搜索
浅析地质构造对煤层瓦斯赋存的影响1、前言瓦斯分布与煤的形成密切相关,又与煤层形成之后各种地质变化和构造变动密切相关,因此影响瓦斯分布的主要是各种自然地质因素,包括煤层厚度、煤体结构、地质构造、煤层围岩透气性和煤质变质程度等；煤系地层在后期地质构造的改造作用下,煤体结构破坏、比表面积增大、地应力集中,为瓦斯的运移和赋存提供了条件；同时地质构造破坏了围岩的结构,影响瓦斯的渗透和扩散,因此地质构造是影响瓦斯的赋存主要因素,已经成为当今瓦斯研究工作的热点。2、研究现状2.1国内研究现状根据不同矿区以及同一矿井不同地段瓦斯分布的不均匀性这一现象,周克友在文献[1]中论述了矿井瓦斯的分布与地质构造的关系,指出了高瓦斯矿井和低瓦斯矿井都存在预防瓦斯事故的问题。王生全等[2]通过分析地质构造与煤层瓦斯含量、涌出量及煤与瓦斯突出之间的关系,总结出地质构造控气(煤层瓦斯)的四种类型对矿井开展瓦斯预测与防治有指导作用。张国辉等[3]用地质动力区划方法,分析了淮南煤田瓦斯赋存状态与区域地质构造的关系,认为淮南煤田处在两个相交的凹地区域,它决定了淮南煤田的富含瓦斯性,指出煤田处于长期沉降,具备了瓦斯突出的地质动力条件。刘红军通过对长平矿井的区域地质条件[4]进行分析,结合井下采掘过程中发育的地质构造及其采掘工作面的瓦斯涌出情况,总结显现规律,揭示地质构造特征与瓦斯赋存条件两者之间的关系,为今后采掘过程中提高地质和瓦斯预测预报准确度积累经验,可有效地指导井下生产,杜绝灾害事故发生。不同的构造形态的性质和成因不同,因而对瓦斯的控制作用不同。康继武[5]从对褶皱变形与煤层瓦斯聚集的关系,提出了褶皱控制煤层瓦斯的4种基本类型；从理论上解释了褶皱轴部具有聚集和逸散瓦斯双重性的原因,为褶皱发育区进行瓦斯灾害预测提供了依据.宋荣俊等在研究断裂构造对刘桥二矿的[6]瓦斯分布起重要的控制作用,指出大中型张扭性断层及压扭性逆断层分别起一定的释放和封闭作用,瓦斯在小型的断裂构造附近易午集聚,在矿井生产过程中常造成瓦斯异常涌出等事故。宋三胜等[7]根据生产实践中揭露的构造资料结合瓦斯监测资料,详细分析了瓦斯涌出与构造的关系,探讨了中小断层构造控制瓦斯的规律,论述了中小断层构造与工作面瓦斯涌出的关系,为矿井安全生产及瓦斯治理提供了基础和依据.另外,影响瓦斯赋存的地质构造的探测技术己经很成熟,主要是红外线[8]和地质雷达[9]这两种探测方法。2.2国外研究现状目前,一致认为,煤层瓦斯的赋存状态和影响瓦斯灾害的地质条件是含煤地层经历历次构造运动演化的结果。Bibber等[10]学者在研究全球范围的瓦斯涌出现象时,指出矿区构造运动不仅影响煤层瓦斯的生成条件,而且影响瓦斯的保存条件。英国的Shacklefords等人[11]认为地质构造对煤层的影响是在构造挤压!剪切作用下,煤层结构破坏,形成发育广泛的构造煤,为瓦斯的富集提供了载体。Huronian等人[12]通过模拟试验证实了构造煤是瓦斯的富集体,并指出构造煤广泛发育煤田中地质构造附近。3、地质构造与瓦斯赋存的关系现今煤层保存的瓦斯赋存情况取决于瓦斯向地表运移的条件与煤层储存瓦斯的性能,即取决于煤层及其围岩的透气性和煤的存储性能(吸附性能及孔隙率)而不是煤层生成瓦斯量的多少.地壳的构造运动的结果,使得原生煤层气的赋存情况和运移条件发生很大变化:一方面,构造运动破坏原生煤体结构,颗粒破碎均匀,比表面积增大,瓦斯吸附性能增加,为瓦斯的保存和运移提供了条件;另一方面,构造运动破坏围岩结构,构造裂隙发育,瓦斯的扩散速快,渗透性强,有利于瓦斯逸失[13].3.1区域构造对瓦斯赋存的影响区域构造[14]从规模上看主要是指煤田的主体构造和控制井田划分的主要构不同形态类型的地质构造,地质构造的不同部位,不同的力学性质和封闭情形成了有利于瓦斯赋存或排放的不同条件.封闭性地质构造有利于赋存瓦斯开放性地质构造有利于排放瓦斯.[15]3.1.1褶皱构造与瓦斯赋存的关系闭合而完整的背斜或弯窿构造并且覆盖不透气的地层是良好的储存瓦斯构造.在其轴部煤层内往往积存高压瓦斯,形成“气顶”[16]3.1.2断裂构造与瓦斯赋存分布的关系断层对瓦斯含量的影响比较复杂,一方面要看断层(带),另一方面还要看与煤层接触的对盘岩层的透气性[17].开放性断层(一般是张性，张扭性或导水断层)不论其与地表是否直接相通,都会引起断层附近的煤层瓦斯含量降低,当与煤层接触的对盘岩层透气性大时,瓦斯含量降低的幅度更大.3.2井田断裂构造对瓦斯成分影响一般情况下,地质构造条件往往起主导作用,后期改造可使瓦斯赋存的原始条件发生变化[18].一方面原来含气较少,瓦斯气体较分散的煤层,在后期构造运动和岩浆活动等作用下,瓦斯气体聚积,并向适宜的地段运移,集中,形成局部的瓦斯高压带;另一方面,在后期改造作用下,张性断裂构造发育,围岩和煤体结构破碎,裂隙发育,透气良好,形成瓦斯运移和逸散的联系通道,瓦斯风化或逸失.尤其是张性断裂,发育规模不同,断层带的碎裂程度不同,煤层和瓦斯风氧化的条件亦不同,因而断层带内瓦斯成分特征不同.断层落差是构造应力作用下两盘发生相对位移的产物,它体现了一定构造应力的强度与作用方式,改变了瓦斯赋存的边界条件[19]。一般情况,瓦斯涌出量在断层周围发生波动变化断层落差越小,瓦斯涌出量的变化幅度也小,也越接近平稳,断层落差增大,瓦斯涌出量变化幅度也增大同时,瓦斯涌出峰值出现的距离也与断层落差相关。断层落差小,峰值出现距断层面亦近。3.3煤层围岩特征对瓦斯赋存的控制作用煤层瓦斯膨胀能是突出的主要能源，突出必须有一定的高压瓦斯。煤层生成的瓦斯在漫长的地质年代有不同程度的遗散(保存和释放!而瓦斯的遗散(保存和释放与煤层围岩有密切关系。煤层围岩主要指煤层直接顶(老顶和直接底板等在内的一定厚度范围的层段。围岩对煤层区域瓦斯赋存的影响，决定于它的隔气，透气性能。根据对突出煤和非突出煤顶，底板对瓦斯保存，储集的研究发现：非突出煤围岩顶，底板为较厚的粗砂岩或石灰岩，粗粒屑岩发育。而突出煤顶，底岩性，岩相在横向上比较稳定。沉积物粒度通常较细，细碎屑岩泥岩所占比例较大。煤层顶板一般为泥岩，粉砂岩或夹带泥砂岩。一般来说，当煤层顶板岩性为致密完整的岩石，如页岩，油母页岩时，煤层中的瓦斯容易保存下来，顶板为多孔隙或脆性裂隙发育的岩石，如砾岩，砂岩时瓦斯就容易遗散。[20]4、结论本文从地质构造的角度,说明了地质构造是控制瓦斯赋存与分布的主要因素,不同类型的地质构造,地质构造的不同部位,不同的力学性质和封闭情况,形成了有利于瓦斯赋存或排放的不同条件封闭性地质构造有利于赋存瓦斯,开放性地质构造有利于排放瓦斯。