深部高地溫區(qū)域瓦斯賦存特征研究(編輯修改稿)
2025-07-25 16:38 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 的下部邊界深度。另一類是計算法，即根據(jù)測定得到的煤層的瓦斯壓力和溫度，結合實驗室的試驗，計算煤層的游離瓦斯含量和吸附瓦斯含量之和，即為該煤層的瓦斯含量。 煤層瓦斯垂直分帶煤田形成后，煤變質生成的瓦斯經(jīng)煤層、圍巖裂隙和斷層向地表運動；地表的空氣、生物化學及化學作用生成的氣體由地表向深部運動。由此形成了煤層中各種氣體成分由淺到深有規(guī)律的逐漸變化，即煤層內(nèi)的瓦斯呈現(xiàn)出垂直分帶特征。一般將煤層由露頭自上向下分為四個瓦斯帶：CO2—N2帶、N2帶、N2—CH4帶、CH4帶。圖10213給出了前蘇聯(lián)頓巴斯煤田煤層瓦斯組分在各瓦斯帶中的變化，各帶的煤層瓦斯組分含量見表1025。前三個帶總稱為瓦斯風化帶，第四個帶為甲烷帶。瓦斯風化帶下部邊界煤層中的瓦斯組分為80%，～，煤的瓦斯含量為2～3m3/t（煙煤）和5～7m3/t（無煙煤）。在瓦斯風化帶開采煤層時，相對瓦斯涌出量一般不超過2m3/t，瓦斯對生產(chǎn)不構成主要威脅。我國大部分低瓦斯礦井皆是在瓦斯風化帶內(nèi)進行生產(chǎn)的。圖10213煤層瓦斯垂向分帶圖瓦斯風化帶的深度取決于煤層地質條件和賦存情況，如圍巖性質、煤層有無露頭、斷層發(fā)育情況、煤層傾角、地下水活動情況等等。圍巖透氣性越大，煤層傾角越大、開放性斷層越發(fā)育、地下水活動越劇烈，則瓦斯風化帶下部邊界就越深。有露頭的煤層往往比無露頭的隱伏煤層瓦斯風化帶深。位于瓦斯風化帶下邊界以下的甲烷帶，煤層的瓦斯壓力、瓦斯含量隨埋藏深度的增加而有規(guī)律地增長。 影響煤層瓦斯含量的主要因素根據(jù)理論分析，在從植物遺體到無煙煤的變質過程中，每噸煤至少可生成100 m3以上的瓦斯，但是在目前的天然煤層中，最大的瓦斯含量不超過50 m3／t。這一方面是由于煤層本身含瓦斯的能力所限，另一方面因為瓦斯是以壓力氣體存在于煤層中，經(jīng)過漫長的地質年代，放散了大部分，目前僅是剩余的瓦斯量。所以說煤層瓦斯含量的多少主要決定于它保存瓦斯的條件，而不是生成瓦斯量的多少，也就是不僅決定于煤質牌號(肥煤以上)，而更主要的是決定于它的地質條件。現(xiàn)將影響煤層瓦斯含量的一些主要因素分析如下：煤的變質程度煤的變質程度越高，生成的瓦斯量越多。如其他條件相同，變質程度提高了，煤層的瓦斯含量應比較大，例如陽泉3號煤層變質程度高，揮發(fā)分為7％左右， MPa下，每m3煤的瓦斯含量為34 m3，而撫順龍鳳礦的煤層變質程度低，揮發(fā)分為34％，在同樣瓦斯壓力下， m3。煤層的地質歷史瓦斯在生成過程中，不斷生成和放散，尤其是在成煤后的漫長地質年代中，它的放散瓦斯條件如何？這是具有決定性的因素。因為地層的上升和下降，海浸海退的變化，地表河流對煤層的侵蝕，地質構造對放散瓦斯的作用，煤層在地表暴露時間的長短，這些對于瓦斯的保存都具有重大影響。例如開灤的石炭二迭紀煤層在距地表700～800米處，瓦斯含量不大，一般也沒有突出現(xiàn)象。但是湖南白沙礦區(qū)二迭紀煤層，有的在距地表80米處即發(fā)生突出，瓦斯含量也比較大。煤層和圍巖的透氣性煤系巖性組合和煤層圍巖性質對煤層瓦斯含量影響很大。如果圍巖為致密完整的低透氣性巖層，如泥巖，完整的石灰?guī)r，煤層中的瓦斯就易于保存下來。重慶、六枝、漣邵地區(qū)煤系地層巖性主要為泥巖、頁巖、粉砂巖和致密石灰?guī)r，圍巖的透氣性差，所以煤層瓦斯含量高，瓦斯壓力大。反之，圍巖由厚層中粗砂巖、礫巖或裂隙溶洞發(fā)育的石灰?guī)r組成，則煤層瓦斯含量小。例如在大同煤田、北京煤田西部，圍巖是透氣性大的厚砂巖，煤層瓦斯含量就很低。地質構造煤層的斷層和地質破壞對瓦斯的放散有顯著的作用，如果斷層的成因是受張力作用產(chǎn)生的，則該斷層邊界的瓦斯可以通過斷層而放散，該區(qū)域的瓦斯要小。如果斷層是受壓力作用產(chǎn)生的，屬于封閉性的斷層，在斷層區(qū)域內(nèi)的瓦斯要大。例如焦作礦區(qū)在距地表188米垂深處，王封礦和李封礦均為低瓦斯礦井，但鄰近的朱村礦，其四周為封閉性斷層切割則為超級瓦斯礦井，并發(fā)生了煤和瓦斯突出現(xiàn)象。此外，在斷層帶中充填物的致密性和斷層附近的巖性，對斷層附近煤層的瓦斯含量也有重要關系。煤層露頭煤層在目前或成煤后的地質年代中有無露頭長時間與大氣相通，這對于瓦斯的保存有很大關系。例如四川中梁山煤田為覆舟狀構造， 地表無煤層出露，瓦斯為構造封閉，煤層的瓦斯含量大，因而主井井筒進入煤層時，即發(fā)生了煤和瓦斯突出。埋藏的深度和地形在有露頭的煤田中，地表附近的煤層瓦斯得到了放散，而且空氣也向煤層滲透，因而在距地表不遠的煤層中含有二氧化碳、氮氣等氣體。隨著深度的加深，甲烷所占的比例越來越大。在煤層瓦斯成分中，甲烷不足80％的部分稱之為瓦斯風化帶。瓦斯風化帶的深度可以從幾十米到幾百米，甚至達千米，這決定于地質條件和圍巖性質。在瓦斯風化帶中由于瓦斯含量小，不會發(fā)生瓦斯突出。一般在瓦斯風化帶以下的甲烷帶內(nèi)，瓦斯壓力基本上隨深度成正比增加。在山區(qū)的煤田，由于地形起伏變化大，煤層瓦斯含量則與覆蓋層的厚度有關，根據(jù)陽泉各礦的資料表明，覆蓋層厚度越大，煤層瓦斯含量越大。地下水的活動在地下水活躍的區(qū)域，瓦斯也得到流動、排放。例如南桐直屬二井的突出煤層在地下水活躍的地區(qū)，不但沒有發(fā)生突出現(xiàn)象，而且瓦斯涌出量也大大減少；湖南煤礦普遍存在著凡是水大的礦井瓦斯小，水小的礦井瓦斯大的規(guī)律。以上是對這些因素的簡要說明，在分析某一煤層的瓦斯含量以及有無突出危險時，需要根據(jù)這些因素以及地應力等因素作綜合的研究。3 礦井地質構造對瓦斯賦存的控制作用分析 礦井概況祁南煤礦位于安徽省宿州
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