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 康付如1，2  馬  曙1，2  韓真理1，2  羅  勇1，2

 （1．貴州省礦山安全科學(xué)研究院，貴州省貴陽市，550025；2．貴州省煤礦瓦斯防治工程技術(shù)研究中心，貴州省貴陽市，550025）

摘  要  為探明貴州煤礦區(qū)大、中型斷層對瓦斯賦存的影響規(guī)律，研究了貴州典型礦井同一煤層埋深相近情況下大、中型斷層對附近100 m范圍內(nèi)瓦斯含量的影響情況。研究結(jié)果表明：距大、中型封閉性斷層100 m范圍內(nèi)，斷層使瓦斯含量平均增加42%，距斷層越近，斷層落差越大，斷層對瓦斯含量的影響越明顯。開放性斷層使瓦斯含量平均降低31%，多半斷層可使瓦斯含量降低50%以上。復(fù)合斷層對附近瓦斯含量的影響較為復(fù)雜，對同一鉆孔不同煤層或受同一斷層控制的不同鉆孔的影響差別很大。

關(guān)鍵詞  貴州煤礦區(qū)  大、中型斷層  瓦斯含量  影響系數(shù)中圖分類號  TD712.2  

 煤層中瓦斯的保存狀況主要取決于瓦斯向地表的運移條件和煤層儲存瓦斯的性能，而這方面的主要影響因素是煤層的埋藏地質(zhì)條件，即地質(zhì)構(gòu)造。封閉性地質(zhì)構(gòu)造有利于封存瓦斯，開放性地質(zhì)構(gòu)造有利于瓦斯逸散。國內(nèi)外研究表明，煤與瓦斯突出多發(fā)生在沿著斷層強烈變形的區(qū)域。斷層力學(xué)性質(zhì)不同，對瓦斯賦存的控制作用也不同，封閉性斷層（壓性、壓扭性和不導(dǎo)水性斷層）與煤層接觸的對盤巖層透氣性低時，可以阻止煤層瓦斯的排放，在這種條件下，煤層具有較高的瓦斯含量。開放型斷層（張性、張扭性和導(dǎo)水性斷層）不論是否與地表連通，都會使斷層兩盤一定范圍內(nèi)的煤層瓦斯含量降低，如果與煤層接觸的對盤巖層透氣性較好，煤層瓦斯含量降低幅度會更大。瓦斯賦存規(guī)律認識不清，是導(dǎo)致瓦斯突出災(zāi)害頻發(fā)的根本原因。因此，研究斷層帶內(nèi)煤層瓦斯賦存特征對于開展礦井瓦斯綜合防治，保障煤礦安全高效生產(chǎn)具有重要意義。

 貴州煤田地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層多，如水城礦區(qū)汪家寨煤礦井田內(nèi)斷層密度達到188條/km2。由于斷層形態(tài)和地層條件各異，其對瓦斯的控制也各有不同。統(tǒng)計貴州典型礦區(qū)11個井田576組鉆孔的地勘瓦斯含量、埋深、與附近大中型斷層距離及斷層的基本性質(zhì)，通過分析大型斷層(落差大于30 m)和中型斷層（落差大于煤厚且小于30 m）與附近瓦斯含量的關(guān)系，研究貴州煤礦區(qū)大、中型斷層對附近瓦斯賦存的影響規(guī)律。本文中斷層對瓦斯含量的影響系數(shù)指在煤層、構(gòu)造單元、埋深相同或相近的情況下斷層因素對瓦斯含量的影響系數(shù)，用斷層附近（100 m范圍內(nèi)）某一瓦斯含量與平均瓦斯含量的比值表示，其中平均瓦斯含量為不受斷層影響的瓦斯含量平均值。

1  封閉性斷層對瓦斯含量的影響

 貴州煤層頂?shù)装鍘r性多以含泥性較高的巖性為主，瓦斯封存條件較好，據(jù)統(tǒng)計，貴州地區(qū)分布的斷層多為封閉性斷層。封閉性斷層對附近瓦斯含量的影響如圖1和圖2所示。

 由圖1和圖2可知，統(tǒng)計數(shù)據(jù)中有59組封閉性斷層對附近瓦斯含量的影響系數(shù)，其中斷層使附近瓦斯含量增加的數(shù)據(jù)占90%。封閉性斷層使附近瓦斯含量增加的數(shù)據(jù)中，斷層對附近瓦斯含量的影響系數(shù)在1. 01~2.12范圍內(nèi)，平均影響系數(shù)為1. 42。研究發(fā)現(xiàn)，距斷層100 m以內(nèi)，大型斷層對瓦斯含量的平均影響系數(shù)為1. 51，中型斷層對瓦斯含量的平均影響系數(shù)為1. 38，大、中型斷層對瓦斯含量的影響差異明顯。距離斷層0～50 m內(nèi)斷層對瓦斯含量的平均影響系數(shù)為1. 49，距離斷層50～100 m內(nèi)的平均影響系數(shù)為1.33。斷層對附近50 m以內(nèi)瓦斯含量的影響系數(shù)明顯比對附近50～100 m大。這是因為封閉性斷層落差越大，破碎帶構(gòu)造巖粒度越細，孔隙連通性越差，越有利于瓦斯的保存。距離斷層越近，應(yīng)力集中越明顯，越不利于瓦斯的運移，容易引起瓦斯的富集。

 由于煤層瓦斯含量與煤層圍巖條件、煤質(zhì)、煤厚等其他因素有關(guān)，剔除個別偏差較大的數(shù)據(jù)，斷層落差與影響系數(shù)的關(guān)系和斷層距鉆孔距離與影響系數(shù)的關(guān)系分別如圖3和圖4所示。其中，斷層落差相同時，取同一落差影響系數(shù)的平均值。落差為某一范圍時，落差取該范圍的平均值。鉆孔與斷層距離相同時，取同一距離影響系數(shù)的平均值。

由圖3可知，斷層對瓦斯含量影響系數(shù)具有隨落差增加而增大的趨勢，兩者之間相關(guān)系數(shù)R2為0. 86，相關(guān)性較好，符合線性規(guī)律y=0.007r+1. 193。由圖4斷層距鉆孔距離與影響系數(shù)的關(guān)系可知，斷層距鉆孔距離與影響系數(shù)呈負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R2為0. 75，相關(guān)程度較大，符合線性規(guī)律y=-0. 002x+1. 5247。

2  開放性斷層對瓦斯含量的影響

 開放性斷層帶內(nèi)巖石透氣性良好，是瓦斯運移的良好通道，不利于瓦斯的保存，其附近瓦斯含量通常低于平均瓦斯含量。開放性斷層對附近瓦斯含量的影響情況如表1所示。

 由表1可知，開放性斷層使附近瓦斯含量降低的比例為96%，斷層對附近100 m范圍內(nèi)瓦斯含量的影響系數(shù)為0. 32～0.98，平均影響系數(shù)為0. 69，即斷層使瓦斯含量平均降低31%。多數(shù)開放性斷層可使斷層附近瓦斯含量降低到原來的50%以下，降低幅度明顯。以青龍煤田為例，表1中青龍煤田距離F4斷層40 m、60 m、100 m處的鉆孔分別為ZK302、ZK602和ZK402。F4斷層淺部將ZK302、ZK602、ZK402鉆孔連續(xù)控制，除造成地層重復(fù)外，ZK302、ZK602、ZK402鉆孔在該斷層附近上下段表現(xiàn)出巖芯軸夾角發(fā)生大角度的變異及眾多擦痕面，瓦斯沿裂隙逸散，引起瓦斯含量降低。其中，18#煤層ZK602鉆孔的瓦斯含量降低到原來的35%。 、

從表1分析可知，開放性斷層距鉆孔距離、斷層落差與影響系數(shù)的關(guān)系不明顯。之所以造成這種現(xiàn)象，一方面是因為開放性斷層對附近瓦斯含量影響的數(shù)據(jù)偏少，不具有普遍性；另一方面，煤層瓦斯含量除了與斷層距離、斷層落差、埋深有關(guān)外，還受到斷層兩盤巖性、煤層圍巖條件、煤質(zhì)、煤厚等其它因素的影響，而且有些地質(zhì)因素對瓦斯含量的影響較大。

3  復(fù)合斷層對瓦斯含量的影響

 以往的研究表明，復(fù)合斷層的應(yīng)力場與單一斷層相差甚遠，在斷層間形成了影響區(qū)，影響區(qū)內(nèi)梯度大，分布復(fù)雜，且應(yīng)力集中的范圍和程度遠大于斷層的外端。

 由表2可知，復(fù)合斷層對附近瓦斯含量的影響系數(shù)為0. 49～1. 83，平均影響系數(shù)為1.07。使附近瓦斯含量增加和降低的比例分別為60%、40%，分別使瓦斯含量平均增加和降低35%和32%。復(fù)合斷層對附近瓦斯含量的影響較為復(fù)雜，比如文家壩煤礦F16 -1、F16斷層與1035鉆孔的距離分別為2m、20 m，復(fù)合斷層對6#、16#、27#和30#煤層1035鉆孔瓦斯含量的影響系數(shù)分別為1. 37、0. 52、1.73和0.88，對同一鉆孔不同煤層的影響系數(shù)差別較大，對瓦斯含量的影響既有封閉作用也有開放作用。F16 -1，F(xiàn)16斷層與1064鉆孔和1035鉆孔的距離分別為2 m、40 m和2m、20 m，對30#煤層1064鉆孔和1035鉆孔瓦斯含量的影響系數(shù)分別為1. 15和0.88，受相同復(fù)合斷層的影響，兩鉆孔瓦斯含量一個增加一個減少。在復(fù)合斷層影響區(qū)內(nèi)，復(fù)合斷層的相互作用與單一斷層應(yīng)力場相比產(chǎn)生了很大的變化。

 復(fù)合斷層對附近瓦斯含量的影響還要綜合考慮各斷層力學(xué)性質(zhì)、各斷層兩盤巖性、斷層埋深，煤層圍巖條件、煤厚等因素，進行具體分析。

4  結(jié)語

 (1)封閉性斷層和開放性斷層對附近瓦斯含量起到封閉作用和開放作用的概率分別為90%和96%。距大、中型封閉型斷層100 m范圍內(nèi)，斷層使瓦斯含量平均增加42%，個別增加100%以上，斷層距鉆孔距離與影響系數(shù)呈負相關(guān)，斷層落差與影響系數(shù)呈正相關(guān)。開放型斷層使附近瓦斯含量平均降低31%，但多數(shù)斷層可使瓦斯含量降低到原來的一半以下，降低幅度較大。  

  (2)復(fù)合斷層對附近瓦斯含量的影響較為復(fù)雜，對同一鉆孔不同煤層或受同一斷層控制的不同鉆孔的影響既有封閉作用又有開放作用，影響差別較大，與單一斷層影響相比產(chǎn)生了很大的變化。

 (3)分類研究了斷層對附近瓦斯含量的影響，可以為斷層附近瓦斯含量預(yù)測及瓦斯防治提供依據(jù)。此次研究未能綜合考慮斷層力學(xué)性質(zhì)、斷層兩盤巖性、煤層圍巖條件、煤厚等因素，有待在今后的研究中進一步完善。