1、赵官井田岩浆岩侵蚀特征对瓦斯赋存影响规律研究摘 要：赵官井田内地质构造发育，有断层、褶曲、裂隙，并有三层岩浆岩侵入。工作面内小断层发育，引起煤层破坏、粉化、增厚、减薄等变形作用和煤的降解、缩聚等变质作用的产物，造成瓦斯异常。赵官矿井为高瓦斯矿井，也是黄河北煤田新开发矿井，研究井田内岩浆岩侵蚀对瓦斯赋存的影响，通过对地质构造的分析，预测瓦斯赋存分布规律，有计划的进行防治，提高薄煤层工作面单产和安全生产具有重要意义。 关键词：岩浆岩侵蚀；瓦斯赋存规律；安全生产 中图分类号：P588 文献标识码： A 赵官矿井于 2009 年 10 月正式投产，矿井设计生产能力 90 万吨/年,设计服务年限 48
2、年。本井田可采煤层及局部可采煤层五层，主要开采煤层为 7、10、11 煤层，矿井现开采-415m 水平 7 煤层，矿井地面标高在+30.00m 左右，采用三个立井、集中大巷、石门开拓方式，水平沿煤层布置上、下山开采。采用走向长壁式采煤法，全部陷落法管理顶板，后退式开采。 1 井田地质条件简述 1）地层 本井田位于黄河北煤田的中西部，为全隐蔽的华北型石炭二叠系煤田，煤系以中、下奥陶系地层为基底，沉积了中石炭统本溪组、上石炭统太原组、下二迭统山西组、下石盒子组，上二迭统上石盒子组，上覆新近系和第四系。 2 )煤层赋存及瓦斯条件 a 煤层 井田含煤地层为上石炭统太原组和下二迭统山西组，平均总厚度26
3、0.85m。其中山西组 4 煤层局部可采。太原组地层平均总厚 163.23m，共有 4 个可采煤层，分别为 7、10、11、13 煤层，煤层中以薄煤层为主。矿井现开采煤层为 7 煤层，煤厚 01.42m，平均厚 0.83m，西南部沉缺，属较稳定煤层。 b 煤质 由于本区煤层受岩浆岩侵入影响较大，煤质变化较大，煤种牌号复杂。区内 5 个可采煤层共有弱粘煤、不粘煤、1/2 中粘煤、气煤、气肥煤、肥煤、1/3 焦煤、焦煤、贫煤、无烟煤 10 个煤种，另外第 11 层煤还有部分天然焦。总体上 7 层煤以贫煤为主，次为无烟煤；第 10、11、13 层煤以无烟煤为主，次为气煤、气肥煤、贫煤。各煤层均为中热
4、特高热值煤，一般具有良好的结焦性，可用作炼焦配煤、燃料用煤、民用煤等。 c 瓦斯 地勘各煤层瓦斯含量为 1.337.13m3/t。但该井田由于岩浆岩侵入煤系地层，使煤的变质程度增高，产生了部分瓦斯，且岩浆岩本身透气性差，不利于瓦斯排放。各煤层均具有煤尘爆炸危险性，以不易自燃为主，次为容易自燃。平均地温梯度为 1.5/100m，属地温正常区。 2009 年矿井瓦斯等级鉴定结果显示，我矿瓦斯相对涌出量12.92m3/t，绝对涌出量 21.72m3/min。根据赵官能源瓦斯地质图和瓦斯试验结果，我矿瓦斯资源主要集中在矿井东翼及-415 水平以下。当矿井达产 90 万 t 时，回采工作面瓦斯平均涌出量
5、 8.52m3/t，矿井绝对瓦斯涌出量 31.66m3/min。瓦斯压力：埋深在 411416m 范围内的瓦斯压力为 0.310.81MPa；瓦斯含量：埋深在 411416m 范围内的瓦斯含量为 6.019.97 m3/t。 目前，矿井采用中央并列抽出式通风，主、副井进风，专用回风井回风。风井地面安装 2 台对旋防爆轴流式通风机，一台工作，一台备用。2 岩浆岩分布特征 1）种类及时期 根据本井田与旦镇、长清两井田的鉴定资料，本井田岩浆岩为花岗斑岩及花斑岩等。根据长清井田同位素测定为 86 百万年，侵入时期为燕山晚期的第三段（峡山阶段） 。 2）产状及分布范围 井田内岩浆岩侵入的方式基本上是撑开
6、地层呈岩床分布，岩浆岩厚度较大。上层岩浆岩分布在井田中深部，在井田中部广泛出露并遭剥蚀。中层岩浆岩因其厚度小，又不“出露” ，故在三维地震资料时间剖面上难以识别，只能结合钻孔适当进行推断解释。下层岩浆岩分布范围几乎波及整个井田，呈岩床分布，浅部薄，向深部逐步增厚。 3）岩浆岩对 7 煤层的影响 根据三维地震资料及井下实际揭露和钻孔探查，岩浆岩冲断条带对10 煤层影响较大。资料显示第一条岩浆岩 10 煤层冲断条带分布在首采区中东部及西一采区东南部，经 20-4 号孔以北蜿蜒曲折到测区西南部的12-2 号孔向东南方向延伸，12-2 号孔揭露 10 煤层上部岩浆岩厚度43.20m，为一个狭窄曲折的条
7、带。这个条带以北下层岩浆岩均位于 10 煤层和 13 煤层之间，局部使 11 煤层变焦或吞蚀，往南逐渐接近 10 煤层；冲断条带以南下层岩浆岩均位于 10 煤层以下，甚至上冲至 7 煤层或 4 煤层以上，造成 7 煤和 4 煤层的变焦或直接被吞蚀。根据三维地震资料及井下实际揭露和钻孔探查，圈定该条带侵蚀 10 煤层面积 92 万 m2。侵蚀7 煤层面积 70 万 m2，目前井下已多次揭露岩浆岩侵蚀 7 煤层，侵蚀带以外 50m 范围内煤层被烧焦、变质，煤质灰分增加，不能利用。 另一个岩浆岩冲断 10 煤层条带分布在西一采区西北部，位于 12-5号孔西部向南一直到 8-4 号孔附近，为一个狭窄曲
8、折的半圆形条带。这个条带外部下层岩浆岩均位于 10 煤和 13 煤层之间；冲断条带内部下层岩浆岩均位于 10 煤层以上，甚至上冲至 7 煤层以上（如 8-4 号孔） ，造成 7 煤变焦或直接被吞蚀。 4）岩浆岩分布及对煤变质程度的影响 矿区内上组煤主要受区域岩浆热力变质作用，局部为岩浆岩直接侵入。矿区内 7 煤和 10 煤没有钻孔揭露其受岩浆岩直接侵入或吞蚀现象，根据地震解释资料，在矿区南部偏东部位煤层有被岩浆岩直接侵入或吞蚀迹象。从矿区 7 煤和 10 煤煤种分布图可以看出：高变质阶段煤主要分布在矿区中深部，这与三层岩浆岩分布范围基本一致。 3 岩浆岩侵蚀对瓦斯赋存控制作用 由于岩浆的侵入活
9、动，引起煤的变质程度提高，在温度和压力的作用下，使煤层二次生气；而从井田范围内所有测试点的瓦斯含量测试结果来看，瓦斯含量远低于该阶段煤的生气量。因此，岩浆的侵入活动有利于煤层气的大量生成，但煤的生气能力不是影响该区瓦斯分布主要因素。 从岩浆侵入对煤层生气、储气特征影响及矿区煤变质变化情况分析认为，岩浆侵入煤层方式、程度及不同变质程度煤的吸附特征是造成下组煤瓦斯含量普遍低于上组煤的主控因素。 当岩浆直接侵入煤层，煤变质作用主要表现为岩浆热接触变质作用，这种变质作用形成的条件是由于岩浆的侵入、穿过或靠近煤层，这些侵入体的热能使煤层达 1000以上而发生变质，这种热影响多是局部的、多变的，地质时间上
10、是短暂的。煤变质特点是短时间内由中低变质烟煤迅速演变为高变质煤及天然焦，煤在短时间内生成大量瓦斯气体，愈接近岩浆岩体的煤层，其变质及生气速度越快。在岩浆岩体周边与煤层接触带内及附近多为高变煤和天然焦，天然焦的孔隙特征以大孔为主，其对气体吸附能力低，气体主要以游离态为主，而岩浆侵入煤层后短时间内生成的大量气体，在高温条件下煤层还来不及吸附或高变煤和天然焦的吸附能力低未能吸附这些气体。另外，岩浆侵入作用常常使围岩和煤层完整性遭到破坏，产生破碎通道，煤层生成的大量气体伴随着岩浆本身携带的大量挥发性物质沿着破碎通道一起逸散掉。 4 结论 通过对进行岩浆岩侵入特征分析，对瓦斯参数进行比对，对各煤层瓦斯含
11、量进行了预测控制。从矿区内岩浆侵入对煤层生气、储气特征影响及矿区煤变质变化情况分析认为，岩浆侵入煤层方式、程度及不同变质程度煤的吸附特征是造成下组煤瓦斯含量普遍低于上组煤的主控因素。煤层在矿区范围内遭受下层岩浆岩直接侵入影响，广泛分布这种高变煤和天然焦，其遭受岩浆变质作用及生储气模式有别于上组煤，其生成的大量气体大部分直接逸散掉。根据矿井 7 煤层资料分析，局部 7 煤层受岩浆岩直接侵入或吞蚀，此处煤层瓦斯含量相对低于岩层完整段。由于岩浆岩侵入影响，煤层发生二次生气作用，生成的大量气体可能沿裂隙破碎带等通道运移或散失。 通过研究赵官井田岩浆岩侵蚀特征结合各地点瓦斯参数资料得出其对瓦斯赋存规律及分布异常区。现场大量的生产实践说明，井田岩浆岩侵蚀特征对瓦斯赋存规律研究成果是可靠的，具有重要应用价值。提前对高瓦斯区域进行预测，分区域、分煤层有针对性的对瓦斯进行抽采治理。 参考文献 1 宋庆丽 陈辉黄河北煤田岩浆岩侵入对煤质牌号判定的影响. 煤质科技.5.2004.9 2 孔凡顺黄春慧周辉. 燕山运动对济宁煤田葛亭井田地质的影响. 煤田地质与勘探. 27. 1999. 12. 作者简介于放, 1970 年生, 工程师。现在山东新矿赵官能源有限责任公司工作。
