瓦斯涌出量除了与开采深度、开采强度、开采顺序及采煤方法等因素密切相关以外,地质构造也是控制瓦斯涌出在水平方向上变化的主导因素,不同的构造形式成为瓦斯运移、赋存的先决条件。
鹤壁煤电公司三矿井田煤的变质程度,顶底板岩性及煤层厚度基本一致,井田内影响瓦斯分带的主要因素是断层。根据断层的力学性质,断层与基岩面的连通情况,断层带充填特征以及煤层与另一盘接触的岩石性质,可将断层分为开放性断层和封闭性断层两类。
1开放性断层
开放性断层,是指具有较好的透气性,便于瓦斯排放的断层。
1.1对接型
在靠近井田北部边界的Ｆ3202断层,在北翼2414工作面一带表现为开放性断层。F3202断层在此处落差38ｍ,倾角70°,倾向NW,二1煤层与对盘C3L8灰岩相连,见图1,断层附近瓦斯涌出量较低,而在煤层埋深基本不变的情况下,离断层较远处的瓦斯涌出量明显增高,见表1。
类似F3202断层,对接排放瓦斯的还有F19断层,该断层在二水平井底车场一带落差36ｍ,倾向NW。上盘二1煤与C3L8灰岩相连,见图2。煤层中瓦斯通过断层向灰岩中运移释放,在此附近清煤斜巷穿煤层掘进时,瓦斯涌出量较周围低。
1.2 垂直型
井田内发育的小断层,有一些属于垂直排放瓦斯的情况,这些小规模开放性断层,大都是高角度走向正断层(倾角70°以上,断层走向与煤层走向接近)。
位于三水平北翼的3006工作面,在回采时揭露1条落差6ｍ的高角度走向正断层,倾角70°,走向Ｎ30°Ｗ,倾向ＮＥ,几乎纵切整个工作面。通过对实际资料的分析,发现断层附近瓦斯涌出量与断层落差成反比关系。随着断层落差增大,瓦斯涌出量减小,反之则增大,二者的关系如表2所示。
由此得出,受垂直排放瓦斯的开放性断层的影响,煤层中瓦斯分布有以下规律:断层落差最大的地方瓦斯最小,断层两尖灭端瓦斯最大。通过对井田内小规模开放性断层的统计,大多数断层在不同程度上反映了这一规律。
2.封闭性断层
封闭性断层是指透气性差,不利于瓦斯排放的断层,大量的实际资料表明,在封闭性断层附近,瓦斯涌出量明显增大。
位于三矿南翼的Ｆ3302断层,走向Ｎ35°Ｅ,断层落差20ｍ,倾向ＳＥ,在开采过程中,靠近断层处瓦斯有增大趋势,以3106工作面的瓦斯涌出量资料来说明这一问题(表3)。
井田内发育的低角度小断层多属于封闭性的,这些小规模封闭性断层对瓦斯分布的影响同样符合断层附近瓦斯大,远离断层瓦斯小的规律。例如二水平的2123工作面,在工作面周围有大小数条断层,落差分别为7 9～3 3ｍ不等,倾角30°～42°,2123工作面在掘进过程中瓦斯相对涌出量比邻近地区显著增大。
3.断层对瓦斯分布影响的原因分析
开放性断层由于断层倾角大,断层带充填物胶结性差,透气性好,这就为瓦斯的运移创造了条件,但瓦斯运移的结果是释放还是富集还决定于断层的落差。如果上盘二1煤层与下盘Ｃ3Ｌ8灰岩相连,而Ｃ3Ｌ8灰岩是本地区主要含水层之一,岩溶裂隙较为发育,且连通性好,便为煤层中瓦斯的排放提供了良好的通道。
在断层落差较小的情况下,由于该井田二1煤直接顶板为砂质泥岩,透气性差,而其上部的Ｓ10砂岩颗粒较粗,透气性较好,并且厚度大,如果断层完全破坏煤层直接顶板,那么煤层中的瓦斯必然通过断层进入砂岩向周围扩散释放。但是,在断层尖灭处,两盘相对位移很小,或者仅对煤层原生结构造成一些破坏,在这些部位就不具备瓦斯释放条件。
从构造应力角度分析,断层尖灭处,在地应力的作用下,煤体内的吸着瓦斯将有一部分转化为游离瓦斯,同时破碎的煤层又为游离瓦斯的赋存提供了空间。所以在开采过程中断层尖灭处的瓦斯涌出量要比中部高一些,封闭性断层引起瓦斯增大的原因与开放性断层在尖灭处瓦斯涌出量高的原因相同。
