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煤田地质构造与瓦斯的关联性分析

来源:学术堂 作者:韩老师
发布于:2015-09-19 共2718字

  产煤区域地质条件多复杂化,煤层受地质构造运动的叠加影响,其改造程度强烈,当煤层塑性流变时,局部煤层厚度就会发生变化。煤矿区的构造运功,影响煤层瓦斯生成,地质构造不断的对煤层挤压、剪切,煤层受其影响结构破坏,形成构造煤,这是瓦斯富集的基础条件,煤层变质程度、历史演变、渗透性、结构破坏为煤层瓦斯含量奠定了基础。

  1 瓦斯特质和我国煤田地质构造

  1.1 瓦斯特质

  古时候,植物堆积成煤阶段,植物纤维素与有机质受到厌氧菌分解形成,在温度和压力较高的环境中,经物理和化学反应,不断生成瓦斯。瓦斯达到一定浓度范围时,可致使人缺氧窒息,甚至发生燃烧和爆炸的现象。瓦斯在煤层或者煤体里以游离状态与吸附状态两种方式存在。瓦斯的主要成份是甲烷,是常规天然生态能源,作为煤矿伴生气体,是当前煤矿井下事故发生的主要元素。瓦斯的游离状态,也叫做自由状态,其存在煤体孔隙与裂隙中,此时瓦斯作为自由气体呈现压力服从定律[1].瓦斯量的大小取决于煤层的孔隙率,瓦斯压力在一定范围内,煤层孔隙越大,其含游离瓦斯的数量越大。瓦斯吸附状态,是指瓦斯吸附在煤层的孔隙中,其吸附状态是在固体分子的引力作用下,煤层缝隙紧密吸附瓦斯分子,建立吸附层。并且处于吸附状态的瓦斯分子会对煤体孔隙进行填充,占据煤层空间的孔隙空间。

  1.2 我国煤田地质构造

  煤田构造作用是指控制煤系、煤层的地质因素等,因地壳运行引发地质构造拗陷,为煤层形成提供适宜的空间。我国大陆板块是复式结构,由稳定地块与活动带两种形式共同组成,稳定块的规模并不庞大,其刚性程度弱,在盖层的变形非常强烈。和单式大陆欧美煤田地质相比,我国煤盆的演变历史是及其复杂的,我国含煤岩层具备显着的特点,就是后期构造引发的变形时空差异较大,在东部地区此特征明显。由于能源需求大,煤炭开发对煤层浅部资源开始进行探测,其开发较为困难。当前煤炭勘察重点是一些煤层新生界覆盖区,或者老矿潜伏煤田,都是深部煤炭能源,其开采的复杂度和难度就更加可想而知了。煤田构造作为有机组成,是区域构造中的一部分,地壳浅部变形与其深部运动存在紧密的联系。当前关于煤层构造研究主要有大陆动力学说和盆地动力学说两种,盆地构造影响煤层演变以及煤床分布状况。比如我国东部煤层,经历了一系列热演化史,有印支、燕山、喜马拉雅对其不同期次的叠加和改造,给予煤层不均衡的抬升和深埋作用等。

  2 煤田地质构造与瓦斯的关系

  2.1 煤田变质程度

  煤层的地质史条件,决定瓦斯生成量,瓦斯地表运移也受其影响。比如某地煤矿煤层厚度受 150 到 160 米之间的石炭冲积层覆盖,那么就表明煤层在冲击沉积前,瓦斯已在漫长地质年代中排放了。经过实测,该区地表下 700 米深处左右,煤层瓦斯含量只有2.0m3/t[2].正常情况下,煤变质程度高瓦斯的含量也多,但是在煤转化为无烟煤时,煤体吸附瓦斯的能力就会减弱,甚至可能为零。在我国鄂尔多斯,其盆地东缘的叠记煤层,是从北部逐渐向南部变质增高的,在煤层埋深、地质相同的条件下,煤体瓦斯含量会缓慢增加。

  另外,在我国煤层含瓦斯量富集区,比如焦作、湘中、晋城等,都分布有产量较高的无烟煤。基于此,可以明确这些地区煤层的瓦斯含量高,也变相的说明了煤质变质与瓦斯含量的关联性。

  2.2 煤岩结构与深度

  区域煤层含量随着煤结构的灰分增加减少,又随着镜质组含量增多而增多。测定煤灰分产率,要在 815℃的高温下提炼燃烧测定。

  煤体挥发分产率,是把煤放置在坩锅里,在 900℃的高温环境中,连续加热 7 分钟,就能根据对应的公式算出分产率。煤体吸附气体可以汇聚自身生成的瓦斯气体,其吸附能力的强弱跟煤层孔隙表面积有直接联系[3].煤变质和煤岩煤质影响区域瓦斯量。瓦斯生成量跟随煤灰增加减少,有随着镜质含量增大变大。研究表明,煤层埋藏越深,其瓦斯含量就越大,跟随煤层深度线性增长。但是,也有特殊情况,煤层瓦斯含量不与煤埋深度呈线性关系,而是其变化梯度受埋深影响,大多矿区煤层埋深与瓦斯含量成正比关系,埋深增加其瓦斯含量就增大,增量变化成梯度形式,最后趋向零产量。

  2.3 煤层围岩性质

  煤层周围是围岩层,如果煤层和围岩结合紧密空隙小,那么煤层的瓦斯含量比较容易保存,如果孔隙较大,联系不致密完整,瓦斯就比较容易逸散,煤层周围的灰岩、泥岩透气性低,其在煤层中占据比例就比较大,对应的瓦斯含量高。在我国重庆、贵州六枝等地,其地质结构复杂,煤系层多泥岩、砂岩、灰岩等,其厚度大透气性较差,横向岩性存在变化的可能性较小,对吸附于煤层的瓦斯保存条件较好,所有在这些区域煤矿的瓦斯含量高,是典型的高瓦斯矿井。

  2.4 煤田地质与水文条件

  煤田地质构造对煤区瓦斯量影响复杂,地质构造与地质演变、发展、形态特征具有一定的关联性。煤田地质构造形态,影响地质瓦斯含量,封闭性地质比较有利于防止瓦斯逸散,封存瓦斯含量,促使煤层瓦斯增加含量。开放性地质或者岩石层不紧密的地质,瓦斯比较容易排放,其煤层瓦斯含量相对较少。在闭合区域内的背斜转折区,瓦斯运移路线在不断加长,其排口受到挤压等因素不断缩小,瓦斯运移能力随之增大[4].因而,在相同的开采深度条件下,煤层构造两翼处瓦斯量大,在背斜转折区域,瓦斯含量与之相反。这是因为瓦斯区域减少,但是瓦斯运移通道在不断的随之变化。封闭层由于透气性差,瓦斯与外部煤层联系不紧密,促使瓦斯封闭在煤层中。瓦斯也受煤区含水量影响,在地下水活跃地区,水流溶解了煤层孔隙中的一部分瓦斯,这些区域煤层含瓦斯量相对较少。

  3 瓦斯地质研究现状

  瓦斯地质研究随着煤矿开采的深度增加而被深化认识,当前煤田探测技术、煤矿管理数字化,都建立在对瓦斯煤田地质的正确认识基础上。煤矿地质由区域背景、发育特点、褶曲构造、煤层厚度、矿井水质等多种因素构成。其探测技术有了更广泛应用,但是地质探测仍然是煤矿开采的难题,也是制约矿井安全有序发展的关键步骤。矿井地质探测的方向是仪器小型化、智能化发展,以更好的进行煤炭能源生产,保障开采工人的安全。我国是少数的以煤炭能源为主要燃料的国家,年均消费煤产量比世界平均消费值超出 45 个百分点,有效的利用瓦斯能源也是当前清洁能源发展的重要课题。

  4 结束语

  加强煤田矿井地质构造研究,可以更好的了解瓦斯赋存环境。

  如今,随着煤矿不断深入的开采,对瓦斯的危险性控制已经成为首要进行的工作,希望文本研究内容,为有关工作人员提供借鉴帮助。

  参考文献
  
  [1]曹召丹。豫西煤田地质构造特征及其对瓦斯赋存的控制[D].中国矿业大学,2014.
  [2]王磊。煤田地质构造与瓦斯的关系研究[J].黑龙江科技信息,2014,26:59.
  [3]郑茂杰。煤与瓦斯突出预测及应急响应机制研究[D].中国矿业大学(北京),2009.
  [4]屈争辉。构造煤结构及其对瓦斯特性的控制机理研究[D].中国矿业大学,2010.

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