劉小永

摘要：仁差盆地某礦床CO。等氣體的賦存部位與含水層、含礦層高度一致，而且相對(duì)隔水層中的含量更多，由于窒息性氣體及有毒氣體比重較大，嚴(yán)重威脅礦山開(kāi)采工作人員的人身安全。本文從CO：等氣體的成分、分布特征及控制因素、氣體來(lái)源及礦坑涌氣量等方面進(jìn)行研究，并提出了在礦床開(kāi)采過(guò)程中具體防治措施。

關(guān)鍵詞：火山巖;涌氣量;仁差盆地

1.引言

仁差盆地位于廣東省東北部梅州市平遠(yuǎn)縣，為白堊系火山巖盆地，區(qū)內(nèi)成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，礦產(chǎn)資源豐富，大中型礦產(chǎn)有稀土、鈾、金、銀等。

礦床C02氣體的賦存部位與含水層、含礦層高度一致，由于窒息性氣體及有毒氣體比重較大，易在低洼處匯集，當(dāng)含量達(dá)到一定程度，會(huì)對(duì)人體及牲畜產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。窒息性C02的存在，嚴(yán)重威脅礦山開(kāi)采工作人員的人身安全，對(duì)礦坑氣體的防治應(yīng)引起足夠的重視。因此，采礦時(shí)應(yīng)采取有效措施加以防護(hù)。

本文從盆地內(nèi)某礦床中含礦層存在的氣體類(lèi)型及分布特征人手，對(duì)后期礦床開(kāi)采過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行研究，并提出了相應(yīng)的建議及措施以供探討。

2.地質(zhì)概況

仁差地區(qū)的火山作用始于晚侏羅世，在晚侏羅世晚期到達(dá)高峰，由于后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響.該地區(qū)現(xiàn)在為一火山斷陷盆地。火山活動(dòng)從弱到強(qiáng)，由爆炸一噴溢一噴發(fā)一浸出。巖層下部為含角礫凝灰?guī)r、流紋巖，中部為火山碎屑巖、熔結(jié)凝灰?guī)r，上部為火山碎屑巖。形成了噴發(fā)頻繁、時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度大、間歇多、厚度較大的酸性火山巖系[1]。

盆地基底由寒武、泥盆一石炭系淺變質(zhì)巖和燕山中期（γ2）花崗巖組成，分布在盆地的邊緣及其兩側(cè)。蓋層主要由晚白堊系火山巖組成，其次為古近系沉積巖，地層產(chǎn)狀平緩，為開(kāi)闊的向斜盆地。仁差盆地內(nèi)斷層主要受新華夏系區(qū)域應(yīng)力影響，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，有礦區(qū)東部NNE向的鹿子坑斷裂、北部EW向的神背斷裂和成等間距在盆地出現(xiàn)的NNW向輝綠巖脈，其中NNE向斷層和NWW或EW斷層交匯部位形成的拉張區(qū)，是仁差盆地最主要的導(dǎo)礦構(gòu)造，而NNE成為最主要的控礦構(gòu)造[2]。

3.氣體成分

據(jù)該地區(qū)不同時(shí)期、不同位置、相同方法（排水取氣法）所采集的86個(gè)樣品分析結(jié)果，氣體主要由C02、N2、02、C0、CnHm（不飽和碳?xì)浠衔铮┙M成，個(gè)別全分析樣還有H2、He、Ar等組分。全部樣品統(tǒng)計(jì)結(jié)果：C02含量占80.037%、N2占13.55%、02占4.O9%、CnHm占0.266%，其余氣體占2.057%[5]。

4.氣體特征及其控制因素

（1）氣體平面分布特征及其控制因素

差干地區(qū)共發(fā)現(xiàn)氣泉（泉群）40處，廣泛分布在鷓鴣隆斷裂帶及各河流中。氣體以小氣泡的形式連續(xù)或間歇性的呈線狀、帶狀或面狀出現(xiàn)（照片1、照片2、照片3、照片4）。當(dāng)被鉆孔揭露后，常以間歇性噴氣、噴水形式逸出。有的鉆孔抽水時(shí)產(chǎn)生自噴。

根據(jù)氣泉涌氣量大小，結(jié)合鉆孔逸氣、噴水、噴氣資料，將氣體分布劃分成強(qiáng)烈、中等和弱逸氣區(qū)三種。

強(qiáng)逸氣區(qū)分布于鷓鴣隆斷裂、笙竹壩ZKI號(hào)孔范圍，神背斷裂及土窩里地段，其特征是：氣泉中的氣泡連續(xù)出現(xiàn)，涌氣量大于1L/s，最大達(dá)8.19L/s（59號(hào)氣泉）。鉆孔抽水時(shí)涌氣量一般1.227L/s-1.327L/s，最大10.972l/s。氣水比一般0.71-5.20.最大7.18。

中等逸氣區(qū)分布于羅車(chē)一帶、下舉河和土窩里東部河床中。其特征為：氣泉涌水量O.O1L/s-1L/s，氣泡逸出的連續(xù)性較好，個(gè)別鉆孔有明顯的逸氣現(xiàn)象。弱逸氣區(qū)的特征是：氣泉涌氣量小于O.O1L/s，氣體呈小氣泡不連續(xù)逸出，并難以測(cè)得涌氣量和氣水比資料。

根據(jù)氣泉出露、鉆孔噴氣噴水和逸氣情況，綜合圈定了三塊氣體分布范圍（氣藏區(qū)）。其中，神背礦段及其相鄰范圍的面積4.03km2，鷓鴣隆地區(qū)1.3lkm2，松溪橋0.54km2，合計(jì)5.88km2。從氣泉出露和氣藏區(qū)分布特征，可以確定來(lái)自深部的C02，嚴(yán)格受鷓鴣隆斷裂、鹿子坑斷裂、中基性巖脈、神背斷裂和其他拉張裂隙所控制。構(gòu)造既是良好的儲(chǔ)氣空間，又是氣體運(yùn)移的通道。

仁差盆地富含的C02氣主要是以氣水混合物的形式賦存在不整合面、噴發(fā)間斷面、層間破碎帶和構(gòu)造裂隙、孔隙中，多沿構(gòu)造裂隙、孔隙在低洼處以氣泉形式逸出地表。埋藏在深部的C02氣一旦被鉆孔揭穿可以不同的形式噴到地表，如ZK-1可以高達(dá)27.67m的氣水混合物可以長(zhǎng)期自噴;ZK-262、ZK-118等呈有規(guī)律的間歇性自噴。據(jù)鉆孔抽水試驗(yàn)和定深取樣測(cè)定，氣體成分中75%-90%為C02氣體，氣比水多，綠色火山碎屑巖中的氣水比最高可達(dá)8.5，氣流量和氣水比隨埋深增加而增大。壓縮性大、滲透性強(qiáng)的C02氣可沿破碎帶和構(gòu)造裂隙在各巖層中運(yùn)移，雖然在空間分布上各有差異，但是互通一體，均來(lái)自于深部[4]。

（2）氣體垂直分布特征及其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

本礦床含大量氣體，氣體以氣水混合物的形式廣泛分布于各巖層中，在垂直剖面上，其氣流量、氣水比和C02隨深度遞增，而02則遞減，CO、不飽和碳?xì)浠衔铮–nHm）.隨深度變化不大，N2則在第Ⅱ含水層中最高。

從定深取樣結(jié)果發(fā)現(xiàn)，白堊系（ K23b）綠色火山碎屑巖中氣體含量最多（見(jiàn)圖1），其原因是：綠色火山碎屑巖的粘土礦物多，孔隙度大，加上來(lái)自深部具有一定壓力的C02氣體穿透能力強(qiáng)，無(wú)孔不入。

5.氣體來(lái)源

仁差盆地富含的C02氣體主要是以氣水混合物的形式賦存在不整合面、噴發(fā)間斷面、層間破碎帶和構(gòu)造裂隙中，多以氣泉形式逸出地表。根據(jù)仁差盆地C02氣體同位素813C值測(cè)定結(jié)果顯示，幔源巖漿去氣作用和火山噴溢形成的殘留氣體是C02氣體的主要來(lái)源[3]。

6.礦坑涌氣量預(yù)測(cè)

根據(jù)該地區(qū)氣水混合物的實(shí)際，采用氣水比和礦坑涌水量預(yù)測(cè)結(jié)果，進(jìn)行預(yù)測(cè)涌氣量。其預(yù)測(cè)的結(jié)果，可作為礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)的依據(jù)。

（1）方法及計(jì)算公式：

第一種方法：利用抽水孔分層抽水的氣水比數(shù)據(jù)計(jì)算。

Q氣=ζ抽·Q水 第二種方法：利用鉆孔定深取樣測(cè)定的氣水比數(shù)據(jù)計(jì)算。

Q氣=ζ定·O水 第三種方法：利用抽水孔分層的氣水比和鉆孔定深取樣測(cè)定的氣水比數(shù)據(jù)的混合平均值計(jì)算。

Q氣=ζ混·O水

式中：Q氣：礦坑涌氣量（ m3/d）;ζ抽：鉆孔分層抽水的氣水比;ζ定：鉆孔定深取樣測(cè)定的氣水比;ζ混：抽水的氣水比和定深的氣水比混合平均值;Q氣：大井法（穩(wěn)定流）預(yù)測(cè)的礦坑涌水量（ m3/d）。

（2）預(yù)測(cè)結(jié)果

根據(jù)上述方法預(yù)測(cè)的礦坑涌氣量預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

7.結(jié)論

（1）該區(qū)為火山巖地區(qū)，區(qū)域深大斷裂發(fā)育，氣體分布區(qū)主要受深大斷裂的影響。

（2）氣體成分以窒息性C02氣體為主（占80%以上），N2第二、O2第三，還含有少量瓦斯（烷類(lèi)氣體）及有害氣體CO。

（3）C02氣體主要來(lái)自幔源，02和N2來(lái)自大氣。

（4）礦床中的氣體在對(duì)礦床開(kāi)采工作人員身體易造成嚴(yán)重的威脅，需采取合適有效的方案進(jìn)行防范。

8.對(duì)策措施

差干地區(qū)巖層中的C02氣體存在于整個(gè)巖層中，對(duì)該地區(qū)人類(lèi)和動(dòng)植物具有一定的危害，為此，提出如下對(duì)策措施建議。

（I）C02氣體主要來(lái)自幔源，02和N2來(lái)自大氣，隨著深度增大，C02含量逐步增加，02和N2減少。開(kāi)采礦產(chǎn)資源需針對(duì)防范氣體危害進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)（圖2）。

（2）建議當(dāng)?shù)亟⒌乇須怏w出露點(diǎn)的監(jiān)測(cè)工作，對(duì)氣體濃度、成分等進(jìn)行定點(diǎn)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)變化實(shí)際情況，及時(shí)采取有效的應(yīng)對(duì)措施，避免人員造成危害。

（3）編制完整的應(yīng)急預(yù)案。

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