車集煤礦大中型主控正斷層與瓦斯賦存關系研究

姚春雨

(永城永安礦山安全技術工程有限公司，河南 永城 476600)

斷裂構造對瓦斯賦存的影響是多方面的，對煤體結構、瓦斯封閉條件、煤巖顯微特征以及煤的滲透率均有不同程度的影響[1-5]。此外，大量生產科研實踐表明，斷裂構造對煤層瓦斯含量影響重大。斷層對瓦斯賦存的影響程度與斷層的性質及規模有關。從斷層性質與瓦斯賦存的關系來看，壓性斷層(包括逆斷層、發生反轉的正斷層或壓性走滑斷層)斷層面表現為密閉性，斷層面附近形成構造應力集中帶，加大了瓦斯壓力，煤層吸附瓦斯量增多，煤層瓦斯含量相對增高，同時瓦斯不易通過斷層面運移散失，有利于瓦斯封存[6-10]。車集煤礦主要有近SN向、NNE向和NE向3組斷裂，其中，NNE向為井田內大斷裂，而近SN向和NE向主要為小斷層。上述斷裂都經過了多次的構造演化及區域應力場的改變，使得斷層力學性質發生改變，控制了井田壓扭裂隙延展方向總體為NNE向，對瓦斯釋放不利。本文選取了幾條有代表性的大中型主控正斷層，分析其與附近瓦斯含量的關系，得出瓦斯賦存規律。

1 F5斷層與瓦斯賦存關系

F5斷層位于井田中深部9線—16線，延展長度3 000 m，走向近南北，傾向西，傾角70°，最大落差35 m，由1028、1228、1306、1427、143鉆孔控制，1527與1528鉆孔間接控制；首采區地震補充勘探對該斷層也進行了嚴密控制。二水平三維地震勘探有44個斷點對該斷層進行了控制，控制可靠，同時該斷層在26軌道下山、26膠帶下山、2602回風巷均有揭露，實際揭露斷層落差與物探成果相符。該斷層為控制可靠斷層。本文中的統計數據為F5斷層附近400 m范圍內的實測原始瓦斯含量數據，主要集中在標高-750～-820 m。F5斷層兩側400 m內瓦斯含量數據見表1。

表1 F5斷層兩側400 m內瓦斯含量數據Tab.1 Gas content data within 400 m on both sides of F5 fault

F5斷層兩側400 m范圍內瓦斯含量分布如圖1所示。

圖1 F5斷層兩側400 m范圍內瓦斯含量分布Fig.1 Distribution of gas content within 400 m on both sides of fault F5

從圖1可以看出，瓦斯含量與距斷層的距離兩者一次線性回歸方程為y=-0.002 5x+3.921 4，復相關系數R2=0.017 1，復相關系數很小，兩者幾乎無線性相關關系。分析認為，F5斷層兩側400 m范圍內瓦斯含量分布整體上無明顯隨距斷層的距離增加而增大的趨勢。但從圖1中可以看出，在距F5斷層150 m范圍內(不足150 m)瓦斯含量有隨距斷層的距離增加而增大的趨勢，但僅有3組數據。筆者將這3組數據篩選后，得F5斷層兩側150 m范圍內瓦斯含量分布(圖2)。

圖2 F5斷層兩側150 m范圍內瓦斯含量分布Fig.2 Distribution of gas content within 150 m on both sides of fault F5

從圖2中可以看出，瓦斯含量與距斷層的距離兩者一次線性回歸方程為y=0.021 4x+2.934 7，復相關系數R2=0.877 9，復相關系數較高，瓦斯含量有隨距斷層的距離增加而增大的趨勢。但因數據少，說服力較弱，需通過對其他斷層分析后進行印證。

2 F2斷層與瓦斯賦存關系

F2斷層位于10線以南的深部邊界斷層，北端到10線附近消失，南端延至區外，由511、730、813鉆孔控制，627與628鉆孔間接控制，又由首采區地震補充勘探7條測線控制。27采區三維地震和二水平三維地震勘探也均對其進行了控制，該斷層走向北北東，傾向南東東，傾角65°～70°，三維地震控制的斷層最大落差為60 m左右，向北逐漸減小。該斷層三維地震控制可靠。本文的統計數據為F2斷層附近500 m范圍內的實測原始瓦斯含量數據，主要集中在標高-670～-900 m。F2斷層兩側500 m范圍內瓦斯含量分布如圖3所示。

圖3 F2斷層兩側500 m范圍內瓦斯含量分布Fig.3 Distribution of gas content within 500 m on both sides of fault F2

從圖3中可以看出，瓦斯含量與距斷層的距離兩者一次線性關系式為y=0.003 1x+4.476 2，復相關系數R2=0.008 8，復相關系數很小，兩者幾乎無線性相關關系。分析認為，F2斷層兩側500 m范圍內瓦斯含量分布整體上無明顯隨距斷層的距離增加而增大的趨勢。但從圖3中可以看出，在距F2斷層150 m范圍內瓦斯含量有明顯隨距斷層的距離增加而增大的趨勢。筆者將上述數據篩選后重新分析，F2斷層兩側150 m范圍內瓦斯含量分布如圖4所示。

圖4 F2斷層兩側150 m范圍內瓦斯含量分布Fig.4 Distribution of gas content within 150 m on both sides of F2 fault

從圖4中可以看出，瓦斯含量與距斷層的距離兩者一次線性回歸方程為y=0.065 9x-2.006 2，復相關系數R2=0.427 8，復相關系數中等，兩者線性相關關系較明顯，可見F2斷層兩側150 m范圍內瓦斯含量分布有隨距斷層的距離增加而增大的趨勢。分析認為，F2斷層對兩側煤層中的瓦斯逸散控制作用較明顯，但距離超過150 m后控制作用失效。

從上述分析中可以看出，斷層對瓦斯含量的影響有距離限制，或者說斷層對瓦斯賦存的影響有范圍限制。在一定范圍內，距斷層越近，瓦斯逸散越多，瓦斯含量越小。F5斷層落差(35m)小于F2斷層落差(60 m)，F5斷層對兩側瓦斯含量的控制距離不足150 m，F2斷層對兩側瓦斯含量的控制距離達到了150 m，推斷，斷層落差較大、規模較大的斷層對兩側瓦斯含量的控制距離較遠。

3 瓦斯含量與大中型正斷層的控制作用

目前，-900 m水平以深采掘工程較少，煤層揭露面積小，瓦斯含量整體較高，但數據點少，且分布不均衡，對該區域內進行深入分析很有必要。

本小節分析的-900 m水平大型主控斷層主要指落差超過30 m的正斷層，因-900 m水平以深瓦斯含量的統計數據本身較少，分布不均衡，為避免局部區域內數據權重過大，造成數據失真，必須對數據進行認真篩選。

-900 m以深區域實測原始瓦斯含量主要集中在2個區域，暫稱Ⅰ區域和Ⅱ區域：Ⅰ區域為2311工作面下邊界、23采區下部車場及2316工作面下邊界與DF023斷層之間，標高-900～-925 m；Ⅱ區域為26輔助采區3條下山附近，標高為-900～-1 000 m。因為-900 m以深區域面積相對較大，但瓦斯含量數據過度集中在Ⅰ區和Ⅱ區，為避免兩區域內數據權重過大，數據分析失真，只取兩區域內各自的實測瓦斯含量最大值代表本區域。Ⅰ區域內最大實測原始瓦斯含量為5.73 m3/t，距DF023斷層63 m。Ⅱ區域內有2處實測原始瓦斯含量最大值超過10 m3/t的地點，一處數值為10.36 m3/t，位于26輔助水倉周邊，附近有一F28-25逆斷層；另一處數值為10.88 m3/t，位于26輔助軌道下山穿煤段周邊，附近有一F28-24逆斷層。剩余較大瓦斯含量點均位于F28-24逆斷層附近。分析認為，Ⅱ區域內實測原始瓦斯含量數據均不具有代表性。篩選后的瓦斯含量數據見表2。

表2 -900 m水平以深瓦斯含量與大中型主控正斷層數據Tab.2 -900 m level with deep gas content and large and medium-sized master normal fault data

-900 m水平以深瓦斯含量與大中型主控正斷層關系如圖5所示。從圖5可以看出，-900 m水平以深部分瓦斯含量點與大中型主控正斷層的一次線性回歸方程為y=0.035 5x+7.075 1，復相關系數R2=0.847 6，可見兩者線性相關性較高，瓦斯含量梯度為3.55 m3/(t·hm)，圖5中顯示符合線性相關的最遠控制距離為450～500 m。

圖5 -900 m水平以深瓦斯含量與大中型 主控正斷層關系Fig.5 -900 m level with deep gas content and the relationship between large and medium-sized main control normal faults

本文分析認為，-900 m水平以深距大中型主控正斷層越遠則瓦斯含量越高，且斷層落差越大，表現的控制距離越遠，深部水平煤層中瓦斯的逸散應主要依靠大中型主控正斷層的開放作用。

4 結論

(1)分析了礦井具有代表性的大中型主控正斷層對瓦斯賦存規律的影響，斷層對瓦斯含量的影響有距離限制，或者說斷層對瓦斯賦存的影響有范圍限制。在一定范圍內，距斷層越近，瓦斯逸散越多，瓦斯含量越小。

(2)斷層落差較大、規模較大的正斷層對兩側瓦斯賦存的控制作用較明顯。

(3)-900 m水平以深距大中型主控正斷層越遠則瓦斯含量越高，斷層落差越大，表現的控制距離越遠且瓦斯含量梯度明顯，可見深部煤層中瓦斯的逸散主要依靠大中型主控正斷層的開放作用。