万福煤矿首采区3煤地质条件与瓦斯赋存规律研究

万福煤矿首采区3煤地质条件与瓦斯赋存规律研究摘要：煤层地质条件与瓦斯赋存规律对煤矿安全开采影响极大#万福煤矿首采区构造复杂，瓦斯地质情况不清，首采面准备期间多次出现瓦斯异常变化为掌握首采区瓦斯地质赋存规律，本研究通过资料分析，布点实测煤层瓦斯参数，提出万福煤矿首采区瓦斯分布规律与瓦斯赋存影响因素，指明煤层埋深对区内瓦斯含量分布的控制作用，并叠加向、背斜轴部及构造复合部位导致瓦斯富集区的一般规律煤矿瓦斯地质赋存状况是影响矿井安全开采的重要因素¹#山东兖煤万福煤矿首采区的3煤工作面准备期间出现多次瓦斯预警为保障开采安全开需研究瓦斯地质、煤层赋存分布规律准确掌握采区内煤层瓦斯压力、瓦斯含量参数开为矿井瓦斯防治提供万福煤矿位于山东省菏泽市成武县与巨野县交界矿区地处黄河冲积平原区内地形平坦局部略有微度起伏地面标高+43m左右#井田处在巨野煤田南端北起邢庄断层南、西至奥陶系顶界露头东至田桥断层井田范围南北长约18.0km东西宽0.5～10km#度-600~-1200ml矿井采用立井单水平开拓主水平巨野煤田处于华北板块(I)鲁西地块(Ⅱ)鲁西南潜隆起区(Ⅲ)呈武潜凹陷开煤田地层总体呈东倾的单斜构造走向近SN向地层倾角5～15°北部稍陡局部达20以上区内发育一系列断裂构造：近SN向有毕垓断裂、巨野断裂、田桥断裂巨野断裂和毕垓断裂为巨野盆地边缘断裂田桥断裂位于巨野盆地内近EW向有汶泗断裂、郓城断裂均为区内拳铺盆地边缘断裂用区内次级断裂以近SN向为主为区内次级凹陷和凸起的边缘断裂用这些次级断裂分别构成煤田采区边界并控制了煤层形成和分布特征燕山晚期岩浆岩属煌斑岩类由北向南以岩床、岩脉形式侵入煤系地层使部分煤层区内地层主要有奥陶系、石炭系、二叠系、新近系和第四系新近系和第四系松散沉积物厚450～800m#煤田主要成煤时期为晚石炭世-早二叠世开煤系以奥陶纪马家沟群石灰岩为基底沉积了石炭纪-二叠纪月门沟群本溪组、太原组、山西组及石盒子群用含煤地层自下而上划分为太原组和山西组，太原组为海陆交替相沉积，呈深灰黑色粉砂岩、泥岩、石灰岩与煤层的互层特点，夹灰色砂岩；山西组为过渡相的三角洲相沉积，沉积物主要是浅灰白色中、细砂岩及深灰色粉砂岩、泥岩夹煤层。区内中生代、新生代沉积发育在断陷盆地的平原区，是陆相碎屑沉积和强烈的陆相火山喷发及的单斜构造，次级的向背斜较发育。3煤层由北向南上距B层铝土岩27.62～130.50m,灰33.55～74.35m,平均59.28m。3煤层直接顶以深板砂岩富水性强。3煤层综合柱状图见图3。层中砂岩：灰白色，成份以石英为主，泥质胶结3煤：黑色，属半暗～半亮型煤，阶梯状断口首采区及邻近范围岩浆岩或岩焦混合体主要分布在采区西侧，垂向上，除局部本溪组地层有岩浆岩侵入，其他岩浆岩侵入层位均集中于山西组3煤层。万福煤矿含煤地层主要为下二叠系山西组和上石炭系太原组，总厚197m,共含煤30层，可采及局部可采3～4象，分叉后其上分叉区称为3上煤层、下分叉区称为3下煤层。3上煤层较3下煤层赋存范围大且稳定性好煤层合并区与3煤层分叉后上分叉区(即3上煤层)称为“3(3上)”煤层。首采区3煤层缺失。3煤层属低灰、特海断层、王平断层以西至煤系地层露头范围内受岩浆岩侵入影响煤质变化复杂。2煤层瓦斯参数测定3煤层甲烷含量为0~6.319cm³/g●燃(295孔),平均1.360cm³/g●燃。根据地勘孔瓦斯资料，平面上围绕295号孔与周围W-25、W-26、W-29孔呈一圆形状区3煤层较高瓦斯含量区。2020年3月矿井建设期间，在采区系统巷道位置测定3煤层瓦斯压力0.22MPa(标高为研判首采区3煤层瓦斯赋存规律，根据巷道条件，在采区系统巷道的胶带机斜井、1305胶带顺槽布置测点实测3煤层瓦斯参数。瓦斯参数测试测点布置见图4。3煤层瓦斯参数测定结果见表1。1305机巷图4瓦斯参数测试测点布置图表13煤层瓦斯参数测定结果瓦斯压力121305胶顺J12点处34/3首采区3煤层瓦斯赋存规律分析3.1构造条件对瓦斯赋存的影响区域上，断裂构造发育，受昆仑-秦岭纬向构造带和燕山运动影响，东西向断层被南北向断层切割，形成“棋盘格”状断块构造格局，煤层赋存于早期的地堑。受断层切割等构造应力场干扰，巨野向斜产生偏转成北北东向，且东翼残缺不全。万福煤矿井田内，断裂受区域构造控制走向基本与区域性的田桥断层一致开以黄庄断层、王平断层及牛海断层为主体附生次一级小断层断层性质均以高角度正断层为主#首采区浅部层、王平断层这些断裂构造破坏了煤层完整性使煤层瓦斯运移条件发生变化加之煤层顶底板岩层富水性好通过断层沟通更加促进煤层气体运移使之逸散但区内小构造附近煤层结构发生破坏并产生应力集中开这些区域仍能富集瓦斯用首采区-950m以深断裂构造不发育但受后房背背斜轴部区域受强烈构造作用开应力集中且发生褶皱的岩层塑性较强开封闭性好有利于煤层瓦斯聚集与保存这些区域瓦斯含量相对升高从地勘瓦斯资料看开较高瓦斯含量的钻孔基本上也在背斜轴部如295孔附近高瓦斯区就处于后房背斜轴部3.2顶底板岩性对瓦斯赋存的影响煤层围岩性质很大程度上影响瓦斯赋存围岩致密、裂隙不发育的岩层透气性越小瓦斯越容易保存反之开将易于瓦斯流失31曲一般来说煤层顶板岩性为致密完整的岩石如页岩、油页岩时煤层瓦斯含量较高顶板为多孔或裂隙发育的岩石如砾岩、透气性好的砂岩时瓦斯含量偏低用泥岩有利于瓦斯保存但要是含有砂质、粉砂质按砂质性质、含量封闭瓦斯能力不同用首采区3煤层沉积环境为三角洲平原泥炭沼泽开系统巷道南翼3煤层顶板多为砂质泥岩、粉砂岩、厚层泥岩等几种岩性呈交替出现的互层状岩性致密有利于煤层瓦斯保存系统巷道北翼3煤层顶板多为粗砂岩、中砂岩、细砂岩及薄层泥岩有利于瓦斯释放从地勘瓦斯资料看开同标高位置首采区南翼3煤层瓦斯含量高于北翼3.3岩浆岩侵入对瓦斯赋存的影响岩浆侵入对煤层性质结构影响极大破坏煤层连续性和完整性使煤质变性除了侵蚀煤层还影响煤层瓦斯含量#岩浆侵入产生的高温高压使煤层有机质热解生烃开增加煤层瓦斯含量岩浆岩体可以对煤层形成致密封闭层让煤层瓦斯得不到散失煤体受岩浆影响发生变质变质程度升高挥发分降低吸附能力降低煤体脱氧、去氢、富碳的趋势增加开煤体瓦斯含量减少用岩浆侵入形式不同对煤层瓦斯赋存影响也不一样开总的表现为使煤层瓦斯赋存不均开出现瓦斯增大区和减弱区首采区牛海断层以东3煤层主要生产区开煤体瓦斯赋存受岩浆岩侵入影响较小用3.4煤层埋深、倾角对瓦斯赋存的影响煤层埋深增加开应力增大开降低煤层的渗透性煤层瓦斯不易流失用随着煤层埋藏深度增加开煤层瓦斯向地表运移的距离增大有利于瓦斯保存曲煤层瓦斯参数与煤层倾角也有一定关系田煤层倾角变化大时瓦斯可沿着一些透气性好的地层向上运移和排放煤层倾角小时一些透气性差的地层起到封存瓦斯的作用开煤层瓦斯参数增大用根据井下实测瓦斯资料开得到煤层瓦斯压力与埋深的关系(见图5)开可以看出田煤层瓦斯压力随着煤层埋深加大而增加瓦斯压力增长梯度约为0.23MPa/100m田煤层埋深仍是本井田瓦斯赋存的瓦斯压力/MPa瓦斯压力/MPa图5瓦斯压力与埋深的关系图根据实掘资料开首采区内3煤层存在小波幅起伏褶曲并实见多处小断裂构造在3煤层瓦斯参数随着埋深加大而增加的趋势上开仍有小构造强烈破坏煤层原始结构的现象开造成煤层局部性质变化瓦斯分布不均用4.1万福