安徽淮南煤田潘北煤矿瓦斯赋存规律探讨Word文件下载.docx
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淮（南）～阜（阳）铁路贯穿区内。
潘集已是汽车运输中心站，潘集～蚌埠、凤台、阜阳、合肥，公路直达区内，公路四通八达。
矿井向南约20km有淮河航运，交通极为方便。
设计年产400万吨现代化的特大型矿井，不同含煤地层、不同煤层都存在着自身的瓦斯地质规律。
揭示了瓦斯地质规律，也就揭示了瓦斯赋存分布的分区、分带规律等，也就揭示了瓦斯致灾机理。
不同含煤地层、不同煤层都存在着自身的瓦斯地质规律。
矿区内煤矿井瓦斯分布垂直分带平面分区的特征比较明显。
影响矿区瓦斯赋存的主要地质因素是煤化作用程度、地质构造、含煤地层岩性、煤层埋深、水文地质条件、煤层厚度、剥蚀强度等。
关键词：
潘北煤矿，地质因素，瓦斯赋存规律
ABSTRACT
Coalminesafetyproductionofgasis"
thefirstmajorkiller."
Gaswasbornincoalseam,occurincoalseam,isagasgeological-mass,itsmigration,preservationandoccurrenceofgeologicaltectonicevolutionbystatecontrol.Thegasisintheprocessofgeologicevolutionhistoryofcoalformationinthegasgeologicalmass.Thegasasgas,bothitsownphysicalandchemicalproperties,andbecauseitwasbornincoalseamsandstoredincoalseam,sobythegeologicalevolutioncontrol.Differentcoalbearingstrata,differentcoalseamexistowngasgeologyrule.Revealsgasgeologyrule,itrevealsgasoccurrencedistributionofzoning,zoninglaws,etc,alsorevealsthegasofhazardformativemechanism.PanBeicoalislocatedinanhuiprovinceHuaiNancitynorthwestPanJineighborhoodoffice,capitalcityofHuaiNan30kilometers.Orewithzhangextensionsinrailwaystationinmerlinwereconnectedwith,canreachdependingonalloverthecountry,roads.Inthecoalminegasdistributionverticalzoningplanezoningfeaturesmoreapparent.Influenceofthemaingeologicalmininggasoccurrencecarbonificatedrolefactoris,degreeofgeologicalstructure,coal-bearingstratalithology,coalburieddepth,hydrologygeologycondition,coalthickness,erosionstrengthetc.
KEYWORDS:
Panbeicoalmine,geologicalfactors,gasgeologyrule
目录
ABSTRACTII
1绪论1
1.1研究意义1
1.2研究现状1
1.3.研究内容2
1.3.1褶曲3
1.3.2断裂构造3
1.4.研究思路与方法3
2矿井介绍4
2.1交通位置及地形气候4
2.1.1交通位置4
2.1.2地形及气候4
2.2生产矿井5
2.3地层6
2.4瓦斯8
2.5煤层10
2.5.1含煤性11
2.5.2煤层间距、厚度、结构及组合12
2.6煤质特征14
2.7水文地质15
3地质构造及控制特征研究18
3.1断层18
3.2井田地质构造及分布特征24
3.3构造煤发育及分布特征25
3.4地质构造对瓦斯赋存的控制25
4矿井瓦斯地质规律研究27
4.1断层、褶皱构造对瓦斯赋存的影响27
4.1.1断层对瓦斯赋存的影响27
4.1.2褶皱对瓦斯赋存的影响27
4.2顶底板岩性对瓦斯赋存的影响28
4.2.1煤层顶板岩性厚度与瓦斯赋存关系28
4.2.2煤层顶板岩体结构对煤层瓦斯赋存影响29
4.3岩浆岩的侵入对煤层瓦斯赋存的影响31
4.4煤化作用程度对煤层瓦斯赋存的影响32
4.5瓦斯含量分布及预测研究32
5矿井瓦斯涌出量预测34
5.1矿井瓦斯涌出的影响因素34
5.2矿井瓦斯涌出资料统计及分析35
5.3瓦斯综合评价37
5.4矿井回采工作面瓦斯涌出量预测37
6煤与瓦斯区域突出危险预测38
6.1煤与瓦斯突出的特征和规律38
6.1.1煤与瓦斯突出的基本特征：
38
6.1.2煤与瓦斯突出的一般规律38
6.2煤与瓦斯突出危险性参数测定及统计38
6.3.1煤层赋存状态对煤瓦斯突出的影响:
39
6.3.2地质构造与煤及瓦斯突出的关系39
6.3.3煤层厚度与突出危险关系40
6.3.4顶板岩性及其厚度和突出危险关系40
6.4煤与瓦斯区域突出危险性预测和防治41
6.4.1煤与瓦斯区域突出危险性预测41
6.4.2煤与瓦斯区域突出危险性防治原则41
7.结论与建议43
7.1结论43
7.2建议43
参考文献44
致谢45
1绪论
1.1研究意义
瓦斯生于煤层，赋存于煤层，是一种气体地质体，它的运移、保存以及赋存状态都受地质构造演化的控制.煤炭工业是我国的基础产业，其健康、稳定、持续发展是关系国家能源安全的重大问题。
我国是世界上第一产煤大国，煤矿企业多达2.4万多个，而且煤层赋存、地质构造复杂。
国有重点煤矿共有576处，其中高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井有277处，占48％，2010年全国煤矿发生瓦斯事故135起，死亡593人，同比分别下降14%和21.5%。
煤炭是我国能源的主体。
在我国一次性能源消费结构中，煤炭占70%左右，预计2050年仍将占50%以上，在相当一段时间煤炭将一直是我国居支配地位的能源。
国家《能源中长期发展规划纲要（2004～2020）》确定了我国“坚持以煤炭为主体、电力为中心，油气和新能源全面发展”的能源战略。
为了在瓦斯灾害综合防治中避免盲目性，做到经济、可靠，需要对煤层的瓦斯赋存规律有一个准确的认识。
了解煤层的瓦斯赋存规律，从而为瓦斯综合治理方案的确定等提供基础数据；
结合矿井生产实际情况，按照煤矿瓦斯抽采指标的要求对矿井区域防突措施进行优化研究。
1.2研究现状
在国外，早期只有苏联、法国、英国、澳大利亚等国才对瓦斯地质方面有较为详细的研究。
法国早在1914年设立了“防治煤与瓦斯突出的专门委员会”，从地质的角度研究瓦斯的分布规律，防治煤与瓦斯突出。
前苏联自50年代就开始研究瓦斯地质，于1951年设立了“防治煤和瓦斯突出中央委员会”，通过研究，指出瓦斯的分布受地质因素控制，具有不均匀分布的规律性，与构造复杂程度、煤层围岩、煤变质程度有关[1]。
英国的DAVIDP提出在煤系地层中地质构造对瓦斯的赋存状态和分布情况的影响起主导因素，建议加强地质构造的演化与瓦斯地质规律的研究[2]。
澳大利亚的Jshherd对地质构造与瓦斯突出的关系也作了广泛的研究。
BiblesCJ等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也影响瓦斯的保存条[3]。
英国的FrodshamK等人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[4]。
HuoyinLi等人通过模拟实验证实了构造煤是瓦斯的富集并指出构造煤广泛发育煤田中地质构造附近[5]。
国内较为系统的开展瓦斯地质研究是20世纪70年代中后期，到80年代得到较大的发展。
著名安全专家杨力生教授提出治理瓦斯必须走瓦斯地质的道路，并首创了瓦斯地质学科，为瓦斯涌出预测提供了新思路[6]。
他与张子敏等人（1983）建立了“编制全国煤矿瓦斯地质图”煤炭工业部重大项目；
张祖银、张子敏（1990）完成了《1:
200万的中国煤层瓦斯地质图和说明书》的编制并出版大大推动了瓦斯地质学科的发展[7]。
彭立世、袁崇孚建立了“湘、赣、豫煤与瓦斯突出带地质构造特征研究”课题，更为瓦斯地质的深入研究奠定了基础。
《煤矿安全规程》（2005）第一百八十一条，突出矿井必须及时编制矿井瓦斯地质图，是瓦斯研究成果更容易纳入到安全生产管理。
张玉贵等从微观角度揭示了构造对煤体的动力学特征及煤岩学特征的影响[8]。
张子敏根据板块构造运动学，分析地质演化史，研究构造演化对瓦斯的生储盖条件的影响，进行预测矿区、矿井、采区、采面的瓦斯情况[9]。
应用板块构造理论和区域构造演化理论，做到区域控制矿区、矿区控制矿井，搞清煤层高瓦斯赋存区，高地应力区、挤压剪切区和构造煤的发育特征。
“七五”到“十五”期间，科研单位与大专院校的联合攻关，在瓦斯的形成、运移、赋存、富集与突出研究等方面取得了一批重要成果与认识，提出了煤的成烃模式与演化阶段；
基本查明了影响各矿区煤层瓦斯赋存的地质规律及瓦斯赋存的地质条件；
提出了煤层瓦斯生储盖能力的划分方案与评价方法；
通过对各种煤样的观结构与孔渗性能进行大量研究，提出了煤层的孔隙、裂隙发育程度与地质构造、煤的变质程度间的关系及瓦斯的吸附与解吸、扩散与渗流的理论与研究方法[10]。
将构造物理学的理论和方法应用于煤与瓦斯突出预测中，对煤与瓦斯突出预测中的媒体结构指标进行了详细研究，揭示出了地质构造控制煤与瓦斯突出机理及分布规律[11]；
指出煤与瓦斯突出构造物理环境由构造组合特征、构造应力场、构造煤与煤层瓦斯四因素组成；
探讨了煤与瓦斯突出构造物理环境多种因素对地质构造带煤与瓦斯突出的综合控制作用，提出了地质构造多期性造成煤多样性、顺煤层滑动造成构造呈层分布、断层选层发育控制构造煤选层分布观点，为地质突出危险性判定提供了坚实的理论依据[12]。
1.3.研究内容
瓦斯自生成起，它是一个动态的过程，也就是与煤田区域构造演化紧密相关。
正常情况下含煤盆地成煤之后，上面就开始沉积盖层，盖层对于瓦斯来说它有两层意义：
其一，上覆盖层是煤炭进行深成变质作用的一个主要因素；
其二，煤炭在变质作用的过程中，会生成大量的瓦斯，这时上覆盖层就会阻碍瓦斯的释放，使瓦斯以一定的形态赋存在煤层或围岩中。
根据大陆板块理论，板块间是运动着，存在相互碰撞的作用。
中国的石炭二叠纪含煤地层形成以来就经历了印支运动、燕山运动、喜马拉雅运动以及新构造运动。
每次构造运动对于不同区域产生挤压或拉张，由于地层不均性，近而引起地层在强应力作用形成不同级别的断裂、褶皱或发生岩浆作用等，均控制着区域地质环境及其不同煤田的煤层、围岩发生不同程度的变形破坏，对于煤层来说，会形成构造煤。
这些地质构造体系直接控制着煤层瓦斯的赋存，影响煤层的瓦斯含量、瓦斯压力、瓦斯储层渗透性等反映瓦斯赋存的基本参数。
在运用瓦斯地质理论的指导下，运用瓦斯赋存构造逐级控制理论，通过不同级别的地质构造与瓦斯赋存地质条件的控制关系来揭示瓦斯地质规律[3]。
只有搞清区域地质构造体系和构造应力场的演化史，才能搞清楚煤层瓦斯赋存特征，进而判别出瓦斯突出危险性的分区、分带特征。
1.3.1褶曲
受区域构造影响，本区内褶曲构造发育，主要有谢桥向斜、陈桥古沟背斜、潘集背斜、尚塘耿村集向斜、朱集尚塘背斜等，轴向均沿N70～80°
W方向延伸，向东倾伏，倾伏角3～5°
，轴面向南倾斜，两翼不对称。
其中潘集背斜隆起幅度最大，是矿区内的主要构造煤层厚度越大，达到中值浓度或者扩散终止的所时间就越长，煤层本身是一种高度致密的低渗透性岩层，上部分层和下分层对中分层有强封盖作用，煤储厚度越大，中部分层中煤层气向顶底板扩散的路径就越长，扩散阻力就越大，对瓦斯保存越有利。
1.3.2断裂构造
潘谢矿区地质构造为次一级背斜、向斜构造；
东部潘集～丁集背斜南翼煤层倾角小，构造较简单；
北翼煤层倾角大，且走向断层较为发育；
中部顾桥～桂集区为一扭曲带的单斜构造，煤层倾角平缓，倾斜断层发育；
西部谢桥～张集区为一不对称的向斜构造，南翼煤层倾角较大、构造复杂，北翼煤层倾角较缓、构造较简单；
全区煤层倾角以缓倾斜为主，局部地区煤层为倾斜或急倾斜煤层（潘集背斜北翼及谢桥向斜南翼）。
潘谢矿区的断裂构造对煤层的后生破坏严重，影响煤层的开采，断层位置一般作为井田、采区划分和采场布置的依据。
1.4.研究思路与方法
1）收集、整理潘北煤矿的相关资料；
2）分析、研究矿井区域地质构造、矿井地质构造；
3）收集矿井瓦斯资料；
4）整理材料，总结矿井瓦斯地质规律。
2矿井介绍
2.1交通位置及地形气候
2.1.1交通位置
潘北煤矿位于淮南市西北，距淮南市（洞山）30km。
地理坐标为东经116°
41′30″～116°
52′30″，北纬32°
50′00″～32°
53′45″。
矿井向南约20km有淮河航运，交通极为方便（见图2-1）。
图2-1交通位置图
2.1.2地形及气候
1）地形
本区为淮河冲积平原，地形平坦，一般标高+21～+23m。
淮河为邻近本区的主要河流，流经淮南时，一般水位标高为+15m，历史最高洪水水位标高为+25.63m（1954年7月29日）。
煤矿南缘有泥河，由西北而东南流入淮河，其两岸地形低洼，雨季淮河水位上涨，易成内涝。
黑河位于煤矿北缘，自西北向东南流入淮河，河床宽2～10m，系人工挖掘，为农灌之季节性水渠。
2）气象
本区属过渡带气候，季节性明显，据凤台县气象局1959～1983年观测资料：
①．气温：
年平均15.1℃，极端最高气温41.4℃（1959年8月24日），极端最低气温-21.7℃（1969年1月31日）
②．降雨量：
年平均893.74mm，最大1723.5mm（1954年）；
日最大降雨量320.4mm，一般一月最小，六、七月最大。
③．相对湿度：
最大78%，最小10.14%，平均74%。
④．降雪：
初雪一般在十一月上旬，终雪在次年三月中旬；
雪期72～127天，最长138天，最短26天，最长连续降雪6天，最大降雪量16cm。
⑤．风向、风速：
春季多东南风，夏季东南风及东风，秋季多东南、东北风，冬季多东北、西北风，秋季多东北、西北风。
风速一般为2.8m/Sec～3.6m/Sec，平均3.3m/Sec，最大风速22m/Sec（1978年8月8日南风）。
⑥．冻土：
冻结及解冻无定期，一般夜冻日解，冻结深度4～12cm，最大冻结深度30cm。
2.2生产矿井
潘北煤矿属淮南煤田潘集矿区。
潘集一号井于1984年正式投产，设计能力300万吨/年；
潘三矿于1992年11月建成投产，设计能力300万吨/年；
谢桥矿于1997年建成投产，设计能力400万吨/年。
以往地质工作及设计调整情况
一队从1960年开始在本区施工。
十四线以东于1965年12月提出了《淮南煤田潘集勘探区详查地质报告》。
经华东煤炭工业公司审查，以（66）华东发370号文批准。
1967年提交F9断层带以东的精查地质报告，华东煤炭工业公司于1968年，以（68）第97号文批准。
然而，本煤矿由于处于上述两报告的西部边缘地段。
因此，勘探只相当于普详查程度。
1960年至1975年普详查阶段，完工钻孔72个，工程量42707.64m，抽水4次。
1975年一队再度进入本区内施工，同年三月编制了《潘集勘探区四号井精查补充勘探设计》，原安徽煤田地质公司以煤勘字（75）085号文批复。
1975年5月物测队地震分队进入本区，与钻探配合施工，于1979年提交了《潘集四井田地震报告》。
1976年6月，签于施工过程中出现的地质现象的变化，一队于1977年7月编制了“潘集四井田修改设计”。
经当时两淮总部、淮南矿务局、基建局、省煤矿设计院共同审查，由原安徽煤田地质公司批准钻孔96个，总工程量88220m，抽水6次。
1979年5月再次调整设计，经原安徽煤田地质公司批准。
在勘探线间增加一批控制1煤、13-1煤层的露头孔和13-1煤层-650m大巷孔。
遵照上级指示，一队于1980年4月又编制了“潘集四井田精查勘探设计”。
原安徽煤田地质公司以煤字（80）241号文给予批复。
批准钻孔81个，总工程量65000m，抽水11次。
原安徽煤炭工业公司于1982年9月，组织有关单位对本区精查勘探程度进行了审查。
并下达基字（82）41号文“关于审查潘集四号井精查勘探撤钻前几个有关问题的意见”。
按文件精神，一队于1982年12月编制了“潘集四井田精查勘探补充设计”。
原安徽煤田地质公司以皖煤地字（83）99号文件批复，批准地质钻孔34个，工程量26500m，大巷孔等机动工程量9000m，水文孔4个，工程量2500m，水文机动工程量700m，计总工程量38700m。
1985年2月，原安徽煤炭工业公司会同省煤炭厅组织省煤矿设计院等有关单位，对本矿区精查地质资料进行了预审，以皖煤设字（85）第116号文下达“关于预审潘四井田精查勘探地质资料的意见”。
2004年由淮南矿业集团地质勘探工程处补充勘探，共施工井筒检查孔5个，工程量4242.68m。
并于2004年6月提交《井筒检查孔地质报告》。
2004年1月，受淮南矿业（集团）公司的委托，物测队承担了潘北井田首采区三维地震勘探工程。
有效控制面积4Km2,物理点5167个。
于2004年11月提交了《淮南矿业（集团）公司潘北首采区三维地震勘探报告》。
同年物测队还承担了潘北井田一区块三维地震勘探工程。
有效控制面积为9.48km2，物理点7107个。
综上述，自1975年至2004年底的历次勘探，共施工钻孔381个，完成工程量275355.25m。
抽水13次，放水试验1次。
2.3地层
本区为全隐蔽区，据钻探揭示，有奥陶系、石炭系、二迭系、三叠系、第三系、第四系，现由老至新分述如下：
1）奥陶系中下统马家沟组（O1+2）：
厚度113m。
为石炭、二迭系含煤建造的基底，十西线水四5孔穿过厚度96.78m。
岩性主要为灰色、致密、厚层状、硅质灰岩及白云质灰岩、质纯、坚硬、性脆为其特征。
顶部白云岩为中统老虎山组；
下部灰岩、泥质灰岩可分为肖县组。
2）石炭系上统太原组（C3）：
假整合于马家沟组之上。
3）二叠系（P）：
厚度983m
整合于石炭系太原组之上，以太原组1灰之顶作为分界。
自下而上分为山西组、下石盒子组、上石盒子组和石千峰组，含定名煤层32层。
太原组顶部灰岩是二迭系底界。
该灰岩本身作为标志层，可在广大区域进行对比。
二叠系顶部石千峰组是一套杂色岩层。
与石盒子组岩性迥然不同、不难区别。
唯上下地层过度接触关系，分界砂岩变化较大，以致有时界线不甚明显。
上、下石盒子组、山西组具有数层特征岩层。
而且煤层层位、厚度、结构、煤层的组合形态，层间距都相当稳定。
化石分带明显，测井反映出的物性规律强，因此煤层、地层对比可靠。
4）三叠系（T）：
厚度大于430m。
为陆相红色岩层。
与二叠系石千峰组为逐渐过渡关系。
岩性较复杂，主要为棕红色、褐红色、紫红色砂岩与粉砂岩组成，分选及磨圆度一般较差，胶结疏松。
5）第三系（R）：
厚27m。
淡红、暗红色粘土岩、粉砂岩及细砂岩组成，局部为青灰、灰色，底部含石英质砾石，泥质及钙质胶结。
邻近本区的十四～十五5孔揭示厚度23.48m。
6）第四系（Q）：
厚243.57～486.60m。
平均厚度为373.83m。
⑴全新统（Q4）：
地层厚度28.05m。
上部为土黄色及灰黄色砂质粘土；
下部为褐黄、棕黄杂浅灰至深灰色、以粉细砂为主。
⑵上更新统（Q3）：
地层厚度70.50m。
上部为棕黄、灰黄杂灰绿色砂质粘土、夹细砂及粉砂；
下部为浅灰及灰黄色细中砂。
局部为中粗砂。
⑶中更新统（Q2）：
地层厚度217.03m。
上部岩性为灰至灰绿色石英、长石中砂，粗砂及细砂；
中部为浅灰色中砂、细中砂及中粗砂与灰绿色固结粘土、砂质粘土；
下部为浅灰绿色固结粘土及砂质粘土；
局部多含钙质，夹中细砂、砂砾薄层。
⑷下更新统（Q1）：
地层厚度58.25m。
岩性为灰绿、棕黄、褐黄、褐红等色，松散～半固结状。
以含泥砂砾层为主，间夹各级砂粒和粘土，砾径多为5～20mm，少数20～100mm。
个别大于100mm。
成分石英质、石英砂岩、杂以灰岩、岩浆岩和变质岩砾，多呈次棱状，十二线以东底部为暗红杂浅灰色半岩化砂土类夹泥灰岩层。
图2-2地层柱状图
2.4瓦斯
瓦斯测定成果及汇总见附表九。
1）瓦斯成份分带：
根据瓦斯成份资料绘制瓦斯成份分带图（见图2-3），本区瓦斯成份分带为三个带：
（1）N2带：
N2>
70%CO2<
30%CH4<
10%
（2）N2～CH4带：
N2<
20%CH4<
80%
（3）CH4带：
20%CO2<
10%CH4>
图2-3瓦斯成份分带图
2）瓦斯风化带的确定：
瓦斯风化带下限值，本区瓦斯以CH4含量为主，其它烃类气体量小，因而用甲烷含量2ml/g作为下限值指标。
原报告根据甲烷随深度变化的回归方程计算结果，本次在增加了井筒检查孔瓦斯资料后仅对4层主要可采煤层的甲烷含量与煤层
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