瓦斯涌出量除了與開采深度、開采強度、開采順序及采煤方法等因素密切相關以外,地質構造也是控制瓦斯涌出在水平方向上變化的主導因素,不同的構造形式成為瓦斯運移、賦存的先決條件。
鶴壁煤電公司三礦井田煤的變質程度,頂底板巖性及煤層厚度基本一致,井田內影響瓦斯分帶的主要因素是斷層。根據斷層的力學性質,斷層與基巖面的連通情況,斷層帶充填特征以及煤層與另一盤接觸的巖石性質,可將斷層分為開放性斷層和封閉性斷層兩類。
1開放性斷層
開放性斷層,是指具有較好的透氣性,便于瓦斯排放的斷層。
1.1對接型
在靠近井田北部邊界的Ｆ3202斷層,在北翼2414工作面一帶表現為開放性斷層。F3202斷層在此處落差38ｍ,傾角70°,傾向NW,二1煤層與對盤C3L8灰巖相連,見圖1,斷層附近瓦斯涌出量較低,而在煤層埋深基本不變的情況下,離斷層較遠處的瓦斯涌出量明顯增高,見表1。
類似F3202斷層,對接排放瓦斯的還有F19斷層,該斷層在二水平井底車場一帶落差36ｍ,傾向NW。上盤二1煤與C3L8灰巖相連,見圖2。煤層中瓦斯通過斷層向灰巖中運移釋放,在此附近清煤斜巷穿煤層掘進時,瓦斯涌出量較周圍低。
1.2 垂直型
井田內發育的小斷層,有一些屬于垂直排放瓦斯的情況,這些小規模開放性斷層,大都是高角度走向正斷層(傾角70°以上,斷層走向與煤層走向接近)。
位于三水平北翼的3006工作面,在回采時揭露1條落差6ｍ的高角度走向正斷層,傾角70°,走向Ｎ30°Ｗ,傾向ＮＥ,幾乎縱切整個工作面。通過對實際資料的分析,發現斷層附近瓦斯涌出量與斷層落差成反比關系。隨著斷層落差增大,瓦斯涌出量減小,反之則增大,二者的關系如表2所示。
由此得出,受垂直排放瓦斯的開放性斷層的影響,煤層中瓦斯分布有以下規律:斷層落差最大的地方瓦斯最小,斷層兩尖滅端瓦斯最大。通過對井田內小規模開放性斷層的統計,大多數斷層在不同程度上反映了這一規律。
2.封閉性斷層
封閉性斷層是指透氣性差,不利于瓦斯排放的斷層,大量的實際資料表明,在封閉性斷層附近,瓦斯涌出量明顯增大。
位于三礦南翼的Ｆ3302斷層,走向Ｎ35°Ｅ,斷層落差20ｍ,傾向ＳＥ,在開采過程中,靠近斷層處瓦斯有增大趨勢,以3106工作面的瓦斯涌出量資料來說明這一問題(表3)。
井田內發育的低角度小斷層多屬于封閉性的,這些小規模封閉性斷層對瓦斯分布的影響同樣符合斷層附近瓦斯大,遠離斷層瓦斯小的規律。例如二水平的2123工作面,在工作面周圍有大小數條斷層,落差分別為7 9～3 3ｍ不等,傾角30°～42°,2123工作面在掘進過程中瓦斯相對涌出量比鄰近地區顯著增大。
3.斷層對瓦斯分布影響的原因分析
開放性斷層由于斷層傾角大,斷層帶充填物膠結性差,透氣性好,這就為瓦斯的運移創造了條件,但瓦斯運移的結果是釋放還是富集還決定于斷層的落差。如果上盤二1煤層與下盤Ｃ3Ｌ8灰巖相連,而Ｃ3Ｌ8灰巖是本地區主要含水層之一,巖溶裂隙較為發育,且連通性好,便為煤層中瓦斯的排放提供了良好的通道。
在斷層落差較小的情況下,由于該井田二1煤直接頂板為砂質泥巖,透氣性差,而其上部的Ｓ10砂巖顆粒較粗,透氣性較好,并且厚度大,如果斷層完全破壞煤層直接頂板,那么煤層中的瓦斯必然通過斷層進入砂巖向周圍擴散釋放。但是,在斷層尖滅處,兩盤相對位移很小,或者僅對煤層原生結構造成一些破壞,在這些部位就不具備瓦斯釋放條件。
從構造應力角度分析,斷層尖滅處,在地應力的作用下,煤體內的吸著瓦斯將有一部分轉化為游離瓦斯,同時破碎的煤層又為游離瓦斯的賦存提供了空間。所以在開采過程中斷層尖滅處的瓦斯涌出量要比中部高一些,封閉性斷層引起瓦斯增大的原因與開放性斷層在尖滅處瓦斯涌出量高的原因相同。
