火石咀煤矿地质特征及瓦斯赋存规律研究

牛宁

摘要：简述了火石咀煤矿的地层，从煤层厚度、顶底板岩性和构造等方面入手，结合矿井生产中的实际情况，对煤矿的瓦斯赋存条件进行了分析，得出火石咀煤矿的瓦斯赋存规律。

关键词：瓦斯，火石咀煤矿，赋存规律

1相关概况

矿井位于陕西彬县县城西北约4km处，目前为生产矿井，生产能力为3.0Mt/a。本矿井共划分为一个采区，该区南北长约5km，东西宽约6.5m，面积约30km2。4-2煤层是本区内唯一有工业价值的可采煤层，厚度在0.96～12.57m之间，平均7.54m。在煤田各勘查阶段，一共在13个孔对4-2煤层进行了瓦斯含量测试。在井下，对210处进行了瓦斯采样测试，火石咀煤矿瓦斯含量较低。

2地层

区域地层简述如下：

（1）三叠系上统胡家村组：含煤地层的沉积基底，岩性为灰～灰绿色泥岩，浅灰色中、细粒砂岩。

（2）侏罗系下统富县组：属残积相和冲积相沉积，区内未见出露，除西北部外均有分布。厚度0～39.96m，平均10.97m。岩性上部以紫杂色铝土质泥岩、泥质粉砂岩为主，含鲕粒，团块状。下部为浅灰色中、细粒长石石英砂岩。与下伏地层呈假整合接触。

（3）侏罗系中统延安组：本区含煤地层，冲积～沼泽相沉积，全区分布，地表无露头。厚度15.0～123.67m，平均83.70m。区内呈西薄东厚，波谷厚，波峰薄变化规律，波谷中发育达100m以上，隆起顶部仅厚15.0m。与下伏地层呈假整合接触

（4）侏罗系中统直罗组：区内未见出露，为冲积相沉积。厚度17.06～52.60m，平均29.53m。岩性以灰白色中、粗粒长石石英砂岩为主。上部夹紫红色、紫杂色泥岩。与下伏地层假整合接触。

（5）侏罗系中统安定组：区内未见出露，全区分布，为一套干旱气候条件下的洪积相沉积。厚度41.60～104.27m，平均78.29m。岩性上部以紫红色、灰绿色泥岩、砂质泥岩为主。下部以紫灰色、紫红色中、粗粒砂岩为主。与下伏地层整合接触。

（6）白垩系下统宜君组：全区分布，仅出露于泾河两岸及各支沟沟口，厚度30.75～42.90m，平均35.89m。岩性为杂色砾岩，砾径大小不一，成分多为石英、燧石、灰岩等。

（7）白垩系下统洛河组：全区分布，仅出露于泾河及其支沟中。厚度83.30～248.95m，平均188.45m。岩性为浅棕红色巨厚层状中粗粒长石石英砂岩。

（8）新近系上新统小章沟组：全区分布，出露于泾河两岸及支沟沟脑一带。属河湖相沉积。据填图资料，厚度一般15m左右。其岩性为一砂砾层夹砂质粘土。

（9）第四系中下更新统：出露于各沟沟谷中，岩性为浅棕红色黄土，夹多层古土壤层及钙质结核层，厚度0～92.61m。

（10）第四系上更新统马兰组：主要覆盖于山梁、山坡地带。岩性为浅灰色亚粘土、亚砂土，具孔隙，垂直节理发育。厚度0～15m。

（11）第四系全新统：主要分布于泾河两岸及各沟谷中，冲洪积层沉积。岩性下部为砂砾石层，分选性极差，粒径大小不一，上部以灰黄色亚沙土、沙土为主，厚度0～10m。

3地质构造

矿井位于大佛寺向斜东部，为一倾向北西的单斜构造，倾角4～6°，在此基础上发育了西部隆起和中部的弧形波谷。1、弧形波谷：由于受到西部隆起的影响，在4-2煤层沉积以前，形成了以31、210、161、GP8、GP4、GP2、16号钻孔连线为轴的弧形波谷。本波谷极不对称，东北较缓，南部较陡，因而有利于泥炭的大量沉积，形成了现在可采的4-2煤层。2、西部隆起：以21号钻孔为中心，东西长约2km，南北宽约1.3km，从4-2煤层底板等高线上可以看出，北陡南缓，成煤时由于它的存在，影响了泥炭的沉积，形成了无煤区。

4矿井瓦斯赋存规律

（1）煤层厚度对瓦斯赋存的影响

煤层既是生气层，也是储集层，在相同的保存条件下，一般厚煤层较薄煤瓦斯含量高。根据井下210处瓦斯测试资料，区内瓦斯含量与煤层厚度间表现出微弱的相关性，即随着煤层厚度的总体增大，瓦斯含量有缓慢增大的趋势，但这种相关性可能因其他因素的影响表现得不十分显著。

（2）煤层埋深及上覆基岩厚度对瓦斯赋存的影响

总体来看，本矿煤层埋藏较深，煤层上覆基岩厚度较厚，变化不大，埋深和上覆基岩厚度总的变化规律是矿井东、西及南部埋深较浅，向北部变深。目前生产区域集中于煤田的中南部、煤层埋深比较浅的区域，煤层瓦斯涌出量较小且变化不大，但从测得回采工作面瓦斯绝对涌出量上讲，随着煤层深度加深而变大，煤层瓦斯涌出量会略有增大。

（3）顶底板岩性对瓦斯赋存的影响

火石咀煤矿主要可采煤层4-2煤层直接顶板以细粒砂岩、粉砂岩为主，个别钻孔为粗粒砂岩、中粒砂岩、泥岩、砂质泥岩。在GP1、GP9、160三个钻孔出现伪顶，厚度0.37—0.5m，煤层伪顶随煤层开采而垮落。煤层的直接顶板大部分为砂岩，且透气性差的泥岩厚度不大，煤系上覆基岩不致密，透气性好，不利于煤层瓦斯的赋存。

煤层底板虽然多为砂质泥岩或粉砂岩，但厚度不大，煤系下伏基岩不致密，透气性能好，不利于煤层瓦斯的储存。总体来说，煤层的顶底板岩性不利于煤层瓦斯的保存。

（4）断层、褶皱构造对瓦斯赋存的影响

火石咀煤矿位于大佛寺向斜的东部以及彬县背斜的北部，为一倾向北西的单斜构造，断裂构造极不发育，在大佛寺向斜的基础上发育了西部隆起和中部弧形波谷。瓦斯的赋存及其变化特点主要受褶曲分布的控制和影响。

①弧形波谷对瓦斯赋存的影响：从8612号工作面煤层底板标高和回采瓦斯绝对涌出量

变化来看，煤层底板标高和瓦斯绝对涌出量存在着反向变化的特点，即煤层底板标高增高，瓦斯绝对涌出量减少，煤层底板标高降低，瓦斯绝对涌出量增大。

②西部隆起对瓦斯赋存的影响：火石咀煤矿的8714、8712、8710、8708、8612、8603、8512、8510、8508、8506等工作面的展布方向为近东西向，由北至南排列。8612和8603工作面的瓦斯绝对涌出量最大值为2007年7月的数值，靠近大佛寺向斜弧形波谷的轴部，向西方向逐步减少。这些工作面的绝对瓦斯涌出量呈现由北至南逐渐减少的趋势，即越靠近彬县背斜绝对瓦斯涌出量越小。

综上所述，火石咀煤矿向斜的弧形波谷区域瓦斯赋存量较大，而西部隆起部位瓦斯赋存量较小。同时靠近大佛寺向斜轴部瓦斯含量明显高于靠近彬县背斜轴部的瓦斯含量。

5结论

影响火石咀煤矿瓦斯赋存的主要因素为褶曲构造。瓦斯涌出量相对较大（绝对涌出量大于2m3/min）的区域主要分布在矿井北部的弧形波谷内，其和大佛寺向斜展布方向基本一致，而且越靠近向斜轴部，越有增大的趋势（预测绝对涌出量大于3m3/min），沿着弧形波谷轴部，向两侧瓦斯涌出量依次递减。这说明向斜有利于瓦斯的储存，是良好的储气构造。矿井北部（即靠近大佛寺向斜轴部）明显比矿井南部（彬县背斜）的瓦斯含量高。矿井绝对瓦斯涌出量低的地方主要分布在煤田的南部，和彬县背斜展布的方向基本一致，这说明背斜构造不利于瓦斯的赋集。

参考文献：

[1]中国煤田地质总局，鄂尔多斯盆地聚煤规律及煤炭资源评价，煤炭工业出版社.

[2]王大曾.瓦斯地质[M].北京：煤炭工业出版社，1992.

[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.