存，理論上在整個礦井范圍內(nèi)瓦斯含量應不高。但是礦井內(nèi)多為落差在3 m范圍內(nèi)的小斷層。在小斷層情況下瓦斯溢出后不能向煤層上方繼續(xù)運動，而在煤層上方小范圍內(nèi)積聚，從而造成礦井瓦斯含量偏高。

經(jīng)上述分析可知，在李雅莊井田內(nèi)瓦斯的含量與小斷層的落差關系密切。為了驗證上述分析，對李雅莊煤礦2＃煤層斷層落差與瓦斯含量進行了統(tǒng)計，見表1。

表1　2＃煤層斷層落差與瓦斯含量統(tǒng)計表

由表1可見，回歸分析瓦斯含量（y）與其附近斷層落差（x）的關系見圖2，線性相關性較好，煤層附近斷層落差的變化對瓦斯含量的影響明顯。相關回歸系數(shù)R＝0．953 7。建立了如下數(shù)學模型：

y＝0．190 9x＋5．514

式中：

x—煤層中的斷層落差，m；

y—瓦斯含量，m3／t；

R—相關回歸系數(shù)。

圖2　斷層落差與瓦斯含量的關系散點圖

由圖2可見，隨著小斷層斷距的增加，瓦斯含量也隨著增加。說明在李雅莊礦一定落差范圍內(nèi)的小斷層附近瓦斯含量顯著增加，是瓦斯的主要積聚源，也是導致李雅莊礦高瓦斯的主要因素。在開采過程中應加強地質(zhì)勘查工作，掌握各斷層的分布和發(fā)育情況，遇斷層時及時制定相應的瓦斯防治措施，防止瓦斯事故的發(fā)生。

5　結(jié)　論

1）通過對李雅莊礦井田范圍內(nèi)的地質(zhì)演化情況的分析，指出該區(qū)獨特的沉積構造發(fā)展史，決定了李雅莊現(xiàn)今特有的瓦斯狀況。

2）分析了地質(zhì)構造對瓦斯賦存的影響，認為斷層構造中的小斷層是造成李雅莊礦高瓦斯的主要因素。

3）在李雅莊井田內(nèi)瓦斯含量隨著小斷層落差的加大增大。

4）在開采過程中應加強對小斷層構造的詳查工作，以便制定針對性的瓦斯防治措施。

參考文獻

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［8］崔洪慶，姚念崗．不滲透斷層與瓦斯災害防治［J］．煤炭學報，2010，35（9）：1486－1489．

中圖分類號：TD712＋．2

文獻標識碼：A

文章編號：1672－0652（2014）01－0048－03

收稿日期：2013－11－26

作者簡介：王汝鑫（1986—），女，遼寧撫順人，2009年畢業(yè)于大連民族學院，助理工程師，主要從事煤礦瓦斯基礎參數(shù)測定工作（E－mail）jinhui466＠163．com

The Influence of Faults Structure on the Gas Content in Liyazhuang Coal Mine

Wang Ru－xin，Qin Jin－h(huán)ui

AbstractFor analyzing the influence of faults structure on the gas content in Liyazhuang coal mine，using the basic principle of gas geology studied its influencing factors，points out that the geological evolution caused Liyazhuang coal mine the unique situation of gas，while faults structure is the main factor that led to Liyazhuang coal mine high gas．By analyzing the influence of faults structure on the gas content，puts forward the targeted gas control programs，and improves the gas control effect．

Key wordsGeological evolution；Faults structure；Gas content