朱仙庄煤矿瓦斯赋存及涌出分布规律研究

代 涛，程锦亮

(安徽省煤田地质局水文勘探队，安徽 宿州 234000)

矿井概况：朱仙庄煤矿位于宿州市东南13 km处，属宿州市埇桥区朱仙庄镇管辖。矿井采用竖井石门分水平开拓，分为三个水平，回风水平标高为-275 m，一水平标高-250～-435 m，二水平标高-435～-700 m，三水平标高-700～-1 100 m。矿井当前生产水平为一、二水平。目前矿井现有生产采区三个，Ⅱ3采区、Ⅱ5采区和十采区，矿井内为新生界松散层所覆盖，经钻孔揭露地层有奥陶系、石炭系、二叠系、侏罗系、新近系和第四系，朱仙庄煤矿位于宿东向斜的北段。宿东向斜位于徐宿弧形构造南端，西寺坡逆断层和东三铺逆断层所夹持的断块之间，为一轴向N25°～50°W的不对称向斜，轴长18 km，宽1.5～5.8 km,轴部为二叠系煤系地层，四周为石炭系、奥陶系灰岩所包围，东翼因F4(东三铺)逆断层切割而使寒武、奥陶系灰岩压覆到煤系地层之上。本矿井含煤地层为石炭二叠系，可采或局部可采煤层有3、6、7、8和10煤层等5层，其中3煤和6煤为不稳定煤层，7、8、10等3层为较稳定煤层，主采二叠系下石盒子组8煤层与山西组10煤层。矿井甲烷相对涌出量10.71 m3/t，为瓦斯突出矿井，突出煤层：8、10煤层。

本矿井近几年施工的部分钻孔测试了钻孔煤层瓦斯含量，利用采集解吸式瓦斯煤样35个。其中缺少瓦斯成分1个。瓦斯含量最高值18.68 cm3/g见表1。本矿区煤层中瓦斯成分构成主要为N2，CH4和CO2所占比例较小，重烃含量甚微。总体特征为：

CH4两极值为0～87.32%，平均值为0～48.34%；
CO2两极值为0.19%～65.25%，平均值为11.01%～33.48%；
N2两极值为0.34%～90.76%，平均值为40.06%～57.41%。

各样品瓦斯成分中CO2>20%、CH4>80%的所占比例都较小，且垂向上分布极为分散，最浅为293.00 m，最深为1 036.00 m。瓦斯成分中CO2<20%、N2>20%、CH4<20%占主导趋势。

各煤层垂向上由上至下CH4含量有递增的趋势，7煤层平均最低，平均值为0.26 cm3/t，10煤层平均最高，平均值为5.32 cm3/t，8煤层瓦斯含量最大值为18.68 m3/t。

瓦斯赋存规律受多方面因素的影响，现从地质构造及其演化、成煤环境、变质程度、煤层特征及岩浆活动几个方面分析本矿井瓦斯赋存规律。

2.1 地质构造与瓦斯赋存关系

2.1.1 北部区域

该区域为宿东向斜北段的仰起端，整个范围内8煤层露头环绕周边，成为煤层瓦斯向地表排放的天然窗口，内部小断层发育并伴有次一级的褶皱，煤系地层支离破碎，裂隙发育；
F10正断层斜切整个向斜，落差40～150 m，很好地隔绝了北部区域与深部的联系，极大地阻止了深部瓦斯向浅部运移的通道。在这样的地质背景下，一方面该区域四周有利于煤层瓦斯向地表的逸散，另一方面又没有充足的深部瓦斯补给源，加之煤系埋藏较浅，经历了漫长的风化剥蚀后，煤层瓦斯已逐渐趋于匮乏、不足，因此造成了北部区域当前总体上的低瓦斯区域。

2.1.2 南部区域

位于宿东向斜的中间部位，在该区域内向斜东翼煤层被F4逆断层切割逆掩，煤系地层倾角很陡(45°～90°)，西翼则为一较简单的单斜构造，沿走向略有波状起伏，倾角一般15°～20°，故西翼煤层瓦斯具有较好向地表逸散的有利条件，而东翼则比较困难，而一采区更处于宿东向斜的蜂腰部位，褶皱紧密，并介于一组X型剪切断层(F10、F23)之间，构造应力最为集中；
沿走向煤系有较大起伏且断层发育。在向斜两翼的中部，发育一组NE向的右剪切正断层(F19、F23、F5、F1、F7等)，这里宿东向斜最宽，煤层埋藏深度大，在轴部最深达1 200 m，从向斜盆底到两侧边缘的斜长大，煤层瓦斯虽然可以沿露头逸散，但因为能得到深部瓦斯的连续供给和补充，使得南部区域的浅部范围虽和北部区域一样具有向地表逸散瓦斯的良好条件，但煤层内仍可能保存较高的瓦斯赋存量，从而具有瓦斯涌出或瓦斯突出危险的特征。

表1 钻孔煤层瓦斯测定成果表

图1 构造纲要图

2.2 成煤环境、变质程度与煤中瓦斯生成的关系

煤系地层沉积过程中，沉积的煤层经过泥炭化阶段，煤化阶段及区域深成变质阶段，形成大范围的低变质煤(气煤、气肥煤)，煤层的变质成气作用在煤层内部产生大量甲烷气体，以后又有岩浆侵入和地表及地下水的影响，都可能造成煤层中甲烷的生成。

2.3 煤层与瓦斯赋存关系

2.3.1 煤层厚度

瓦斯含量多少和煤层厚度有一定关系，因为煤层为瓦斯提供了储存的场所，煤层越厚瓦斯存储的越多。

2.3.2 煤体结构特征

煤与瓦斯突出多发生在有软煤分布的区域，而朱仙庄矿这种软煤普遍分布且与较硬夹矸互层的煤体结构特征，是容易造成煤与瓦斯突出的便利条件。

表2 主采煤层瓦斯及二氧化碳涌出量表

表3 矿井瓦斯及二氧化碳涌出量表

2.4 岩浆活动与瓦斯赋存关系

本矿中性岩体为中生代燕山中期晚侏罗世～早白垩世岩浆活动的产物，酸性岩体则为新生代喜山早期岩浆活动的产物，宿北断裂可能是其侵入通道，岩浆活动期间煤系地层埋藏在古基岩面下很浅的部位，矿井南部一、三、五、七采区至今未揭露有岩浆岩侵入的特征。

3.1 矿井瓦斯涌出特征

见表3。

3.2 矿井瓦斯涌出分规律分析

目前矿上的主采煤层是8煤层和10煤层，可以看出瓦斯涌出主要分布在8煤层。

从矿井各采区瓦斯情况来看，86采区及已报废的二、四、五、87等采区瓦斯涌出量相对较小，而南二系统的Ⅱ3采区、Ⅱ5采区瓦斯涌出量较大。

井下移动泵以及矿井地面钻孔可以为矿井排放大量瓦斯，为矿井安全生产提供保障

随着开采深度的进一步延伸，预计8、10煤层瓦斯涌出量将逐步增加。

(1)依据可采煤层瓦斯含量特征分析，随着煤层埋藏深度增加，地层厚度增加，地应力增高，煤岩层致密性增加，煤岩层的透气性降低；
煤的变质程度加深，煤层吸附甲烷能力增强，这都有利于瓦斯的保存，说明深度应是影响本矿井瓦斯含量的主要因素。

(2)构造影响瓦斯分布规律，在断层附近瓦斯含量相对较低，但应重视因构造变动、煤层赋存等因素变化引起的瓦斯局部富集问题。

(3)地面钻孔瓦斯抽放可以降低煤层可采空区的瓦斯含量，避免井下瓦斯聚集现象的发生，一定程度上减少了瓦斯事故的隐患，可以加大地面钻孔投入保障矿井安全生产。

(4)本矿井是煤与瓦斯突出矿井， 在今后矿井生产中加强瓦斯监测研究工作，采取有效措施，确保安全生产。