地质构造对煤层瓦斯赋存的作用

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瓦斯的分布与煤层以及地质结构演变具有紧密关联，煤系地层在后续的地质结构改变作用下，为瓦斯的运动以及赋存创造了条件，同时地质结构改变也会对围岩结构造成影响，这就关联到瓦斯的渗入与溢出。因此，地质构造是影响瓦斯赋存的主要原因，并且它已经成为现阶段瓦斯研究工作的重点内容之一。

1地质构造影响瓦斯赋存的研究分析

1.1国外研究现状分析

在世界范围内，法国、英国等国家对瓦斯地质相关内容有较长的研究历史，而法国在2014年就创设了“瓦斯委员会”，从地质方面入手探索瓦斯分布规则。苏联在20世纪50年代就开始入手研究瓦斯地质的相应内容，经由长时间探索，相关工作人员提出瓦斯的分布与地质原因有着密切关联，同时瓦斯的分布具有不规则性，与当地地质状况、地质复杂性等密切相关。英国瓦斯研究人员皮特·大卫提出：“在煤系地质构造中，地质结构对于瓦斯的赋存情况以及分布状况有主要引导作用”。这一研究人员还因此建议加强对地质演变规律与瓦斯规律的探索[1]。由此可知，众多研究学者一致认为，煤层瓦斯的赋存情况以及对瓦斯产生影响作用的地质条件，是含煤地层经由若干次结构变化产生的结果。法国瓦斯研究组成员特里斯安曾经提出，煤矿区域中的地质构造改变与瓦斯的形成密切相关，同时也关系着瓦斯的保存条件。1.2国内研究现状分析中国对于煤层瓦斯赋存以及分布地质条件的研究与探索更加深入，而中国正式全面、系统地研究瓦斯是在20世纪70年代，相关研究人员开展了大量的瓦斯与地质研究工作，都取得了一定的成果。在20世纪80年代，学者杨立生带领的瓦斯研究小组成立，这代表全国范围内的瓦斯地质研究工作正式开始推广。瓦斯区域论的主要论点就是瓦斯的分布情况以及分布不规则都与地质情况有着紧密联系，同时瓦斯的分布与赋存会受到地质条件的限制。

2井田瓦斯的地质特点概述

瓦斯一般情况下呈一种吸附状态或者承压游离状态赋存在煤体中，二者保持动态平衡，当温度以及瓦力等外界因素发生改变时，将会发生状态的变化；当瓦力提高或者温度降低时，一部分处于自由形态的瓦斯也将被转变成吸附瓦斯；反之压力降低或温度提高，一部分吸附瓦斯也可以转化成为自由态瓦斯。自由态瓦斯变为吸附瓦斯被称之为吸附，反之叫解析。瓦斯的解析在物理学中被称为吸热反应，这一情况与煤、瓦斯突出有着一定关联。在煤矿开采工作的进行中，工作人员一般会经由测定瓦斯含量、压力等数据信息来探索煤与瓦斯突出的问题，并掌握与估量瓦斯抽放以及利用的可能性。

2.1煤层中瓦斯含量分析

2.1.1煤层瓦斯含量测定方式与原则

测试瓦斯含量的手段很多，常见的测试方式有直接检测、间接检测、经验公式等。本文将任楼井田作为实例，对其可采煤层瓦斯含量展开了测验模拟，并应用直接检测法中的解析法，这一检测方式为前煤炭工业部批准的部颁方法。除此以外还应用了间接检测法计算含量数值，因为在样品抽取过程中，所应用的煤样抽取技术以及含量测试方法等得到的含量数值并不都是精确的，在利用瓦斯地质资料时，应该对初始测验成果核对检查，并进行精确性评价以及测验数值校对。地勘瓦斯含量稳定性评价以及校对的原则如下：a)煤样灰分质量分数不能超出40%，如果超出40%，表示测值不可靠；b)煤样现场瓦斯解析测验后，必须将其密封保存，脱气之前不能漏气，如果漏气则代表数值不可靠；c)利用瓦斯带中所抽取的煤样测定瓦斯的体积分数，CH4的体积分数必须超出60%，如果低于60%，则代表数值不可靠；d)在同一个煤层中，如果出现了两个或以上瓦斯含量测验数值，并且这两类数值都满足上面提到的条件，工作人员应该根据最大测试数据来验证瓦斯含量；e)对于测验方式、测验质量不详的数值，依据达标值考虑，供参考。

2.1.2瓦斯风化带确定

赋存在煤层之中的瓦斯经由不同的途径由地下深处向地表涌动，而地表上方的空气以及其他生物作用所形成的气体顺着煤层以及地质缝隙向下方运动，这就使得地表与地下进行反方向交互运动，从而形成了煤层之中的瓦斯由浅到深、有规则、有体系地运动，也就是经常可见的煤层瓦斯带状分布。阻碍瓦斯风化带的地理因素很多，除了掩埋深度之外，还包括煤地层倾角、风化作用、地质环境构造、地下水流运动等。瓦斯风化带的形成都将会被这些因素所影响，因此，井田不同位置的瓦斯风化带下界深度也将会产生波动。在实际工作过程中，清晰精确掌握风化带所处部位，可以对估算瓦斯赋存情况等发挥积极、有效的作用。在实际的开采工作中，风化带内部属于较为安全的场所，但是如果风停止流动，不仅会出现CO2和N2，引发窒息危险，还会发生瓦斯爆炸事故。

2.2煤层瓦斯产生的压力分析

所谓“煤层压力”，是指煤孔隙中产生的移动瓦斯压力，简单来说就是气体运动作用下，在煤孔中出现的压力。煤层压力可以作为瓦斯涌出的参考数值，也是瓦斯涌动的主要推力，通过分析煤层瓦斯压力，可以有效估算煤层瓦斯的含量，并且对于煤与瓦斯突出危险性预测以及科学设计防突举措等都有十分重要的作用。测试煤层初始瓦斯压力时，应用注水泥砂浆或者黄泥封洞，注浆封孔情况如图1所示。打孔工作完毕以后，工作人员可以将压力测试管安装在钻孔预留的封孔深度，在孔洞口部位用木塞子堵住固定测压管，再用注浆泵持续将水泥砂浆灌注进孔洞中。48h后安装压力表，工作人员观察、记录压力数据的变化情况，直到稳定。这里需要特别注意的是，钻孔在钻过岩层时，煤层底部岩层含有水分，钻孔封闭后，孔内常聚积水，这将导致所检测的压力变为水压，从而阻碍压力测试工作的精确程度。通常情况下，应该等到测压管没有水流出以后再安装压力测试表。

2.3煤层中瓦斯涌出量分析

瓦斯的涌出量是指在实际生产工作中，煤矿以及岩石之中涌出的瓦斯量。瓦斯涌出量的实际表现形式有2种，一种是绝对瓦斯涌出量，一种是相对瓦斯涌出量。绝对瓦斯涌出量以m3/min计，通过它可以得到绝对瓦斯涌出量的含义为单位时间瓦斯的涌出量；相对瓦斯涌出量以m3/t计，通过它可以看出，相对瓦斯涌出量为吨煤同期瓦斯涌出量。因为绝对瓦斯涌出量除以区块产煤量等于相对瓦斯涌出量，所以当区块产煤量一定时，二者之间是正比例关系。

2.4瓦斯涌出量预测方式

瓦斯涌出量的估量工作就是预先计算出区域范围内瓦斯涌出量，其估量方式多种多样，当前时期，瓦斯预估方式主要有矿山统计法以及分源计算法两种。前者是依据煤层之中瓦斯的存有量以及矿井中瓦斯涌出量的源汇关系，估量出瓦斯涌出量，这一方式需要十分细致、全面的煤层瓦斯参数作为参考，并且计算方式十分繁杂，大多被应用在新矿井中。矿山统计法相对来说较为简单、易操作，但是误差较大，在实际工作中可被用来测量生产矿井瓦斯涌出量。如果有较为丰富的瓦斯涌出量资源，采用这一方式依然可以较为精密、准确地估算出瓦斯涌出量。

3地质构造对煤层瓦斯的控制作用研究分析

3.1地质构造与瓦斯赋存之间的关系研究

地质时代含煤建造形成之后，历经了十分久远的地质历史阶段，后续的构造活动对其展开了不同程度的改造，因为成煤的时间不一致，地质结构运动也有差异，所以，瓦斯在煤田中的分布不统一，形态以及特性、赋存条件等方面都显现出了较大的差异。3.2地质构造对瓦斯赋存的影响分析从规模角度着眼分析地质构造，它主要代表煤田以及井田划分的主体构造，不同类型的地质构造在不同位置以及不同力学特点下，可以形成便于瓦斯聚集的不同条件，具体来说，密闭性地质便于瓦斯聚集，开放性有利于瓦斯排出。

3.2.1褶皱构造与瓦斯赋存

图2所示的地质结构具有背部斜轴条件，通常来说此种构造的地质瓦斯含量会比与它相同埋藏深度的两侧瓦斯含量高。如果顶部因为外力作用等原因出现断裂，将会导致瓦斯大范围流失，从而比翼部含量低。一般来说，向斜构造顶部的含量比两端要高，这是因为顶部承受的地质运动压力强，所以周边岩石具有的透气能力将会降低。但是，在高透气性煤层开采中，向斜轴部瓦斯的涌出量会比两翼低，这是因为开采工作越接近轴部，瓦斯存有区域越狭窄，所补给的瓦斯量也就越少。

3.2.2断裂构造与瓦斯赋存

断层对于瓦斯含量的影响较为繁杂，不仅需要考量断层或者断带，还需要考量与煤层接触过程中盘岩层的透气性。开放性的断层通常具有张性或者扭曲性，这样一种断层构造形式与地表之间不论是否有直接关联，都必然会导致周边煤层中瓦斯含量降低。当与煤层发生接触的对盘岩层所具有的透气能力较强时，瓦斯含量将会迅速减少。封闭性断层一般不具备导水能力，如果断层规模较大，并且断裂距离较长，通常与煤层接触的对盘岩层密闭不透气的概率将会降低，因此大断层通常会产生一定宽度的瓦斯排放带。在此带之中，瓦斯含量会减少。

3.3井田断裂构造对瓦斯的影响

关系瓦斯赋存的因素很多，从瓦斯的形成以及赋存这两方面来看，可以分成两种类型。a)煤系方面的原因，其中具有煤层物质结构、埋藏条件等，这在一定程度上决定了原始瓦斯的成分，同时也显现出瓦斯的形成条件。b)瓦斯形成后期的外部因素包含煤层边界条件、人为原因等，这反映出了瓦斯的保存、运动以及动态改变。这两种原因整体影响的结果将会决定瓦斯在煤系之中的赋存情况以及整体分布规则[2]。

3.4小断层对瓦斯涌出的影响

3.4.1一般原理

因为煤矿的分布具有一定的不匀称性，所以必将会导致煤层应力与瓦斯含量分布不匀称的情况发生。在巷道掘进工作开展过程中，瓦斯涌出量产生了显著差别，从而在断层周边形成了瓦斯涌出量的驼峰曲线。实验表明，断层并不会影响瓦斯分布状况，但在断裂进程中会形成两个应力分布带，也就是释放带和集中带。而瓦斯的分布状况也产生了一定的分带情况。在断层部位，应力被逸出，压力减小，瓦斯涌出，产生谷值；由内向外，应力聚集，压力提高，瓦斯集中，在开采工作中涌出量提升，产生峰值；再向外，压力以及涌出量都逐渐恢复正常。断层周围瓦斯分布关系为：地应力：原压带—升压带（应力集中带）—减压带（应力释放带）—升压带（应力集中带）—原压带。煤体构造：原生结构—碎粒结构—糜棱结构（含断层泥）—碎粒结构—原生结构。

3.4.2构造煤的判断研究

经由大量的实际场地研究分析以及实验测试，煤与瓦斯突出总是出现在煤体构造损坏严重的软煤分层中[3]。将这一事实作为基础，一些研究学者提出，地应力以及瓦斯的作用是可以统一到煤体构造的内涵之中的，实际如下。a)构造煤发育时，因为煤体中的孔隙较大，渗透能力较低，成为了很好的瓦斯聚集带。b)构造煤具备瓦斯解析速率较快的特性。c)构造煤发育区本身就是地下一定深度部位容易引发应力聚集的弱面。d)煤体构造力学特点表明，构造煤抵御外部环境破坏的能力最差，阻力最小。由此可得，在煤层以及瓦斯所构成的力学体系中，构造煤发挥出了十分关键的作用。这代表着煤与瓦斯的突出必然产生在构造煤的深处，判断识别构造煤的特点是瓦斯灾害防治无法或缺的流程。

4结语

综上所述，从地质结构入手，先探索了瓦斯研究工作，国外与国内的进展，之后重点探讨了煤层中瓦斯含量的相应内容，阐明了瓦斯计量方式，得出地质结构与瓦斯赋存之间有紧密联系的结论。希望所述内容可以为相应工作提供有效的建议与思路，也希望可以为相应研究工作的进行添砖加瓦。

参考文献：

［1］王耀强，李文.阿艾矿区地质构造及其演化对煤层瓦斯生成及赋存的控制［J］.煤炭技术，2021，40(10)：76-79.

［2］崔洪庆，王永周，汪高举.华蓥山矿区地质构造对煤层瓦斯的控制规律研究［C］//中国煤炭学会第三届瓦斯地质专业委员会第九次全国学术年会论文集.北京：中国煤炭学会，2009：17-25.

［3］王来斌，沈金山.基于构造复杂程度定量评价地质构造对煤层瓦斯的控制作用［J］.中国煤炭地质，2015，27(10)：19-23.

作者:戚晟德 单位:甘肃煤田地质研究所