酸刺沟井田煤层瓦斯赋存规律及影响因素研究

陈立超 王生维 孟 欣

（中国地质大学（武汉）资源学院，湖北省武汉市，430074）

陈立超 王生维 孟 欣

（中国地质大学（武汉）资源学院，湖北省武汉市，430074）

为搞清酸刺沟井田煤层瓦斯含量分布规律，对实测煤层瓦斯含量数据和井田地质因素进行了综合分析。认为煤层埋藏深度是影响酸刺沟井田煤层瓦斯赋存的主控因素，并建立了线性预测模型。预测结果显示，井田煤层瓦斯含量由东部首采区2m3／t向西部未采区逐步增加至3m3／t左右；且酸刺沟井田煤层处于瓦斯风化带内。

酸刺沟井田 瓦斯含量 煤层埋深 瓦斯风化带

P618.118

B

煤矿瓦斯涌出量和瓦斯突出受控于多种因素，煤层瓦斯含量是主要影响因素之一。煤层瓦斯含量高低受到多种地质因素的综合影响，由于地质条件的差异，煤层瓦斯含量在空间分布上变化较大。但对同属某一瓦斯地质单元的研究目标来说，煤层瓦斯含量分布的总体规律往往受到某主控因素的有力控制，其他地质因素影响其局部变化。因此，查明主导因素控制下的瓦斯含量总体分布特征，一般就能揭示瓦斯分布的基本规律。本文以酸刺沟井田煤层为例，探讨瓦斯含量分布特征问题。

1 井田地质概况

酸刺沟井田位于内蒙古自治区准格尔煤田中部，井田走向长11.5km，倾斜宽5.7km，面积76.5km2。石炭系上统太原组煤层为井田主采煤层，煤层厚度5.25～20.77m，平均厚12.52m左右。煤层厚度总体由井田东北向西南变薄，煤层厚度变异系数29%，见煤点可采系数100%。煤层结构复杂，直接顶板岩性多为中粗粒砂岩，局部为泥岩；底板岩性多为泥岩、砂质泥岩，局部为粗粒砂岩。井田煤层倾角普遍小于5°，开采条件良好，煤牌号为长焰煤，变质程度低。

位于鄂尔多斯盆地东北缘的酸刺沟井田，总体上走向近于南北，倾角10°以下，向西倾斜单斜构造，构造相对简单。井田中部发育有小型的EW向波状起伏构造和NE向高角度正断层，区内尚未发现陷落柱及岩浆岩侵入。通过现场解吸实测，煤层瓦斯含量值在1.71～2.71m3／t之间，平均为2.29m3／t。瓦斯成分分析数据显示，井田煤层处于瓦斯风化带内。

2 煤层瓦斯含量分布特征

2.1 煤层瓦斯赋存影响因素分析

2.1.1 地质构造对瓦斯赋存的影响

由于区内大型褶皱不发育，井田附近褶皱构造对煤层瓦斯赋存的影响占主体地位。主要有轴向NE向大型背斜，如窑沟背斜、西黄家梁背斜等。褶皱的抬升使翼部井田煤层隆起部分暴露于地表，煤层暴露影响了煤层瓦斯的赋存。一方面，暴露卸压环境有利于煤层中瓦斯吸附气体解吸和扩散；另一方面，暴露导致煤层缺失封盖条件，加速了煤层中瓦斯游离气体的逸散。造成井田东北部煤层瓦斯含量普遍在2.00m3／t以下，低于井田瓦斯含量平均水平。

区内多NE、NNE向高角度正断层，断层的规模较小，最大落差为12.50m，且较大断层附近多有冲刷和导水现象。水流的携带和冲刷作用往往不利于煤层瓦斯赋存。本次研究S－2号钻孔处在断层面附近，由于断层面开启及水流对气藏的破坏，S－2号钻孔样品瓦斯含量仅为1.29m3／t，低于同等埋深条件下其他样品瓦斯含量值。由于酸刺沟井田内不存在大型的导气和储气构造，小型褶曲和断层构造并未对煤层的连续性构成破坏，煤层内瓦斯流动属同一体系，构造条件仅影响煤层瓦斯含量局部的变化。

2.1.2 上覆基岩厚度对瓦斯赋存的影响

酸刺沟井田从寒武纪到早石炭世末，受构造影响整体上升形成大陆。直到中石炭世，全区开始下降接受沉积。自三叠纪末至白垩纪，随着振荡运动差异性的增大，上升幅度占优势，华北地台再一次上升为陆地，沉积作用间断，直到新近纪至第四纪又普遍沉降接受沉积。酸刺沟井田缺失三叠系、侏罗系及白垩系地层，第三系地层不整合于二叠系地层之上。

图1 煤层瓦斯含量与上覆基岩厚度相关图

2.1.3 煤层埋深对瓦斯赋存的影响

煤层瓦斯运移的总趋势是瓦斯由地层深部向地表逸散，随着埋深的增加不仅会因地应力增高而使围岩的透气性降低，气体穿层逸散困难，而且瓦斯向地表运移的距离也增大，因此煤层埋藏越深，瓦斯保存越容易而逸散越困难。在瓦斯带深度范围内，煤层瓦斯含量随煤层埋藏深度的增大而增加。研究发现，尽管酸刺沟井田煤层处于瓦斯风化带内，但是通过样品含气量测试数据与取样深度之间线性回归分析发现，煤层瓦斯含量与煤层埋藏深度间仍呈显著的正相关关系，相关系数R达到0.90，见图2。

图2 煤层瓦斯含量与煤层埋深相关图

2.1.4 顶底板岩性对瓦斯赋存的影响

一般来说，当煤层顶底板岩性为致密完整的岩石（如页岩、油页岩）时，煤层中的瓦斯不易散失；顶板为多孔隙或脆性裂隙发育的岩石（如砾岩、砂岩）时，瓦斯容易逸散。酸刺沟井田太原组煤系地层为一套河流三角洲相含煤沉积，煤层的形成属于河流平原上的聚煤作用。井田内煤层顶板多为中粗粒砂岩，透气性较高；底板多为泥岩、砂质粘土岩，局部为粗粒砂岩。

图3 煤层瓦斯含量与顶板泥岩厚度相关图

图4 煤层瓦斯含量与底板泥岩厚度相关图

2.1.5 水文地质对瓦斯赋存的影响

地下水与瓦斯共存于含煤岩系及围岩之中，它们的共性是均为流体，运移和赋存都与煤层和岩层的孔隙、裂隙通道有关。地下水的运移，不仅驱动着煤层中游离瓦斯气体的运移，同时携带着煤层水中的溶解瓦斯气体一起流动。因此，地下水的活动越活跃，煤层瓦斯气体赋存状态越不稳定，瓦斯气体逸散的可能性越大。同时，水分子吸附在裂隙和孔隙的表面，占据了瓦斯气体吸附的空间，影响到瓦斯气体的含量。酸刺沟井田地层内部地下水的补给与径流条件较差，隔水层隔水性能较好，含水层之间水力联系小。但井田太原组煤系地层中发育的大量张性构造裂隙能够连通含水层与煤层，含水层中地下水通过开放性裂隙通道流向煤层，煤层中瓦斯气体受水流的携带作用运移逸散，不利于煤层瓦斯赋存。

2.1.6 煤层厚度对瓦斯赋存的影响

瓦斯逸散以扩散方式为主，空间两点之间的浓度差是其扩散的主要动力。在其他初始条件相似的情况下，煤储层厚度越大，煤层中部分层中瓦斯向顶底板扩散的路径就越长，扩散阻力就越大，对瓦斯赋存越有利。通过分析井田煤层瓦斯含量与煤层厚度的关系发现，煤层瓦斯含量与煤层厚度间呈较弱的正相关关系，见图5。

图5 煤层瓦斯含量与煤层厚度相关图

通过煤层瓦斯含量与各主要影响因素之间线性回归分析，可以看出，煤层埋藏深度对瓦斯赋存影响最大，相关系数达到0.90，而上覆基岩厚度、煤层厚度、顶板20m内泥岩厚度、底板10m内泥岩厚度、水文地质条件的影响较小，说明煤层埋藏深度是影响煤层瓦斯含量分布的主控因素。

2.2 煤层瓦斯含量分布规律

图6 酸刺沟井田煤层瓦斯含量等值线图

3 结论及建议

（1）对影响井田煤层瓦斯赋存的主要地质因素进行了分析，认为上覆基岩厚度、顶底板岩性等因素仅影响瓦斯含量的局部变化，煤层埋深才是影响酸刺沟井田煤层瓦斯含量分布的主控因素。

（3）随着开采煤层深度增加，酸刺沟井田今后未采区生产中，因煤层瓦斯含量增加导致的工作面瓦斯涌出强度大及上隅角瓦斯浓度超限等问题将愈发严重。当前应在掌握煤层瓦斯分布规律的基础上，一方面继续开展煤层瓦斯赋存的接续性研究，另一方面适时地增加瓦斯灾害防范的意识和力度，保证矿井安全高效生产。

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Study on gas occurrence law and influencing factors in 6＃upper coal seam in Suancigou Mine

Chen Lichao，Wang Shengwei，Meng Xin
（Faculty of Resources，China University of Geosciences（Wuhan），Wuhan，Hubei 430074，China）

In order to study the gas content distribution law in 6＃upper coal seam in Suancigou Mine，the paper has had a comprehensive analysis on the gas content data measured in coal seam and the mine field geological conditions.The result indicates that the buried depth of coal seam is the main factor which affects the gas deposit in 6＃upper coal seam，and then a linear forecasting model has been established.The final predicted results show that in 6＃upper coal seam，from the first－mining area in east of the seam to the unworked area in west of the seam，the gas content increases from 2m3／t to 3m3／t gradually；the 6＃upper coal seam in Suancigou Mine lies in the gas weathering zone.

Suancigou coal mine field，gas content，buried depth of coal seam，gas weathering zone

陈立超（1985－），男，内蒙古赤峰人，中国地质大学（武汉）在读硕士研究生，从事煤层气及瓦斯地质工程研究。

（责任编辑 张毅玲）