淺析西曲礦地質條件對礦井瓦斯賦存規律的影響
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摘 要：文章從煤層埋藏深度、斷裂及陷落柱構造、頂底板巖性以及水文地質條件等方面，就西曲礦復雜地質條件下煤層瓦斯賦存規律進行了詳細分析，并結合典型工作面實際監測數據，對礦井煤層瓦斯涌出量以及煤與瓦斯突出危險性進行預測，并對后續開采過程中的瓦斯治理提出相應建議。
關鍵詞：地質條件;斷層;陷落柱;賦存規律;瓦斯涌出量
0 引言
隨著西曲礦開采水平的延伸和開采強度的日益增加，煤層瓦斯釋放對礦井安全生產的制約越來越明顯。因此，本文就西曲礦地質構造對礦井瓦斯賦存的影響進行全面分析，以期為礦井瓦斯治理提供支撐。
1 礦井概況
西曲礦位于太原西山煤田北緣，汾河以北，核定生產能力為400萬t/a，煤層傾角3～15°，平均5°左右，可采煤層有2+3、4、7、8、9號煤層，礦井目前采用平硐、斜井聯合開拓方式，采用長壁頂板全部垮落采煤法進行開采，采掘機械化程度100%，在中厚及厚煤層中布置綜合機械化工作面，在構造復雜、煤層變薄及邊角地帶布置普通機械化工作面。井田構造基本上為向南偏西方向傾斜的單斜構造，而井田內的主要構造為斷層和陷落柱，其次為寬緩的褶曲。礦井采取抽出式通風，通風方式為分區混合式。
2 礦井瓦斯賦存影響因素分析
2.1 埋藏深度
煤層瓦斯含量隨著煤層埋藏深度的增加而不斷增加。本井田山西組2+3號煤埋深為17.33-288.93m，平均149.55m;太原組7號煤層埋深31.58-335.38m，平均為198.51m;8號煤層埋深41.24-356.48m，平均為193.67m;9號煤層埋深53.97-371.41m，平均為212.69m。煤層埋藏淺，瓦斯易通過巖層的裂隙上移，另外本組煤層為自上而下層開采，上部煤層的揭露更有利于下部煤層瓦斯的釋放，造成部分區域內的瓦斯涌出量偏低。
2.2 斷裂及陷落柱構造
西山礦區位于古交掀斜地塊的中南部，主要構造為南北向構造，北東向平行斷裂及東西向構造，其中南北向構造是控制礦區形態的重要構造形式。井田發育規模不等的正斷層，主要為走向NE的高角度正斷層，多集中在井田的西北部，中部和南部較少，并呈平行排列，斷層往往組合成長條形的地塹或地壘，在較大的主干斷裂旁側出現有呈“入”字形的較小斷層。現已發現揭露斷層506條，密度達12.43條/ km2，走向長度累計4050m/ km2。其中落差小于5m的斷層438條，占斷層總數的86.6%，絕大部分為采掘工程所揭露;落差大于或等于5m而小于30m的斷層63條，占斷層總數的12.5%;其中落差大于30m的斷層共5條，占斷層總數的0.99%。西曲礦的大中型斷層多分布于礦區的西部邊界附近及中部，如南六、南七、南八、北五等盤區，斷層走向大多呈NE及NNE向。
西山井田發育的大量陷落柱給瓦斯的擴散提供了良好的通道，其主要分布在石炭二疊系碎屑巖層覆蓋區;陷落柱主要集中分布于古交鎮--石千峰--晉祠、平泉及西山山前地帶，而陷落柱的集中分布區恰是西山巖溶水的主徑流帶，該地段地下巖溶發育，循環好，有利于瓦斯逸散。
2.3 頂、底板巖性
煤層圍巖隔氣層和透氣性能直接影響瓦斯的賦存狀況，頂底板泥巖的厚度是直接反映煤層圍巖透氣性的一項瓦斯地質指標，頂底板泥巖厚度值越大，越有利于瓦斯的保存。本井田山西組煤層頂板多為滲透層，排替壓力小，擴散快，氣體會向砂巖中運移，加之水動力的影響，以及頂板抗壓抗張能力較弱，易在強壓下產生裂隙，導致煤巖體吸附的氣體解吸出來轉移至滲透層中[1]。
2.4 水文地質條件
煤系中的水文地質條件對瓦斯的保存、破壞影響明顯，造成不同水文地質條件下煤層瓦斯含量差異性很大。
燕山期及喜山期斷裂作用使井田盆地東部、西北部地區產生眾多張性斷裂，形成一定的地下水壓降漏斗，使煤巖中的氣體得以解吸和擴散，降低煤層瓦斯含量。此外，地下水的溶蝕作用和奧陶系灰巖中巖溶陷落柱的發育，也會引起煤層瓦斯的解吸和逸散。
太原西山地區可以分為三個不同地下水系統：西部屬局部地下水流系統。以地面補給、地下水循環淺、水流途徑短為特征;大川河以西、西社斷裂以東、汾河以南區域中的奧陶系碳酸鹽巖為千余米石炭二疊系地層所覆蓋，碳酸鹽巖埋藏在200-1000m標高以下，接受補給困難，又不見排泄，為中部地下水滯流帶;東部地下水系統包括汾河以北大片灰巖裸露區、大川河以東至山前裂斷帶，煤系地層覆蓋厚度不等，地下水在汾河以北接受降水補給。
3 礦井瓦斯涌出量預測
礦井9號煤層埋藏最深，瓦斯含量最大，選擇具有代表意義的含量測點值回歸計算，得出9號煤層瓦斯含量隨煤層埋藏深度增加。9號瓦斯含量（y）與其埋深（x）的數學擬合函數關系如下：
y=0.0101x-0.094
式中：y-煤層瓦斯含量，m3/t;X-煤層埋藏深度，m。
9號煤層瓦斯每百米含量梯度值為1.01m3/t，相關系數為94.01%（相關性較好）。結合生產過程中的探測數據，該煤層埋深、瓦斯含量均是由東向西逐漸增大，埋深最深點位于29107工作面的西部，得益于井田地質構造對煤層瓦斯逸散的有利作用，該煤層最大瓦斯含量為2.98m3/t，含量不高，埋深為304m。
4 煤與瓦斯區域突出危險性預測
西曲礦煤與瓦斯區域突出危險性預測采用單項指標法。預測煤層突出危險性的單項指標有煤的破壞類型、瓦斯放散初速度（△P）、煤的堅固性系數（f）和煤層瓦斯壓力（P）等，采用該法預測時，各種指標的突出危險性臨界值根據礦區實測資料確定，只有當全部指標達到或超過其臨界值時才可視該煤層為突出煤層[2]。
在南二9號煤層及南四8號煤層以下范圍內進行了突出危險性鑒定，鑒定綜合結果見表1。由數據分析可知，8號、9號煤層的單項指標中，煤層相對瓦斯壓力未超出煤層突出危險性單項指標臨界值，因此，8號、9號煤層暫無煤與瓦斯突出危險。
5 結語
由于煤巖體的物理性質和瓦斯賦存情況在斷層、褶皺等地質構造附近發生變化的概率較大，因此西曲煤礦在采掘作業時，應加強斷層、褶皺等地質構造的探查，同時密切觀測煤層賦存有無變化，及時掌握采掘工作面地質構造區域和煤層賦存變化區域煤層瓦斯情況，如發現瓦斯動力現象，煤層瓦斯涌出異常，鉆孔卡鉆、噴孔等狀況，應按突出煤層進行管理管理，必要時進行重新鑒定。
參考文獻：
[1]黃永菲，金華，蔣國芳，等.地質構造對裴溝礦煤層瓦斯賦存規律的影響[J].中州煤炭，2009（167）：31-33+87.
[2]魏新杰.萬年礦井田瓦斯地質規律[J].煤礦安全，2015， 46（2）：155-157.
作者簡介：
李雁強（1986- ），男，工程師，本科，2012年畢業中國礦業大學，采礦工程專業。
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