论文导读：煤层瓦斯赋存规律研究是矿井瓦斯灾害防治的基础。论文介绍了鹤壁矿区的地质构造特征，研究了瓦斯地质单元划分的准则，并对鹤壁矿区进行了瓦斯地质单元划分，现场收集整理并测试了大量的瓦斯含量数据，分析了鹤壁矿区不同瓦斯地质单元的瓦斯赋存规律，并研究了瓦斯赋存的控制因素。研究表明：鹤壁矿区瓦斯赋存随埋藏深度逐渐增加，受地质构造的影响非常明显。
关键词：瓦斯赋存规律，地质构造，埋藏深度
我国煤矿灾害中，瓦斯灾害尤为严重，而且随着采深的增加，瓦斯含量和地应力的增加，瓦斯灾害日益严重[1]。08年全国瓦斯突出矿井共计754处，比2007年增加了近10%，国有重点煤矿20.3%为突出矿井。据统计2008年全国共发生34起煤与瓦斯突出事故，死亡278人，事故数同比增加4起，死亡人数增加62人；2009年发生3人以上的煤与瓦斯突出事故19起，死亡226人。瓦斯灾害直接妨碍了煤矿正常生产，成为我国煤矿安全生产的重要障碍，严重影响了煤炭工业的持续、健康、稳定地发展[2]。论文检测。加强瓦斯灾害的防治是确保煤炭能源的稳定、可靠供应，促进国民经济全面、健康发展的重要保证。瓦斯灾害防治的基础是弄清矿区、矿井瓦斯赋存规律，做到防治瓦斯工作有的放矢[3]。研究矿区瓦斯赋存规律对于瓦斯涌出量预测、突出区域预测、制定相应的防治瓦斯措施都有重要的指导意义。
1矿区地质特征
鹤壁煤田呈近南北方向展布，构造形迹以断裂为主，伴有发育程度的褶皱，并有岩浆岩侵入和喷出岩。总的构造形态为一走向NNE、倾向SE、倾角5°~40°的单斜构造。区域构造线展布方向以NE、NNE向为主，近SN向断层次之，煤田南部发育EW向构造。构造线多呈雁行式，地垒地堑构造相间出现。经过生产和勘探证实，矿区构造以断裂为主，方向大致可分为NE、NNE、EW、SN、NW，其中以NE、NNE两组为主。据统计落差大于30m的断层有86条，其中大于100m的断层就达29条之多，它们均为具有压扭性质的正断层。大断层常常构成井田的自然边界，在这些大断层之间，宽缓褶皱发育。煤层倾角变化在8°至30多度，一般倾角为20°左右。
2瓦斯地质单元划分
地质条件控制了突出的分区和分带，如何根据影响构造软煤发育和瓦斯赋存在尺度上的差异，划分不同级别的瓦斯地质单元，是突出区域预测瓦斯地质方法的关键[4]。划分瓦斯地质单元应遵循以下方法：① 单元的大小根据研究范围确定，在矿区内研究突出区分布时，根据宏观构造发育特征，以矿井为基础，以分井田的大尺度自然构造确定边界，划出Ⅰ级瓦斯地质单元，在多煤层井田内研究瓦斯突出带时，以分煤层、分水平、分采区为基础，以深度或自然构造确定边界；②从影响煤与瓦斯突出的地质因素中选择反映煤层条件和瓦斯条件的主要因素，确定临界值，划分单元界限，形成综合统一的瓦斯地质单元。
鹤壁矿区的一级断层构造为贾家地堑和F40断层组，累计落差均在200 m以上，将矿区分成相对独立的三部分：南部为六矿、八矿、十矿3对矿井；中部为三矿、五矿2对矿井；北部为二矿、四矿、九矿3对矿井。根据研究区褶皱、断裂构造发育特征等可将研究区划分为三大构造分区，命名为南部瓦斯地质单元（六矿、八矿、十矿）、中部瓦斯地单元质（三矿、五矿）和北部瓦斯地质单元（二矿、四矿、九矿），其具体瓦斯地质单元划分见图1。
图1 鹤壁矿区瓦斯地质单元划分
3矿区瓦斯赋存规律
通过对鹤壁矿区的勘探期间钻孔瓦斯含量、井下实测瓦斯含量、间接计算和瓦斯含量反演等多源数据的分析、融合，获得了94个相对可靠且分布较均匀的瓦斯含量控制点。在此基础上，研究了各个瓦斯地质单元的瓦斯赋存规律
3.1南部单元瓦斯赋存规律
南部单元主要包括六、八、十矿，该地质单元南以十矿F1070断层为界，北以F40断层组为界。与中部和北部地质单元相比，该地质单元地质构造较为复杂，其矿井井田内断层相互切割穿插较多；在该地质单元矿井井田内，尤其是六矿井田内较多不同方向的褶曲相互交叉，形成穹隆或构造盆地。该单元构造相对复杂，煤层透气性较差，瓦斯保存条件较好，埋深相同而瓦斯压力较高。
通过对多源瓦斯含量（地堪期间瓦斯含量、生产期间瓦斯含量、瓦斯涌出量反演和间接计算瓦斯含量）的可靠性进行分析，在该单元内共获得55个可靠且相对均匀的瓦斯含量控制点，经统计分析，瓦斯含量与埋藏深度之间具有如图2所示的统计规律：W=0.0277H-1.6987(R2=61.84%)。论文检测。式中，W为煤层瓦斯含量，m3/t；H为煤层埋藏深度，m。由此计算得出，南部单元煤层瓦斯风化带深度约为61.3m，含量增长梯度为0.0277m3/t/m。
图2 南部单元瓦斯含量与埋深关系图
3.2中部单元瓦斯赋存规律
中部单元主要包括五矿和三矿，该地质单元南以F40断层组为界，北以贾家地堑为界。除边界断层外，五矿倾伏向斜、F20断层、三矿倾伏向斜对该区的构造变形影响较大。论文检测。边界断层对瓦斯释放的能力较强。
在该单元内共获得12个可靠且相对均匀的瓦斯含量控制点，经统计分析，瓦斯含量与埋藏深度之间具有如图3所示的统计规律：W=0.0304H-6.4616(R2=67.54%)。式中，W为煤层瓦斯含量，m3/t；H为煤层埋藏深度，m。由此计算得出，中部单元煤层瓦斯风化带深度约为212m，含量增长梯度为0.0304m3/t/m。
图3 中单元瓦斯含量与埋深关系图
3.3北部单元瓦斯赋存规律
北部单元主要包括四矿、二矿和九矿3对矿井，该地质单元南以贾家地堑为界，北以F135断层为界。
在该单元内共获得27个可靠且相对均匀的瓦斯含量控制点，经统计分析，瓦斯含量与埋藏深度之间具有如图4所示的统计规律：W=0.0326H-3.539(R=58.72%)。式中，W为煤层瓦斯含量，m3/t；H为煤层埋藏深度，m。由此计算得出，中部单元煤层瓦斯风化带深度约为110m，含量增长梯度为0.0326m3/t/m。
图4 北部单元瓦斯含量与埋深关系图
3鹤壁矿区瓦斯赋存的主要控制因素
由鹤壁矿区的瓦斯赋存规律可知，鹤壁矿区的瓦斯赋存主要受煤层埋藏深度和构造分区的影响。不同瓦斯地质单元瓦斯含量随煤层埋藏深度变化的梯度和瓦斯风化带深度不同，造成单元内瓦斯富集程度不同，瓦斯分布受到地质构造的控制。小断层使瓦斯含量局部增加。小断层往往造成附近煤体严重破坏，煤层透气性大大降低，同时由于断距小，延伸短，不容易与其它裂隙较发育的岩层连通，而形成良好的瓦斯储存环境。褶曲类型和褶皱复杂程度对瓦斯赋存均有影响。向斜由于岩层受到强力挤压、围岩透气性变得更低，有利于瓦斯封存，特别是在向斜轴部，如六矿受75-7向斜控制的2814采面，其瓦斯含量达17.98m3/t，而同等开采深度的2810采面的瓦斯含量实测值却只有12.10m3/t；背斜往往也有利于瓦斯储存，但当封闭条件差时，瓦斯容易沿背斜顶部的裂隙逸散，背斜不同部位之间的瓦斯含量仍有差别，往往是轴部大于两翼。鹤壁矿区发育的断层一般为张扭性正断层，属开放性断层，有利于瓦斯的排放。如六矿北四采区南部位于75－7向斜和75－32向斜交汇形成的盆地构造处，本应是有利于瓦斯聚集的地质条件，但由于该区域张扭性的大中型断层较发育，断距在10m以上的断层有7条，特别是盆地构造底部发育有落差200m以上的F46断层组，该断层组由走向斜交的张性正断层，使该区域形成较好的瓦斯排放条件。
在鹤壁矿区目前的开拓开采水平范围内，由于小断层及褶曲构造对瓦斯遗散的控制作用，一般会使控制区域内的瓦斯含量较同等埋藏深度的煤层瓦斯含量高出3～5 m3/t。
4 结 论
1、以鹤壁矿区的一级断层构造贾家地堑和F40断层组为界，将其划分为南、中、北三个瓦斯地质单元。
2、鹤壁矿区瓦斯赋存随埋藏深度的延伸而逐渐增加，但是瓦斯赋存受地质构造的控制比较明显，在封闭型断层附近瓦斯含量大，在开放型大断层附近瓦斯较小。
参考文献：
[1] 于不凡，王佑安．煤与瓦斯灾害防治及利用技术手册[S]．北京：煤炭工业出版社，2000
[2] 林伯泉，崔恒信．矿井瓦斯防治理论与技术[M]．徐州：中国矿业大学出版社，1998
[3] 焦作矿业学院瓦斯地质研究室．瓦斯地质概论[M]．北京：煤炭工业出版社，1990
[4] 周世宁，林伯泉．煤层瓦斯赋存与流动理论[M]．北京：煤炭工业出版社，1997
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