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浅析乌兰井田下二叠统三层煤瓦斯地质特征-5151doc

浅析乌兰井田下二叠统三层煤瓦斯地质特征
作者:未知 文章来源:网络 点击数: 更新时间:2009-11-17

  论文关键词:瓦斯地质特征  瓦斯涌出量  突出预测  灾害治理

  论文摘要:根据构造与煤体结构发育特征,将乌兰井田三层煤区分为4个瓦斯地质单元。在瓦斯含量、瓦斯压力、f值、△P等参数测试和瓦斯涌出量统计的基础上,对各瓦斯地质单元的瓦斯地质特征进行了论述。

  乌兰井田地处内蒙境内,隶属宁夏煤业集团有限责任公司,下二叠统三层煤为井田范围内唯一的特厚煤层,厚度0.11一23.53m,平均9.22m,整个井田范围内具有南厚北薄、浅部厚深部薄的特点,是乌兰矿的主采煤层。三层煤煤层结构复杂,含2一18层夹研,一般5一10层;上部结构相对复杂,距离顶板0.1-1.Om左右有一层相对稳定的高岭石夹研,厚度在0.5一0.gm左右。三层煤上部灰分含量在30%左右,下部在20%左右,平均灰分24.49%。6勘探线以南为焦煤(JM),其中标高+135om以上6一11线为l/3焦煤(l/3JM),3一6线为气煤(QM),3勘探线以西+1350以下为肥煤(FM)。焦煤约占40%左右。

  在进行浅部开采时,瓦斯涌出量较小,但随着开采深度的增加,瓦斯问题越来越严重,尤其是目前正在开采的南2采区,瓦斯问题严重制约着生产安全和进度。本文系统探讨了三层煤的瓦斯地质特征,旨在为瓦斯灾害治理提供参考依据。

  瓦斯地质特征

  1.1构造应力场

  呼鲁斯泰向斜的西北翼边界发育一组逆断层,以呼鲁斯泰逆断层(Fh)为代表。井田内发育一组NW-SE向的正断层,如F73、F;等;以及与之共生的正断层,如F7。等(图l)。由这些断层的产状以及小断层走向玫瑰花图可知,乌兰井田经历了两期构造应力场的作用。第一期为近SN向的挤压应力,这一期构造应力场形成于燕山期,在SN向挤压的同时伴随着东部抬升和西部下降,造成了地层西倾现象的产生。在这种构造应力场的作用下,产生了F73、FS和F76断层,为共扼关系。同时随着北部的不断抬升,发生了强烈的向西的重力滑动,形成了与F76走向平行的一系列褶曲。喜山期构造应力场的方向发生变化,转移为NW一SE向的挤压。这一期构造应力场不仅对燕山期形成的构造进一步强化、改造,而且形成了以Fh为代表的逆断层,同时使得呼鲁斯泰向斜形成并定型。两期构造应力场在煤层小断层走向玫瑰花图上可清晰地反映出来。

  

  1.2瓦斯地质单元划分及其特征

  根据三层煤的小断层发育特征,将整个井田分为4个构造分区(瓦斯地质单元):北部区,4线以北;北中部区,4一9线之间;中部区,9一12线之间;南部区,12线以南:北部区包括呼鲁斯泰向斜的轴部和倾角极陡的西翼,构造比较复杂;北中部区构造相对简单;中部区以断层发育为特征;南部区以层间滑动为主图2:4个区的特征简述如下。

  1.2.1北部区

  北部构造分区位于4线以北呼鲁斯泰向斜的轴部和西翼地带,没有生产阶段资料可供利用。但从勘探阶段的资料可知,该区的构造比较复杂,西部井田边界断层一呼鲁斯泰逆断层(Fh),落差达1000-2000m,由之派生一些中等规模的断层,如FsZ、凡,等。可能还有一系列煤层小断层没有被发现。勘探阶段的岩芯描述和测井解释,表明该区三层煤煤体结构相对破碎,软煤分层相对发育。如位于向斜轴部的3勘探线117孔,在煤层中上部一层较厚的夹研之下,煤层的视电阻率显著增大,标志着软煤分层的出现,其厚度占整个煤厚的2/3以上。断层附近几乎全为软煤。

  1.2.2北中部区

  北中部区位于4一9线之间,其构造特征与中部和北部区没有截然的界限,呈渐变过渡。该区以构造相对简单为特征,仅发育一些断顶不断底或断底不断顶的小断层,个别断层切穿了整个煤层,断层密度比较小。该区最典型的现象是煤层冲刷和顶板穿刺。三角洲分流河道环境形成的砂岩构成了煤层的顶板(主要局限于7线以北)。同沉积期对煤层进行冲刷,使煤厚减薄;差异压实造成穿刺现象,使得顶板砂岩呈脉状穿刺于煤层。该区构造相对简单的主要原因与煤层的边界条件有关,煤层的顶板为强度极大的中粗粒砂岩,它既不利于形成沿煤层顶板的层间滑动,又保护了煤层免受构造应力的强烈破坏。

  

  因此三层煤的煤体结构在北中部区以碎裂煤为主,一些地方仍保存有原生结构煤,碎粒煤和糜棱煤构成的软分层仅在断层附近存在,部分地带下部存在软煤,但软煤所占煤层总厚的百分比较低。井下观测和测井解释也证实了此点。该区煤f值较大,△P值偏小,瓦斯含量在6m3八左右。说明煤体强度大,瓦斯放散速率小,为非突出煤的特征川。

  1.2.3中部区

  中部区位于9一12线之间,与北中部区和南部区呈渐变过渡。该区的构造以断裂为主,相对其它地区比较复杂,尤其在10一11线之间,煤层小断层非常发育。中部区三层煤发育的小断层大部分为正断层,个别为逆断层。小断层的走向以NWW向为主,个别为近SN向和NE向,反映出两期构造应力场作用的结果。该区三层煤的煤体结构类型齐全,以碎裂煤为主,其次是原生结构煤;在断层附近发育软煤(碎粒煤和糜棱煤),但波及范围有限。向南部区过渡的11一12线之间,已具备南部区的某些特点,即煤层下部分层出现软煤分层,但破碎程度不及南部区严重,多表现为碎粒煤。

  1.2.4南部区

  位于12线以南的南部区与其它区明显不同,该区内断层不如中部区复杂,其发育程度与北中部区类似。但软煤发育,厚度明显大于其它区,主要分布在煤层的中下部。生产阶段的揭露和测井解释均证实了这一点。

  1.3三层煤软煤分布特征

  由软煤厚度等值线图和软煤百分比等值线图可知,北部区与南部区软煤最发育;北中部区软煤所占比例最低;由北中部区向中部区至南部区构造煤厚度依次增加,所占比例依次增高,该区煤的f值较低,△P值偏高,瓦斯含量在9砰八左右。

  三层煤的软煤在北部区和南部区比较发育。北部区显然与褶曲形成过程中伴随的剪切作用有关,即煤体变形、破坏是构造应力作用的结果。中部区三层煤发育的小断层主要形成于喜山期,沿两个主要方向呈共扼形式共存,而南部区断层稀少。说明在喜山期构造应力场作用下,在中南部区以发生断裂形式来吸收应力,而南部区则以层间滑动形式来吸收。这种层间滑动的力源于构造应力。层间滑动波及了北中部区,使得该区也发育了一定厚度的软煤。中部区软煤一般局限于断层附近。

  2顶底板、夹研岩性与瓦斯赋存的关系

  2.1顶底板岩性

  三层煤顶板岩性存在3个分区:砂岩区、粉砂岩一粉砂质泥岩区、泥岩区。砂岩分布在井田的北部,大致在7线以北;粉砂岩一粉砂质泥岩区分布在中北部区,大体位于7一9线之间;中东部为泥岩分布区。底板岩性也存在3个分区:北部为粉砂质泥岩一泥岩分布区,中部为砂岩分布区,南部偏东方向为泥岩分布区。

  顶板岩性对三层煤瓦斯赋存和煤体变形影响极为严重。北

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