江西丰城矿区尚庄煤矿B4煤层瓦斯地质规律研究毕业论文.doc

江西丰城矿区尚庄煤矿B4煤层瓦斯地质规律研究摘要 瓦斯是煤在地质历史演化过程中形成的气体地质体。瓦斯作为气体，既有它自身的物理、化学属性，又由于它生于煤层、储存于煤层，所以受着地质演化历史的控制。不同含煤地层、不同煤层都存在着自身的瓦斯地质规律。揭示了瓦斯地质规律，也就揭示了瓦斯赋存分布的分区、分带规律等，也就揭示了瓦斯致灾机理。尚庄煤业位于江西省丰城市西北的尚庄街道办境内，距丰城市八公里，距省会城市南昌60公里。矿内有铁路与上张支线在梅林车站相接与浙赣线相连,可达全国各地,公路与105国道及昌樟高速公路相连,水路在石上码头沿赣江上可达樟树、赣州等地,下至南昌、九江等地,交通十分便利。矿区内煤矿井瓦斯分布垂直分带平面分区的特征比较明显。影响矿区瓦斯赋存的主要地质因素是煤化作用程度、地质构造、含煤地层岩性、煤层埋深、水文地质条件、煤层厚度、剥蚀强度等关键词：瓦斯，瓦斯地质规律，尚庄煤矿，地质因素GAS GEOLOGY RULE RESEARCH ATSHANGZHUANG COAL MINE OF FENGCHENG JIANGXIABSTRACTThe gas is in the process of geologic evolution history of coal formation in the gas geologicalmass. The gas as gas, both its own physical and chemical properties, and because it was born in coal seams and stored in coal seam, so by the geological evolution control. Different coalbearing strata, different coal seam exist own gas geology rule. Reveals gas geology rule, it reveals gas occurrence distribution of zoning, zoning laws, etc, also reveals the gas of hazard formative mechanism. ShangZhuang coal is located in jiangxi province FengChengShi northwest ShangZhuang neighborhood office from FengChengShi territory, eight kilometers, is apart from the capital city of nanchang 60 kilometers. Ore with zhang extensions in railway station in merlin were connected with, can reach depending on all over the country, roads and no.105 and dehydroisophytol highway connected, chang in stone dock along the waterways of ganjiang camphor trees and ganzhou on down to, nanchang, jiujiang, etc, the traffic is very convenient. In the coal mine gas distribution vertical zoning plane zoning features more apparent. Influence of the main geological mining gas occurrence carbonificated role factor is, degree of geological structure, coal-bearing strata lithology, coal buried depth, hydrology geology condition, coal thickness, erosion strength etc.KEYWORDS: gas,gas,geology rule,shangzhuang coal mine ,geological factors目录摘要(中文) 摘要(外文)1 概述 12 矿井介绍 2 2.1交通位置及隶属关系 22.2井型、开拓方式及生产能力 22.3瓦斯 32.4煤层 42.5煤质特征 52.6水文地质 52.7地层 63地质构造及控制特征研究 83.1断层 83.2井田地质构造及分布特征 103.3构造煤发育及分布特征 103.4地质构造对瓦斯赋存的控制 114矿井瓦斯地质规律研究 134.1断层、褶皱构造对瓦斯赋存的影响 134.2顶底板岩性对瓦斯赋存的影响 144.3瓦斯含量分布及预测研究 165矿井瓦斯涌出量预测 185.1矿井瓦斯涌出的影响因素 185.2矿井瓦斯涌出资料统计及分析 19 5.3矿井瓦斯抽采资料统计及分析 205.4矿井回采工作面瓦斯涌出量预测 206煤与瓦斯区域突出危险预测 226.1煤与瓦斯突出的特征和规律 226.2煤与瓦斯突出危险性参数测定及统计 226.3煤与瓦斯突出危险性影响因素分析 23 6.4煤与瓦斯区域突出危险性预测和防治 297煤层气资源量计算 327.1资源量计算方法 32 7.2资源量计算及参数的确定327.3资源量计算结果及评价 338结论和建议 35 8.1结论 35 8.2建议 35 参考文献36谢词37第一章 概述丰城矿务局尚庄煤矿是江西省国有煤矿中煤与瓦斯突出较严重的矿井。为了在瓦斯灾害综合防治中避免盲目性，做到经济、可靠，需要对煤层的瓦斯赋存规律、瓦斯抽采基本指标及区域防突技术有一个准确的认识。而瓦斯地质图的内容丰富，区带分明、层次清晰、一目了然，直观简明，使用方便，可以了解煤层的瓦斯赋存规律等特性，从而为瓦斯综合治理方案的确定等提供基础数据；结合矿井生产实际情况，按照煤矿瓦斯抽采指标的要求对矿井区域防突措施进行优化研究。随着煤矿开采深度的日趋增加和地质条件的复杂性，瓦斯地质图越来越发挥出重要作用。尚庄煤矿原名坞社里煤矿，于1958年开始建井，后因地质报告资料不全停建，于1966年4月复建，1968年10月建成投产，矿井设计生产能力为21万吨/年，1980年矿井进行改扩建核定生产能力为30万吨/年，2006年核定生产能力36万吨/年。全矿现有东翼采区、辅助采区、西翼采区4个采区，在-600水平向东、西方向各布置主大巷、副大巷，东西两翼边界处分别布置总回风大巷,即东翼总回风巷、西翼总回风大巷。-650水平东、西总回风大巷及中央总回风大巷分别与-450水平回风大巷连接。尚庄矿主要开采上二迭统龙潭组老山段B4煤层，煤层稳定，结构简单，煤层厚度1.24.05m，平均2.4m煤层倾角812，煤的硬度系数0.31.02，现开采-600-650m。建新矿是严重突出矿井，自建井至今己总共发生煤与瓦斯突出63次，突出煤量达7kt。随着开采深度的增加，突出危险性增大。煤与瓦斯突出在空间上分布是不均衡的。同一矿区不同工作面突出程度不同、同一井田不同区域突出危险程度不同，即使是同一工作面，其不同地段的突出危险程度也可能不同，突出危险程度在空间上分布的这种不均衡性，是受煤层瓦斯地质条件控制的。因此，可以根据煤层瓦斯地质条件变化实现危险程度的区带划分。为了更加查清建新矿瓦斯地质的规律以及查清矿井瓦斯赋存规律和涌出规律，准确预测瓦斯涌出量、瓦斯含量、煤与瓦斯突出危险性，准确评价瓦斯(煤层气)资源量及开发技术条件，为此编制了建新矿矿井瓦斯地质图。第二章 矿井介绍2.1.1: 交通位置及隶属关系尚庄煤业位于江西省丰城市西北的尚庄街道办境内，距丰城市八公里，距省会城市南昌60公里。矿内有铁路与上张支线在梅林车站相接与浙赣线相连,可达全国各地,公路与105国道及昌樟高速公路相连,水路在石上码头沿赣江上可达樟树、赣州等地,下至南昌、九江等地,交通十分便利。尚庄煤业是在原丰城矿务局尚庄煤矿的基础上通过实施政策性破产，于2003年重组的新企业，录属于丰城矿务局。尚庄煤矿1958年7月建井,区内运输、供水等均已形成系统，新（城区）梅（林）一级公路在矿区西侧8Km经过，由此往西北与（南）昌樟（树）高速公路相通，往南东10Km与丰城市区的105国道相接。矿区内有公路可与丰高公路、昌樟高速公路、320国道及105国道相通；赣江从其东侧约5Km自南而北入鄱阳湖，其水路运输上至吉安、赣州，下至鄱阳湖；矿区内的上（塘）张（家山）铁路专用线在张家山站与浙赣铁路衔接，交通便捷从以上述，水陆交通都有，堪称十分方便。2.1.2: 井型、开拓方式及生产能力我矿井现有井筒五个，分别为：主井、副井、箕斗井、东立风井、西风井。箕斗井作为主提升，主斜井、副斜井作为辅助提升，主斜井、副斜井、箕斗井进风，东立、西风井回风。矿井采用斜井多水平开拓方式，采煤方法采用走向长壁后退式全冒落法。尚庄煤矿原名坞社里煤矿，于1958年开始建井，后因地质报告资料不全停建，于1966年4月复建，1968年10月建成投产，矿井设计生产能力为21万吨/年，1980年矿井进行改扩建核定生产能力为30万吨/年，2006年核定生产能力36万吨/年。2009年核定生产能力45万吨/年。矿井为斜井多水平开拓，现有井筒五个，分别为：主井、副井、箕斗井、东风井、西风井。箕斗井作为主提升，主斜井、副斜井作为辅助提升，主斜井、副斜井、箕斗井进风，东、西风井回风。矿井设计开采四个水平，一、二、三水平（110m、230m、450m）采完已报废，现生产水平为四水平（650m）。现生产水平布置有三个采区，即：东翼、中央、西翼采区；接续采区：东采区。东翼采区位于矿井第17勘探线至第21勘探线的东侧之间。现已采至-580m标高，深部边界为-750mB4煤层底板等高线，东以东翼运输下山以东600m为界，西边界为F301断层。布置有368回采工作面、3672顺槽、367切眼2个煤巷掘进面及367高冒巷、东付巷及东大巷延伸2个岩巷掘进面。中央采区位于井筒中间第19勘探线至第22勘探线之间。现已采至-660m标高。深部边界为-800mB4煤层底板等高线，东边界为F303断层，西边界以中央总回至西翼采区上下山约400500m为界。布置有西运下山、388中顺槽2个煤巷掘进面。西翼采区为单翼采区，位于矿井西侧的第22勘探线至第23勘探线之间。现已采至-480m标高。布置有西运下山1个煤巷掘进工作面及386回采工作面。接续东采区现开始准备，位于矿井东翼边界第15勘探线至第17勘探线之间，东界为F6断层及0.6m最低可采线，西界为东翼采区东边界，上界为-320m水平，下界为-650m水平。矿井工作面采用走向长壁后退式采煤法，炮采工作面采用单体铰接梁支护，爆破落煤，人工装煤，机械运输方式，综采工作面采用机械化采煤，自动装煤，机械化运输方式，全部垮落法管理顶板。采用单一走向长壁后退式采煤方法，采用综合机械化采煤工艺和炮采工艺，一次采全高，全部垮落法管理顶板。2.1.3: 瓦斯我矿历年来均进行了矿井瓦斯等级鉴定，1986年2008年鉴定结果见表。根据历年瓦斯等级鉴定结果和发生的瓦斯突出事故，我矿被鉴定为煤与瓦斯突出矿井。矿井自进入三水平开采以来，煤与瓦斯突出时有发生，1977年11月24日首次发生突出至今共突出61次，累计突出煤量5.808kt，最大突出强度为895吨，平均突出强度108吨/次。煤层瓦斯基本参数：历年来有关科研单位在尚一矿进行过较多的试验研究工作，测定了煤层瓦斯基本参数。在尚一矿不同区域煤层采样进行了煤对甲烷吸附常数、煤的坚固性系数、瓦斯放散初速度、瓦斯解吸特征、煤的工业分析等试验。并采用间接法计算了煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量，具体参数:煤层硬度中等，f值为0.230.63，p指标1018，瓦斯放散速度快，软分层一般大于10，煤层吸附瓦斯能力强，a值为22.5433.6.m3/tr,b值为0.480.90Mpa. 煤层瓦斯压力东采区为2.5MP, 西采区为1.9MP, 煤层瓦斯含量东采区为14.64m3/t, 西采区为12.52m3/t,煤层透气性东边0.0259m2/Mpa2.d,西边0.0961m2/Mpa2.d矿井有独立的通风系统，机械抽出通风方式，采用两翼对角式通风。进风井为主、副井、箕斗井，回风井为东、西风井，东风井为BDK-8-21型的主扇（电机功率220KW）和2K60-4-18型的备用扇（电机功率240KW），西风井为BDK-6-17型的主扇（电机功率220KW）和2K60-5-18型的备用主扇（电机功率240KW）。矿井总进风量5204m3/min，总回风量5384m3/min。该矿历年来均进行了矿井瓦斯等级鉴定，2006年的鉴定结果为：矿井相对瓦斯涌出量为40.57m3/t，相对CO2涌出量为20.64m3/t，为煤与瓦斯突出矿井。尚庄煤矿历年来测定的煤层瓦斯基本参数见表2-1表 2-1 尚庄煤矿历年来测定的煤层瓦斯基本参数采样地点测定日期垂深(m)fp瓦斯压力(MPa)瓦斯含量(m3/t)3014上山4233.40*西副巷4353.20*3001下山1995.114303.40*3622顺槽2000.85100.53103622顺槽2000.65200.30131.279.113622顺槽2000.65200.23160.937.513622顺槽2000.75200.23150.384.203622顺槽2000.85200.23150.887.803622顺槽2000.105100.43143622顺槽2000.105100.3217364工作面2002.110.63181.129.27345中部2002.110.52181.498.68345尾部2002.110.50183.9018.813623顺槽2002.110.49182.7212.02备注：带*的为直接法所实测数据。2.1.4：煤层 在尚庄井田范围内，开采上二迭统乐平煤系下老山段B4煤层。煤系地层含煤层位有官山段、老山段及王潘里段，自下而上官山段称为A煤组，老山段称为B煤组，王潘里段称为C煤组。其中A煤组含煤2层，不可采；B煤组含煤4层，仅B4、B5煤可采；C煤组含煤21层，基本不可采。主采B4煤层为中厚煤层，煤厚2.03.0m，平均2.2m，倾角1023。煤层结构复杂，井筒以西煤层分叉为B4a和B4b，B4b煤层结构复杂，赋存稳定，全井可采，B4a煤层结构简单，赋存不稳定，局部可采。煤层伪顶岩性为炭质粉砂岩或炭质页岩，一般厚00.4m，平均厚度0.2m； 层伪底为鳞片状灰黑色炭质泥岩，厚00.3m，平均0.1m；直接底为暗灰及浅灰色泥岩，含丰富植物根化石，遇水易膨胀，一般厚2.0m，普氏硬度系数一般为12；老底为灰黑色泥质砂质粉砂岩，含较多的煤线和黄铁矿线理，水平层理清晰，含大量的植物叶片化石，厚48m。井田内的B4煤层为由陆生高等植物所形成的腐植煤，黑褐黑色具层状结构，以半暗至半亮型为主，含光亮煤条带，具脂肪光泽。性脆，一般呈块状，少数呈粉末状。煤中矿物杂质以黄铁矿为主，煤的比重为1.46t/m3。其煤层以凝胶化类物质为主，其次是微丝炭凝胶化类物质，再次是半丝炭化类物质，丝炭化物质少量；此外还有部分角质化物质（主要在煤层底部）以及矿物杂质等。而且煤岩组分中凝胶化类物质含量在平面和剖面上都有明显的从西往东升高变化规律。它的显微煤岩结构为不规则条带状。本区煤质牌号为瘦煤，原煤灰分较高，达14%22%。2.1.5：煤质特征表2-2 煤质特征表煤层名称煤种及符号原煤化验指标精煤化验指标Wf()Ag()Vr()Sgq()Pg()Qgdw(大卡/kg)Ag()Vr()Sgq()Pg()QgDW大卡/kgYm/mB5瘦煤号1.1121.4119.915.580843712.1018.273.25086680B4b瘦煤号1.2321.3818.721.890.02475459.6016.391.13082288B4a瘦煤号1.3614.7116.311.570769711.1316.481.08086830B4煤为灰黑黑色，条痕黑褐色，关亮型条带状结构，半暗半亮型煤类，以半亮型为主，上部见光亮煤条带，玻璃光泽，其内生节理较发育，煤层顶部常含黄铁矿结核，有时呈透镜状突层，下部以半暗煤为主，容重1.4t/m3。B4煤层岩性特征为：有机组分占总量的86%，其中镜质组分又占86%，无机组合占14，以岩土质为主，含量占94%，各种显微组合含量较齐全，显微煤岩构造为条带状结构。故B4煤层为低灰份、低硫份、低挥发份、特高热值煤。根据对B4煤的胶质层测定，定其煤质牌号为焦煤。煤的工业用途：主要用于炼焦，化工和动力发电，主要销往：广东、福建、浙江和江西丰城电厂。B4煤层中的有害成份主要是硫和磷，磷的含量略高于焦煤要求，B4煤可选性中等。矿区B4煤层露头部分之潜水标高为3238米，氧化带标高定在22.37米以上，风、氧化带内的煤质特征因无历史资料，难以评述。2.1.6：水文地质 水文地质对煤层气赋存的影响主要取决于煤层顶底板渗透性以及压力性质，如果煤层存在良好的顶底板条件，则会在向斜轴部或单斜底部形成超压区，有利于煤层气的保存，在煤层顶底板渗透性较差，水动力较弱时，煤层气会由低位向高位运移，如果高位具有良好的的封闭能力，则有可能在高位聚集成藏。水文地质条件对煤层瓦斯赋存的影响，主要表现在：1、煤体或裂隙表面因为水的赋存，减弱了煤层的储气能力；2、地下水对煤层中瓦斯的溶解和流动，降低了煤层瓦斯含量；3、当煤层被开采时，采动裂隙中地下水的活动破坏了储层对瓦斯的封闭，为煤层的瓦斯逸散创造了条件。本矿区水文地质条件为较简单的类矿井.矿井东部较简单,主要为顶板砂岩及断层裂隙水,水量小.西部较复杂,由于断层的切割,使B4b煤层在局部地段距长兴灰岩很近,或与茅口灰岩有水力联系,造成西部局部地段开采水文地质条件复杂。造成西翼局部地段水文地质条件复杂。这与矿井煤与瓦斯突出东强西弱的规律是相符的。历年全矿井平均涌水量为38.23吨/小时,最大为107.43吨/小时,最小为10.85吨/小时。地下水的活动有利于瓦斯的逸散。为了进一步了解地下水活动对煤层瓦斯含量的影响，在尚一矿、尚三矿井下采集了B4、C23煤层瓦斯煤样，送化验室测试，其结果见表2-3，由表中值可见其吸附常数数（a、b）相近，但为什么二者瓦斯含量值却相差很大呢？其原因除煤化作用程度、含煤地层岩性等地质因素外，上覆地层长兴灰岩岩溶水的影响可能也是一个很重要地质因素。表2-3 丰城煤矿区尚一矿、尚三矿煤层吸附试验成果表煤层编号abVdafB4（尚一）31.4465-42.951637.7729（7）0.0410-0.06980.058615.59C23（尚三）27.5786-41.666731.6586（6）0.0198-0.04490.036718.542.1.7:地层下二叠组茅口组：层厚大于300m，为灰色块状细晶质灰岩，具大量方解石脉，岩性纯而脆，产大量珊瑚、腕足类化石，与下伏地层整合接触。官山段：上部为灰白色厚层状中至粗粒石英砂岩，具羽状斜层理及水平层理，胶结物以粘土质为主，有时偶带微量的钙质，厚1240m，平均25m左右。下部为灰至深灰、灰绿色薄层状的页岩、粉砂岩及不具层理的粘土页岩，与中厚层状的含云母碎片的细砂岩，富产植物化石，含煤线两层，厚130m左右，与下伏地层呈假整合或不整合接触。上二叠组乐平组龙潭组老山段：上部为灰至深灰色粉砂岩，间夹薄层状石英细砂岩，层面含白云母碎片，具水平波状层理，厚40.691.9m，平均厚65m。中部为深灰至灰黑色页岩，岩性致密，结构单一，厚44.6114.4m，平均厚80m。下部为灰色中厚层状的细砂岩与深灰色砂质页岩、粉砂岩互层，含灰色钙质砂岩标志层三层，平均厚92.5m。老山段与下伏地层呈整合接触。狮子山段：为灰至灰白色薄至厚层状的细至中粒砂岩，内夹深灰色薄层状砂质页岩，致密坚硬、节理发育，厚3060m，平均厚度45m，与下伏岩层整合接触。王潘里段：为灰及白色中厚层状及厚层状细砂岩、与深灰色薄层状泥质粉砂岩和灰色块状砂质页岩，粘土岩交替互层，含煤多达21层，局部可采层，其余均不可采，层厚7596m，平均85m。长兴组：为浅灰色、深灰色略带紫红色块状晶质灰岩，具较多方解石脉，底部为深灰色炭质白云岩，厚250m，与下伏岩层整合接触。矿井主要开采乐平煤系上二迭统龙潭组老山段B4单一倾斜煤层。煤厚0.64.25米，平均2.0米，倾斜1023煤层结构复杂，井筒以西煤层分叉为B4a煤层结构简单，赋存不稳定，局部可采。煤层伪顶岩性为炭质粉砂岩或炭质页岩，一般厚00.4米，直接顶为灰黑色粉砂岩，厚度23米，老顶为浅灰色石英细砂岩及粗粉岩岩互层，裂隙较发育，厚度7.0米。直接顶为灰黑色粉砂岩，厚度2m，普氏硬度系数一般为3；老顶：为浅灰色石英细砂岩及粗粉岩互层，裂隙较发育，厚度7.0m，普氏硬度系数一般为712。煤层伪底为鳞片状灰黑色炭质泥岩，厚00.3米，直接底为暗灰色及浅灰色泥岩，含丰富植物化石，遇水膨胀，老底为灰黑色泥质砂质粉砂岩，含较多的煤线和黄铁矿线理，水平层理清晰，含大量的植物叶片化石。第三章 地质构造及控制特征研究矿区地质构造演化及分布特征，尚庄矿区位于华南海盆的萍乡乐平反“S”形凹陷带中段和武功山环玉山隆起带的西北边缘，前者系古生代发生于江南地质南侧之拗陷，普遍沉积了古生界浅海相灰岩及海陆交互相之煤系，沉积稳定，煤层发育较好，即乐平煤系；至中生代由于燕山运动影响，既改造了原沉积物及其构造，使构造形迹（褶曲和断裂）大部具有北东方向，构造基本定型；同时在拗陷附近产生了断陷盆地，并接受沉积如安源煤系的形成，特点是含煤盆地面积小，煤系基底均为前震旦系之相溪群，且周围均有大逆断裂包围，煤系厚度变化大。地层产状一般为N50-80E，倾向南东，倾角6-25，一般为10-12，其西翼地层走向一般为N55W，倾向SW，倾角15-35，云庄矿位于构造转折端，地层走向N30-50E，倾向转为北西，倾角3-12。3.1：断层由河西弧两翼至弧顶，断裂构造逐渐发育，矿区内落差大于20m的断层约有100多条，其中F41断层落差500m，为落差最大的一条。矿区内断层按断层走向与地层走向之间关系分为三大类：倾向断层，以正断层为主；走向断层，以逆断层和平推断层为主。 斜交断层，断层走向与地层走向之间的夹角大致在45左右，在斜交断层组里又可以分为两组，均以平推断层为主。井田范围内断层详见表3-1所示：表3-1 矿区范围断层一览表断层编号性质走向倾向倾角落差备注F3平移NESWSE70250mF4正NWSW5070mF5正N70ESE4790mF6平移N1020WNE5640mF7正N40ENW5015mF9正NWNEW4374180200mF11正N26WNE5770mF12正N15W41584158155mF15正N45ESE5046mF26正N25WSW70160350mF27正N1040ENW654060mF39正N2040ESW65150200m构造组合形态a、山字型构造：在河西弧凸向正南的弧顶北侧，发育了一组近南北方向的压性结构面，如东神岭向斜和逆断层等，构成了河西弧的脊柱。该脊柱和它的前缘弧组成了一个山字型构造。b、多字型构造：曲江井田一系列走向近于平行的NE向逆断层，如F54、F55、F37和F58组成了一个非常明显的多字型构造。c、阶梯状断层组：一系列走向近于南北向的正断层，都是西盘相对下降，东盘相对上升，并且具有一定的等距性，形成了一组阶梯状断层，还有尚庄井田西部，一组走向北东的正断层，均是东南盘相对下降，西北盘相对上升，形成一组阶梯状构造。如表3-2：表3-2 尚庄煤矿采（掘）工作面断层统计表序号名称位置倾向倾角/落差/m断层性质力学性质延展长度/m13802顺槽向东481.2正断层剪切力12023802顺槽向西520.8正断层剪切力125m33822顺槽向东601.8正断层剪切力6043822顺槽向西470.9正断层剪切力7053841风巷向东681.0正断层剪切力18063841风巷向东581.2正断层剪切力8073842顺槽向东621.3正断层剪切力15083841风巷向东561.5正断层剪切力17094062顺槽向东681.9正断层剪切力150105021风巷向东652.6正断层剪切力150115022顺槽向东752.2正断层剪切力120 123672顺槽向东520.8正断层剪切力150133691风巷向东611.1正断层剪切力140143691风巷向南560.8正断层剪切力100:3.2：井田地质构造及分布特征本矿区位于尚庄背斜东南翼，为一走向NE3060倾向南东的单斜构造，地层平均倾角为1015，往深部变陡，最大达24左右，区内次褶曲发育，主要有后港和尚庄背斜，大牛山和牙岭头向斜，主要断层有F7、F8、F9、F13、F14、等:3.3：构造煤发育及分布特征构造煤是原生结构煤在构造应力作用下发生明显物理化学变化后的产物。原生结构煤在构造应力作用下，发生成分、结构和构造等变化，引起煤层变形（破裂、粉化）、流变（增厚、减薄）、变质（降解、缩聚）。本矿区位于华南海盆的萍乡乐平反“S”形凹陷带中段和武功山环玉山隆起带的西北边缘，前者系古生代发生于江南地质南侧之拗陷，普遍沉积了古生界浅海相灰岩及海陆交互相之煤系，沉积稳定，煤层发育较好，即乐平煤系；至中生代由于燕山运动影响，既改造了原沉积物及其构造，使构造形迹（褶曲和断裂）大部具有北东方向，构造基本定型；同时在拗陷附近产生了断陷盆地，并接受沉积如安源煤系的形成，特点是含煤盆地面积小，煤系基底均为前震旦系之相溪群，且周围均有大逆断裂包围，煤系厚度变化大。沉积时的古地理环境：B组煤沉积前，经过官山时的长期沉积补偿及隆起地段的风化夷平作用，进入老山时地壳下沉，广泛发育了滨海沼泽环境，沉积了B3、B4、B5等煤层。由于继承下来的盆地基底的复杂性，极大的影响了煤系的沉积。矿区北缘“古隆起”的存在，造成了B4煤层向北逐渐变薄以至缺失。沉积过程中地壳运动的影响：成煤过程中地壳运动的性质，直接影响到地壳沉降与植物堆积二者在速度上的相对关系，从而决定着煤层的厚薄、结构以及煤层分支尖灭。当地壳沉降速度大于植物堆积速度时，就往往由泥质及粉砂质代替植物的堆积，形成煤层的夹矸，甚至引起煤层分叉。当局部地段地壳沉降特别急剧，未能形成植物体堆积条件，就常导致煤层的变薄与尖灭。本矿区在成煤过程中，地壳运动在时间、空间上都有明显差异，从而导致了B4煤层夹矸的发育，形成了B4煤层在矿区西部的分支和矿区东部的尖灭。:3.4：地质构造对瓦斯赋存的控制不同类型的地质构造，在其形成过程中构造应力场特征及其内部应力分布不同，均会导致煤储层和封盖层的产状、结构、物性、裂隙发育状况以及地下水径流条件等出现差异，并进而影响到煤储层的含气特性。不同的构造形式成为瓦斯运移、赋存的先决条件。研究表明：断层下段尾和控制着尚一矿煤与瓦斯突出带总体分布在井田中央采区至东二采区范围内;而小断裂具体控制着突出带的走向趋势,F8、F14范围内的F14-1、F14-2、F201、F303等次一级的张扭性断层（属封闭式），尤其断层尖灭的尾部地段封闭性能好造成瓦斯赋存良好。井田中央采区西边界至井田西部边界范围内，由于地质构造复杂，发育F7、F8、F16、F07、F7-1、F7-2、F06、F05、F04、F03、F02、F01等系列构造，且均为正断层（属开放性断层），最大落差为90米，小的也有1015米以上，断裂相互交叉，局部断层与断层重叠，或因断层造成煤层上部地层缺失，个别地方的B4煤层与长兴灰岩直接沟通，长兴灰岩为含水层，水是造成瓦斯不易保存的一个重要原因，所以井田西部范围内不易发生煤与瓦斯突出。本矿井田煤的变质程度,顶底板岩性及煤层厚度基本一致,井田内影响瓦斯分带的主要因素是断层。根据断层的力学性质,断层与基岩面的连通情况,断层带充填特征以及煤层与另一盘接触的岩石性质,可将断层分为开放性断层和封闭性断层两类。开放性断层,是指具有较好的透气性,便于瓦斯排放的断层。断层附近瓦斯涌出量较低,而在煤层埋深基本不变的情况下,离断层较远处的瓦斯涌出量明显增高,通过对实际资料的分析,发现断层附近瓦斯涌出量与断层落差成反比关系。随着断层落差增大,瓦斯涌出量减小,反之则增大。封闭性断层是指透气性差,不利于瓦斯排放的断层,大量的实际资料表明,在封闭性断层附近,瓦斯涌出量明显增大。井田内发育的低角度小断层多属于封闭性的,这些小规模封闭性断层对瓦斯分布的影响同样符合断层附近瓦斯大,远离断层瓦斯小的规律。开放性断层由于断层倾角大,断层带充填物胶结性差,透气性好,这就为瓦斯的运移创造了条件,但瓦斯运移的结果是释放还是富集还决定于断层的落差。从构造应力角度分析,断层尖灭处,在地应力的作用下,煤体内的吸着瓦斯将有一部分转化为游离瓦斯,同时破碎的煤层又为游离瓦斯的赋存提供了空间。所以在开采过程中断层尖灭处的瓦斯涌出量要比中部高一些,封闭性断层引起瓦斯增大的原因与开放性断层在尖灭处瓦斯涌出量高的原因相同。表3-3 尚庄煤矿大中型断层情况一览表序号编号名称及性质产 状落差/m走向长度/m控制工程简要描述控制程度走向倾向倾角/11F386-1正断层 NE 东723160巷探高22386-2正断层NE东681.6150巷探高33386-3正断层NE东561.5160巷探高44502-1正断层NE东658.5300巷探高55502-2正断层NE东629.5300巷探高66502-3正断层NE东705200巷探高77502-4正断层NE东688300巷探高88501-1正断层NE东701214350巷探高99406-1正断层NE东701.6180巷探高1010406-2正断层NE东713.6150巷探高1111406-3正断层NE东621.6180巷探高1212368-1正断层NE东687.5600巷探高1313349-1正断层NE东787.3350巷探高第四章 矿井瓦斯地质规律研究瓦斯地质规律的研究是瓦斯预测的基础，煤层瓦斯的赋存状态是煤层经历历次构造运动演化作用的结果并受各种复杂地质因素控制。不同含煤地层、不同煤层都存在着自身的瓦斯地质规律。揭示了瓦斯地质规律，也就揭示了瓦斯赋存分布的分区、分带规律等，也就揭示了瓦斯致灾机理，只有理清了瓦斯地质规律，瓦斯涌出量预测、煤与瓦斯突出危险性预测、瓦斯资源预测等模型才能可靠地建立起来。4.1：断层、褶皱构造对瓦斯赋存的影响4.1.1断层对瓦斯赋存的影响断层虽然破坏了煤层的连续完整性，使煤层的顶底板条件发生了变化，但是，不同性质的断层对煤层气的保存和释放是截然不同的。由挤压应力产生的扭性断裂中裂隙的闭合程度较高，使煤层气很难运移，有利于煤层气的赋存。张应力形成的断层则不利与煤层气的保存，但是有利于煤层气的运移，使分散的气体在某一储气性能好的地段富集，有利于开采利用。一般来说，正断层属于开放型，封闭性较差，有利于气体的逸散，而逆断层属于压性或压扭性，具有良好的封闭性，有利于气体的保存。断层的开放性和封闭性决定下列条件：（1）断层的性质 一般的张性正断层属于开放型断层，而压性或压扭性断层封闭条件较好。（2）断层与地面或冲积连通 规模大且与地表相通或与松散冲积层相连的断层一般为开放型（3）断层将煤层断开后，煤层与断层另一盘接触的岩层性质。（4）断层带的特征 如断层的充填(裂隙发育情况)此外断层的空间方位对断层的保存、遗散也有影响一般走向断裂阻隔了瓦斯沿煤层倾斜方向的遗散。而倾斜和斜交断层则把煤层切割成互不联系的块段。4.1.2：褶皱对瓦斯赋存的影响褶皱运动，煤层随着周围岩层在各种应力作用下形成波状弯曲，而煤层是岩石中软弱的成分，在构造应力作用下或重力作用下容易发生变形，甚至产生塑性流变，形成复杂的褶皱。煤层气主要沿煤层中的空隙运移，在褶皱的紧密结合部位储集起来。本矿井内有两组较发育呈“X”型的小型断层，在井田的东翼以走向北东，倾向北西或南东的断层为主，西翼发育以走向北西，倾向北东或南西的断层为主，断层的倾角一般在4560之间。这二组断层以剪切正断层为主，对瓦斯保存有利，特别在F7断层组-F9断层组之间瓦斯压力大，含量高。在矿井西翼浅部，对矿井瓦斯影响不大。4.2:顶底板岩性对瓦斯赋存的影响4.2.1: 煤层顶板岩性厚度与瓦斯赋存关系在煤层围岩中,对瓦斯赋存影响较大的是煤层直接顶板的岩性、厚度及分布特征,直接顶板以上岩层虽然对煤层瓦斯的赋存有一定的影响,但其有效性随着远离煤层而减小。煤层顶板岩性厚度统计到煤层顶板稳定的大占砂岩为止,可用有效隔气层泥岩厚度来表示:H = mi ki式中, H为煤层顶板泥岩厚度; mi 为计算的某岩层厚度; ki 为厚度调整系数。如表4-1：表4-1 层厚度调整系数不透气韧性岩石透气脆性岩石岩性调整系数岩性调整系数泥岩1.0粗粒砂岩0.1炭质泥岩1.1中粒砂岩0.2煤层0.9粗粒砂岩0.3砂质泥岩0.7粉砂岩0.5研究表明,煤层瓦斯含量与直接顶板泥岩厚度相关性很小, R2 = 0. 006,说明该参数不是影响该矿井瓦斯含量的主要因素。煤层围岩岩性的透气性对瓦斯的赋存影响很大，若渗透性差，岩层封盖瓦斯能力强，瓦斯不易扩散，对瓦斯赋存有利。本矿区东翼采区无伪顶，直接顶为细粉砂岩煤层对瓦斯保存越有利，瓦斯越不易扩散，瓦斯赋存就越高，瓦斯压力就越大。西翼采区煤层有一层层间距为炭质粉砂岩或炭质页岩，平均厚4-7米。这层岩层裂隙发育，瓦斯易沿裂隙扩散，故西翼采区瓦斯相对较低。4.2.2：煤层顶板岩体结构对煤层瓦斯赋存影响岩体结构是指岩体中结构面与结构体的排列组合特征,不同的结构面与结构体以不同的方式排列组合形成不同的岩体结构。在沉积岩构成的煤系地层中,结构面主要是岩层层面,结构体则是被结构面围限的岩石块体,即岩层。从根本上说,岩体结构决定了煤层顶底板岩体的隔气性或透气性。B4煤层的顶、底板岩性如下：（1）伪顶，岩性为炭质粉砂岩或炭质页岩，一般厚00.4米，平均厚0.2米，具西薄东厚的变化特点，东翼采区西部常无伪顶，东翼采区局部见厚0.61.2米。（2）直接顶，为深灰色细粉砂岩，底部含炭具煤线，整层多含极薄层的细砂岩条带与粉砂岩构造互层，在矿井称之谓“条带砂岩”，厚6.08.0米，最大10米，层厚较稳定。（3）老顶，为灰色石英细砂岩，裂隙较发育，厚35米。（4）伪底，为鳞片状灰黑色炭质泥岩，西翼边界处为黑色细鳞片状炭质页岩，厚00.3米，平均0.1米。（5）直接底，浅灰、灰白色粘土岩，因含丰富植物根化石，又可称根土岩，遇水易膨胀，此有时为粉砂岩替代。岩