浅析乌兰井田下二叠统三层煤瓦斯地质特征
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