４０地質構造對告成井田
瓦斯分布的控制作用分析
翟華（鄭州煤業（集團）有限責任公司通風處，河南新密４５２３７１）
摘要：通過對登封煤田區域地質構造演化及告成井田地質構造特徵的研究，分析不同地質時代構造應力場，特別是滑動構造運動所形成的構造形跡；
結果表明：區域地質構造對瓦斯賦存及突出分布具有控制作用，滑動構造造成
告成井田瓦斯賦存和煤與瓦斯突出分布的複雜性。針對告成並田二１煤層高分
散相、高吸附效能、低強度、低透氣性的特點，除採取一般的抽放、卸壓、疏
放等技術手段外，還必須走科研攻關之路。
關鍵詞：地質構造，二１煤層；瓦斯賦存；煤與瓦斯突出
ｏ引言告成並田位於河南省登封煤田東北部，北起告ｆ５斷層，南至告ｆ２斷層，東起一ｌ煤層露頭線，西至二１煤層一６００ｍ水平，如圖１所示。南北長為１０妯，東西寬為３．５ｈ，面積約３５肼。告成煤礦始建於１９９２年，１９９９年正式投產，礦井設計生產能力為９０萬
翟華：地質構造對告成井田瓦斯分布的控制作用分析４ｌ
ｌ／ａ，主採煤層為二疊系山西組二，煤層，為煤與瓦斯突出礦井。受不同地質歷史時期構造運動的影響，特別是燕山期末滑動構造的影響，井田地質構造具有特殊性，分析地質構造對井田瓦斯分布的控制規律，對礦井瓦斯綜合治理具有一定的指導意義。
１含煤地層
告成井田主要含煤地層賦存於石炭系太原組和二疊系山西組，含煤地層總厚度為７０５．５５ｍ，含煤２０層，煤層厚度為１１．８２ｍ，含煤係數為１．６８％。由石炭系到二疊系共含煤９組。一煤組賦存於石炭系，含煤９層，其中一ｌ煤層大面積可採，厚度為ｏ。
５．８８ｍ，平均為１．１７ｍ，上距二１煤層７３ｍ。二煤組賦存於二疊系下統山西組，含煤３層，其中二ｌ煤層是井田的主要可採煤層，普遍發育，煤層厚度為０。１８．２３ｍ，平均為４．８６ｍ。
２地質構造
２．１區域構造演化
登封煤田是豫西煤田的重要組成部分，位於崑崙一秦嶺緯向構造帶的北支東段，北依嵩山南臨萁山，基本形態為一（穎陽一蘆店）向斜構造。嵩山、萁山和穎陽一蘆店向斜大致呈東西走向，向斜南翼寬、北翼窄，呈不對稱型。構造形成於印支晚期至燕山晚期秦嶺造山帶隆起的推擠作用，受其作用形成了東西向褶皺軸（嵩山、萁山），以及相平行的斷裂，如月灣、夏店等高角度正斷層等，其中月灣斷層規模較大，構成煤田的北部邊界。
按照構造形跡的組合關係和成生序次，該期構造是區內一級控制構造。
煤田斷裂較發育，次級褶曲不甚發育。除東西向展布的月灣斷層等一系列先期斷裂構造外，北西向和北東向斷裂構造也十分發育。煤田南翼以北東向斷裂為主。
王屯、玉皇池、石淙河等正斷層層面均向北傾，依次南公升北降呈階梯狀展布。北西向斷裂把煤田斜截成幾段，郭小寨、五指嶺、嵩山及紙坊斷層等，北東盤依次向北西方向左行平移，致使煤田由東西向變成北東走向。北西向、北東向構造是同期的共扼斷裂，從東西向的褶皺、斷裂被北西向的斷裂所切割的事實說明，東西向的構造在先，北西向構造在後。
對各期構造形跡進行力學分析可知，印支晚期至燕山期存在著兩次既有聯絡而又有所不同的應力場，前期應力場與形成崑崙一秦嶺緯向構造幫一致，主要是南北向擠壓，受其作用形成了東西向壓性褶皺軸以及與其相平行的斷裂，同時還伴生有北西向、北東向共扼扭性斷裂；也就是說，東西向與北西、北東向構造是同一應力場作用下的產物，只是先後有別。晚白堊世以後，受華北陸塊板塊運動影響，聯合造山後的鬆弛作用，擠壓被拉張所取代，煤田內的壓扭性斷裂變為張扭性斷裂。另外，燕山期末至喜山期形成的蘆店滑動構造屬於該構造應力場作用的結果。
蘆店滑動構造西起煤田東部的蘆店勘探區與告成井田，向東一直延伸到新密煤田東南部的大隗鎮以南，東西長約４２ｌ【ｉｎ，南北寬約１～８‰，面積達２６４ｋｍ２，滑動地層達千公尺以上，規模比較大。對煤炭資源的賦存和開發都有很大的影響。滑動構造不是～個
４２瓦斯地質理論與實踐
簡單的低緩傾角正斷層，而是在區域構造控制下受重力作用而形成的大型複雜構造。２．２井田主要地質構造
告成井田位於穎陽～蘆店向斜的東段南翼，受區域構造的控制與影響，其地質構造具有兩個特點：～是因處於北西向的嵩山與五指嶺平移斷層之間，地層呈北東走向：二是因位於蘆店滑動構造西部，井田大部分受滑動構造影響。
滑動構造是在特定的條件下受重力作用的結果。在拖拉下滑的過程中，上盤地層破碎分離呈斷塊狀，下盤地層被切蝕，當切蝕到二，煤層附近時，即大體沿其上部向下滑動。在滑動過程中，上下盤直接接觸部位的岩石在相互碰撞、擠壓、揉搓中脫離母岩，形成混雜的構造巖（即斷裂帶）；相鄰的岩石也受到一定的影響，一般來說距離越近受的影響也越大，根據受影響的程度分別定為破碎帶或裂隙帶。
斷裂帶和破碎帶合稱為滑動構造破碎帶，加上裂隙帶稱之為滑動構造帶。滑動構造帶的厚度變化較大，中淺部次滑面發育，滑程大，厚度也比較大，向深部逐漸變小。滑動構造是控制井田的主體構造，另有數量較多的小型斷裂、褶曲發育。
地質構造對瓦斯分布的控制
３．１區域構造的控制
從區域構造的演化過程分析，印支晚期至燕山晚期秦嶺造山帶隆起的推擠作用，該期構造使登封煤田遭受強烈擠壓、剪下破壞。受北西、北東向構造運動的影響，使煤層再次遭受強烈破壞…。在同一應力場作用下，原始煤層的組織結構和賦存狀態受到受到兩次強烈的破壞，形成了初期的構造煤。
擠壓、剪下應力作用下的構造形跡和構造組合起到了儲存和封閉瓦斯的作用；登封煤田基本形態為一（穎陽一蘆店）向斜構造，不利於瓦斯逸散，故登封煤田二１煤層多具有突出危險性。告成井田位於向斜構造的東段南翼，地層較緩，更利於瓦斯儲存，這造成告成井田煤層瓦斯含量高（平均為具有煤與瓦斯突出危險性。
３．２滑動構造的控制
３．２．１煤厚變化對瓦斯賦存的影響
在井田範圍內，二１煤層的分布面積約為３０ｋｍ２，其中滑動構造的覆蓋面積達２７ｋｍ２；未受滑動構造影響的面積僅３ｋｍ２。滑動構造的主滑面沿著二ｌ煤層上部通過，受其鏟蝕和推擠的影響，煤層厚度變化大，煤層厚度突變點較多，出現了１２塊無煤帶和不可採帶，合計面積達２ｋｍ２之多，佔二，煤層分布面積的６．７％；煤厚兩極值為０—１８．２３ｍ，出現了零點、不可採點和特厚點。因煤層厚度的差異性，井田內分布有規模不等、數量較多的煤包，煤包往往是瓦斯的富集區。
告成礦２１０２ｌ掘進工作面有煤與瓦斯突出動力現象，根據揭露和探測情況，該區域平均每掘進３０一５０ｍ，煤厚劇變一次，瓦斯賦存極不穩定，經工作面突出危險性**，ｒ值最高達２０以上。
３．２．２煤層物理性質變異對瓦斯賦存的影響
受滑動構造的壓擠、剪下和揉搓應力的作用，先期構造運動所形成的構造煤，再次遭受強烈破壞，呈現塑性變形特徵，滑面、摩擦鏡面及擦痕十分發育，且往往呈交錯
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狀，煤質鬆軟易碎，呈粉末狀或鱗片狀，６５％以上為糜稜煤，廠值僅為ｏ．１４，按其破壞程度，屬典型的ⅳ、ｖ類煤。煤層結構緻密，透氣性係數為屬低透氣性煤層。據煤炭科學研究總院重慶分院測定，煤層瓦斯放散指標△ｐ達２４～３０。
在構造應力的作用下，告成井田二ｌ煤層物理性質發生劇烈變異，呈現出高分散相、高吸附效能、低強度、低透氣性的特點，屬典型的構造軟煤，具備了發生煤與瓦斯突出的物質基礎。
３。２。３滑動構造帶對瓦斯賦存的影響
二１煤層頂板分為正常頂板區和構造巖頂板區。正常頂板區包括兩部分：一是沿煤層露頭一帶井田的淺部未受滑動構造的影響，面積約３ｋｍ２，佔二１煤層分布面積的１０％；二是滑動構造滑面上翹而儲存有煤層原生頂板的部分，分布於井田中部，面積約５．５ｋｍ２，佔二１煤層分布面積的１８．３％，二者共計８．５ｋｍ２，佔二１煤層分布面積的２８．３％。
正常頂板為深灰色細（大佔）砂岩，區域性相變為粉沙巖或砂質泥岩，滑動構造下區域性儲存的原生頂板厚度為一般厚度為６．６ｍ。在井田的中部，分布有原生的頂板砂岩；在井田的中北部，煤層頂板由原生的頂板泥岩、砂質泥岩和破碎的砂岩構成。構造巖頂板區即二１煤層直接頂板為滑動構造斷裂帶，大多為斷層泥或斷層角礫岩，面積達２１．５ｋｍ２，佔二１煤層分布面積的７１．７％。
滑動構造是井田的主體構造，它對瓦斯的賦存起著控制作用。在構造運動過程中，由於滑動構造帶的存在，使瓦斯沿構造帶垂向逸散，減少了煤層瓦斯含量。滑動構造形成後，構造破碎帶多為泥質膠結，成為斷層角礫岩和斷層泥，起到了封閉瓦斯的作用。
滑動構造為平緩複式斷裂構造，推覆、切割了早期形成的廣為發育的斷裂構造，封閉了瓦斯逸散通道，而且，構造的復合作用加劇了應力集中。滑動構造帶的分布是不均勻的，其厚度、破碎程度及膠結物的差異，對瓦斯的影響也不盡相同。在礦井北翼一１００ｍ水平以上的部分區域，滑動構造活動劇烈，構造帶直接與上賦含水層溝通，加上次生構造的影響，頂板淋水，裂隙發育，形成了瓦斯向頂部的流動通道。
該區域的採面瓦斯湧出量均不超過在井田的中、北部，部分地段保留有原生頂板，有利於瓦斯相對富集，蘊含煤與瓦斯突出危險性。礦井投產初期回採的工作面，頂板多為原生砂質泥岩，掘進過程中曾發生１５次瓦斯湧出異常，其中有３次被定性為瓦斯動力現象，回採期間瓦斯經常超限。２１０２ｌ工作面斷裂構造十分發育，２００４年１月１５日，該工作面下順槽發生一次煤與瓦斯突出。
滑動構造的形成是乙個複雜的區域地質運動過程，上賦地層滑拖行程、速度、層間互動位移以及對煤層的鏟蝕程度具有差異性，這也決定了煤層瓦斯賦存的不穩定性。同樣是構造巖頂板，但瓦斯逸散條件卻有區別，這也與滑面下切時，巖煤接觸面的岩性、力學性質及接觸時間有關。通過在現有開拓巷道內，對不同標高水平的煤層進行測定，瓦斯壓力由淺及深不呈梯度增加，在一１６０ｍ水平施工測壓孔時，發生噴孔、頂鑽等情況，測得瓦斯壓力為１．１ｍ氏；一２４０ｍ水平施工測壓鑽孔無異常情況發生，孔口瓦斯不足１％，測不出瓦斯壓力。
此種情況充分說明了告成井田瓦斯賦存和突出分布的複雜性。
瓦斯地質理論與實踐
４瓦斯綜合治理建議
４．１採掘工作面實行中高壓注水
因煤層極度鬆軟，其屈服載荷相對異類煤層要小得多，在瓦斯和應力作用下，易發生突出。優化煤層注水相關引數，實行中高壓注水，增加煤體水分，可改變煤體的物理力學性質，降低彈性模量，增強煤體的塑性，使應力分布變得均勻，在採掘過程中，煤的彈性能得以緩慢釋放；水的表面張力可阻止煤體瓦斯由吸附狀態擴散到裂隙和採掘空間，減少瓦斯湧出；在注水作用下，煤體發生有控制的動態流變，耗散瓦斯膨脹能和應力，使應力集中區前移。
４．２開闢區域防突之路
可考慮首先開採一，煤，作為二。煤層遠距離保護層，使二。煤層透氣性結構充分發育，透氣性能增加數百倍以上，通過採取強有力的瓦斯抽放措施，可消除二ｌ煤層的突出危險陛，解放礦井生產力。
但是，針對一１煤層的開採，要充分考慮水害的威脅，必須進行必要的技術論證。另外，也可考慮在二ｉ煤層底板施工預抽巷道，對二１煤層實行高密度穿層鑽孔抽放措施。
［１］張子敏．中國華北地區煤層瓦斯形成和分布的地質背景．張子戌，張子敏，羅開順．瓦斯地質新進展．鄭州：河南科學技術出版社，２００１．
作者簡介：翟華，１９６６年出生，男，河南杞縣人，工程師，從事礦井煤田地質的研究工作。
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