云南省鎮雄縣馬河向斜煤礦區C5煤層瓦斯地質規律研究

張世超+等

摘 要：云南省鎮雄縣馬河向斜煤礦區礦井眾多，瓦斯事故頻發。該區總體為一向斜，瓦斯含量1.82～18.04 m3/t，平均7.95 m3/t。通過分析礦區地質構造、煤層厚度、煤的變質程度、煤層埋深、水文地質條件等影響瓦斯含量的地質因素發現，該區的瓦斯分布規律總體上受向斜控制。主要介紹了馬河向斜煤礦礦區概況，詳細分析了礦區瓦斯分布特征和影響瓦斯賦存的各種地質因素，以期為相關方面提供一定的參考和借鑒。

關鍵詞：馬河礦區；C5煤層；瓦斯地質規律；瓦斯含量

中圖分類號：TD712.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.012

瓦斯地質規律是反映煤層瓦斯形成、分布和賦存的規律，是研究煤與瓦斯突出地質原因的理論。因此，掌握礦區瓦斯地質規律是防治礦井瓦斯的基礎。目前，馬河向斜煤礦區有孫家屋基、堰塘、大水溪煤礦等16對生產礦井，各礦瓦斯等級鑒定均屬低瓦斯礦井，但局部地段瓦斯富集，仍會發生瓦斯爆炸事故。茶山煤礦于2009-05-15發生瓦斯爆炸事故，造成10死3傷；涼水溝煤礦于2013-03-01發生瓦斯爆炸事故，造成8人死亡。同時，隨著礦井采掘強度與開采深度的增加，煤與瓦斯突出問題日益嚴重。

1 礦區概況

馬河向斜煤礦區地處鎮雄縣境內，南西起于半坡、大灣頭、涼水溝、桐麻樹（白水江）、馬草坡；北東止于峰巖壩、大落腳；北起寨子溝、老街；南至竹林、河坡上（五德鎮）。礦區內，南北平均長約15.21 km，東西平均寬約7.15 km，面積約81.56 km2。含煤地層為二疊系上統長興組（P3c）與龍潭組（P3l），含煤層為9～17層，C5為主要可采煤層，C6次之。C5煤層厚0.32～4.86 m，平均1.90 m，屬中厚煤層。煤層多呈緩傾斜、傾斜，個別呈急傾斜，礦井采用平硐和斜井開采。煤類以無煙煤為主，部分為貧煤。水文地質條件簡單。

2 礦區瓦斯分布特征

根據礦區詳查及勘探鉆孔瓦斯測試成果、煤層氣參數井測試成果，經過數據篩選，結合礦區構造形態，深部采用瓦斯含量梯度法預測，采用CAD繪圖軟件編制礦區瓦斯含量等值線圖，如圖1所示。礦區瓦斯含量均換算為空氣干燥基瓦斯含量，近似為原煤瓦斯含量。

據統計，礦區C5煤層瓦斯含量1.82～18.04 m3/t，平均7.95 m3/t。礦區瓦斯含量總體分布特征如下：①瓦斯含量總體上受馬河向斜控制，向斜西翼瓦斯等值線呈SSW向展布，東翼呈NNE向展布。礦區瓦斯含量較高的區域集中于中深部煤層，從深部到淺部，瓦斯含量逐漸降低，因此，勘探區總體瓦斯含量具有由淺至深逐漸增加的規律。②馬河向斜軸部瓦斯含量較低，從軸部到兩翼，瓦斯含量逐漸增加。該區地下水向馬河向斜軸部運動，地下水的匯集壓縮了瓦斯的存儲空間，從而導致瓦斯運移方向與地下水運動方向相反，因此呈現向斜軸部瓦斯含量低而兩翼含量高的現象。③勘探區存在3個局部高瓦斯含量區，第一個位于勘探區西部ZK302孔附近，瓦斯含量高達17.63 mL/g（ZK302），其次為14.45 mL/g （ZK504）、14.24 mL/g（ZK303）。該區距離礦區最低侵蝕基準面白水江河谷約1.4 km，地下水向白水江匯集，而瓦斯運動方向則與地下水運動方向相反，因而導致該區瓦斯含量較高。第二個高瓦斯含量區位于勘探區中部ZK3303孔附近，瓦斯含量高達17.94 mL/g（ZK3303），其次為16.33 mL/g（ZK3502）、15.53 mL/g（ZK3604）。第三個高瓦斯含量區位于ZK4101孔附近，瓦斯含量高達18.04 mL/g。

3 影響瓦斯賦存的地質因素

3.1 礦區地質構造

馬河煤礦區所在的鎮威煤田位于揚子準地臺的西部，處于滇東臺褶帶滇東北臺褶束內，是揚子準地臺蓋層發育最完整的地區。該區巖漿巖僅有晚二疊世基性巖漿的噴溢活動，構造變形相對比較簡單，一般以褶皺為主，其中，羊場背斜、五星背斜、黃華—鹽津背斜見圖2所示的區域構造綱要圖。

區內瓦斯含量與地質構造分布密切相關，因受褶曲和斷層的影響，同一煤層在不同地點的瓦斯含量也會發生變化。在向斜翼部至靠近煤層露頭區域，瓦斯含量會減少；在靠近向斜軸部的區域，瓦斯含量會增加；在一些壓性、壓扭性斷層附近，由于受斷層封閉的影響，瓦斯含量會有所增加；在一些張性斷層的附近，煤層氣易于逸散，因此瓦斯含量會有所降低。此外，由于受構造影響，在局部受擠壓或受小斷層影響形成的“厚煤包”的厚煤層，其瓦斯含量也會增加，厚煤層形成的“煤層氣包”和厚煤帶的瓦斯含量也相對較大。

3.2 煤層厚度

瓦斯的逸散以擴散方式為主，空間兩點之間的濃度差是擴散的主要動力。煤儲層本身就是一種高度致密的低滲透性巖層，上、下部分層對中部分層起著強烈的封蓋作用。

由于煤層的沉積厚度有差異，其瓦斯含量也有變化。根據煤礦區內所有鉆孔的煤層厚度與含氣量，繪制了煤層氣含量與煤層厚度關系圖，如圖3所示。從圖中可看出，煤層厚度與瓦斯含量呈正相關，即隨著煤層厚度的增加，煤層氣含量有增加的趨勢。但當煤層厚度>3 m時，則煤層瓦斯含量變化不明顯。表1所示為馬河煤礦區C5煤層厚度與瓦斯含量統計數據表。

3.3 煤的變質程度

煤階是瓦斯生成和煤的吸附能力的重要影響因素之一，對瓦斯含量起著控制作用。煤的吸附能力隨煤階增加經歷了四個階段。礦區C5煤層鏡質體最大反射率R0為3.2%～3.49%，煤類屬無煙煤。根據礦區樣品統計，當R0<3.31%時，R0與瓦斯含量呈負相關；R0>3.31%時，R0與瓦斯含量呈正相關，如圖4所示。同時，礦區瓦斯含量與浮煤揮發分之間大致呈正相關，如圖5所示。

3.4 煤層埋藏深度

一般情況下，煤層中的瓦斯壓力隨著埋藏深度的增加而增加。隨著瓦斯壓力的增加，煤與巖石中游離瓦斯所占的比例增大，同時，煤中的吸附瓦斯漸趨于飽和。因此，從理論上講，在一定深度范圍內，煤層瓦斯含量隨埋藏深度的增加而增大，煤層瓦斯含量與煤層埋藏深度的關系如圖6所示。

3.5 水文地質條件

礦區地表水系較發育，含煤地層地下水主要依靠大氣降水或地表水補給，斷層帶富水性、導水性均較差，礦區水文地質條件簡單。在淺部露頭區風化裂隙帶范圍內，主要接受大氣降水入滲補給，一般在100 m以內為潛水帶。潛水帶內地下水的補、徑、排活動較強烈，不利于瓦斯的保存；向深部逐漸過渡為承壓水，地下水活動減弱，水頭壓力增大，利于瓦斯的保存。

4 結論

馬河向斜煤礦區C5煤層瓦斯賦存規律及變化情況是諸多地質因素綜合作用的結果，其瓦斯含量與地質構造、煤層厚度、煤的變質程度、煤層埋深、地質水文條件等密切相關。瓦斯含量總體上受馬河向斜控制，向斜西翼瓦斯等值線呈SSW向展布，東翼呈NNE向展布；瓦斯含量與煤層厚度呈正相關。煤層鏡質體最大反射率R0<3.31%時，瓦斯含量與R0呈負相關；R0>3.31%時，瓦斯含量與R0呈正相關。同時，瓦斯含量與浮煤揮發分呈正相關，瓦斯含量與煤層埋深基本呈正相關。礦區淺部地下水活動較強烈，不利于瓦斯保存。隨著深度的增加，壓力水頭增大，地下水活動減弱，利于瓦斯保存。

Study of C5 Coal Seam Gas Geology Regularity of Mahe Syncline

Mining Area in Zhenxiong County of Yunnan Province

Zhang Shichao， Yang Guanglin， Zhou Tao， Chen Zhijun

Abstract： Mahe Syncline Mining Area in Zhenxiong County of Yunnan Province is numerous， gas accidents. The area is generally syncline， and gas content from 1.82 to 18.04 m3/t， and average is 7.95 m3/t. Through the analysis of the geological structure， coal thickness， coal metamorphism degree， coal buried deep， hydrology and geology conditions affecting gas content of the geological factors， the law of gas distribution on the whole by syncline is found. This article mainly introduces the horse Creek syncline coal mining area survey， detailed analysis of the mine gas distribution characteristics and influencing gas occurrence of various geological factors， in order to provide certain reference and reference.

Key words： Mahe mine area； C5 coal seam； gas geological law； gas content

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