论地质构造及其演化对煤和瓦斯突出的控制：以南桐矿区为例

本文在对南桐矿区地质构造与煤和瓦斯突出关系详细研究的基础上，论述了地质构造及其演化对煤和瓦斯突出的控制。主要结论有 ：（１）构造应力场具有主控作用；（２）构造演化造成了煤变质程度，煤体破坏程度和煤层瓦斯含量差异；（３）构造演化还造成了现今构造应力和瓦斯压力分布的差异；（４）地质构造及其演化控制煤和瓦斯突出的区域性分布。     

六枝煤矿区化处矿井煤层气资源特征初步分析

化处矿井是六枝煤矿区瓦斯突出严重的矿井之一。主要开采7煤层。煤体自上而下形成条带状、粒状“二层”结构,由于褶曲影响,在背斜轴部煤层较厚,轴部煤层瓦斯含量高迭25．3m^3／t。本文论述了本区煤层气赋存的地质因素和控制因素,以及资源量和开发前景。     

祁东井田地应力场特征及其对煤与瓦斯突出的影响

地应力是煤与瓦斯突出的重要动力,区域应力场是不同期次构造运动在该区域综合作用的具体体现。结合区域应力场和区域构造断块划分,研究了祁东井田应力场及其对煤与瓦斯突出的影响。结果表明:祁东井田最大、中间、最小主应力与煤层埋深呈正相关关系,且其最大主应力明显比位于华北地区的焦作中马村矿,平顶山一矿、六矿、八矿,以及华东地区的淮南潘一矿、谢一矿都大得多;祁东井田处在高应力区,地应力是9号煤层25次煤与瓦斯突出的主导因素;该井田东部地应力较集中,瓦斯含量大,煤与瓦斯突出危险性较大。      

褶皱构造控制煤层瓦斯的基本类型

褶皱构造控制煤层瓦斯的赋存为多数研究者所承认。但从目前统计资料分析,背斜和向斜特别是它们的轴部及其附近,既有煤层瓦斯含量较高、或者发生瓦斯涌出或发生煤与瓦斯突出的现象,也有煤层瓦斯含量较低或不发生瓦斯涌出或煤与瓦斯突出(以下简称突出)的现象。      

芙蓉矿区古构造应力场及其对煤与瓦斯突出控制的定量化研究

古构造应力场对芙蓉矿区煤与瓦斯突出起主控作用。本文采用煤镜质体有限应变分析、Etchecopar电算、共轭剪节理解析以及有限元模拟等方法对其作了定量化研究。结果表明:矿区现存构造是在最大主压应力方向分别为194°∠23°和145°∠29°的两期应力场作用下产生的,对应构造差应力分别为21MPa和23MPa,使全区各级构造呈北东向和东西向为主的复合叠加规律。这些不同构造型式对矿区煤层气赋存及煤与瓦斯突出具有不同的控制方式。     

重庆煤矿区瓦斯赋存特征及地质控制因素

突出了大区域构造背景下的瓦斯赋存分布特征及其控制因素研究。重庆煤矿区古今构造应力场具有继承性,煤系应力长期得不到松弛,形成含煤岩系的长期应力集中,十分利于瓦斯富集,致使煤与瓦斯突出主要发生在地质构造变动比较剧烈的应力集中区。含煤岩系沉积环境及构造应力场是控制重庆煤矿区瓦斯赋存的两大地质因素。龙潭组海湾-潮坪-沼泽/泥炭相沉积环境具有良好的封盖能力,瓦斯含量普遍较高;须家河组河流冲积平原、湖滨-三角洲沉积体系对瓦斯的封盖能力较弱,瓦斯含量普遍较低。厘定出南桐高突瓦斯带、华蓥山高突瓦斯带、永荣高瓦斯带、渝东南瓦斯带、渝东瓦斯带和大巴山高瓦斯带6个区域性瓦斯地质带。      

矿井瓦斯评价与预测的构造动力学方法

通过对矿井瓦斯赋存的构造控制、构造应力场演化及构造煤结构演化与瓦斯特性耦合机理的综合分析,认为当前在矿井瓦斯赋存、分布规律及突出危险区带的有效预测方面的研究还有待深入。在汲取前人研究成果的基础上,提出矿井瓦斯突出的构造动力学评价与预测的思路及方法,即以区域构造-矿井构造-煤层变形-构造煤结构-瓦斯特性及其相互作用机理分析为总体思路．将现代构造地质学理论和方法引入矿井构造研究,并与模糊综合评判、灰色系统、分形理论、数值模拟和计算机技术相结合,以揭示构造煤发育、分布规律及其构造动力学控制机理,系统进行不同类型构造煤瓦斯特性研究,探讨不同结构构造煤的含气性、透气性和气体赋存状态,以构造煤分布特征作为瓦斯突出危险性评价与预测的基础,建立矿井瓦斯突出预测预报的构造动力学评价方法体系。     

四川盆地富顺-永川地区五峰组—龙马溪组应力场模拟及裂缝发育区预测

岩石中构造裂缝主要受控于地层所处的区域构造应力场，地应力对油气的运移、成藏和分布有着重要的作用。通过应用ANSYS有限元数值模拟方法对四川盆地富顺-永川区块的五峰组-龙马溪组进行应力场模拟及分析研究、应用构造曲率法中的三点法对该层段页岩进行张裂缝发育情况预测研究、综合模拟结果与曲率计算数据对目的区域目的层段进行裂缝发育强度综合预测研究，结果表明富顺-永川区块五峰组-龙马溪组应力高值沿背斜走向分布的规律明显，研究区的东部及西南部的背斜应力值较其他区域背斜高；曲率高值沿背斜走向分布的规律明显，研究区东部及西南部背斜曲率值较其他区域背斜高；在现今应力的作用下，研究区背斜处裂缝发育程度较高，向斜处裂缝发育程度较低，研究区东部及西南部背斜裂缝发育程度较其他区域高。      

贵州省织金县戴家田井田构造对瓦斯赋存的控制作用

为了揭示戴家田井田瓦斯赋存规律及构造对瓦斯赋存的控制作用,基于井田瓦斯地质资料与区域构造特征及其演化,分析了构造及其演化对瓦斯赋存的影响。研究表明:戴家田井田瓦斯赋存严格受构造控制,其构造形态是一个轴向SW向的不对称向斜,北西翼宽缓,倾角9°~34°,发育一组共9条断层,且切割含煤地层,次一级褶曲宽缓且波幅很小;而南东翼陡峭,一般倾角为12°~51°,其受三组断层严重破坏,断层极发育,构造复杂,致使瓦斯赋存条件由轴部到两翼逐渐变差且北西翼好于南东翼。     

潘集矿区煤层层滑构造特征及其与潘集背斜的关系

通过对潘集矿区构造特征及矿区构造应力场分析,对潘集背斜两翼的潘北井田和潘一井田中的层滑构造进行研究,将矿区分为10个主层滑区及29个层滑亚区。研究结果显示:矿区层滑构造的产生与南北向主应力场及大型断裂所构建的局部应力场密切相关;层滑构造导致矿区形成近东西向薄煤带,发育以Ⅱ和Ⅲ类型为主的构造煤;层滑构造多发育在背斜两翼,且以断滑型和揉皱型为主,而在背斜核部则以断裂型为主;在纵向上,层滑构造类型也具有明显的规律性,在相对浅的区域,层滑构造以断裂型为主,往下是断滑型,而在较深部位及断裂构造交汇处,则主要表现为揉皱型。      

The Main Factor Controlling the Coal and Gas Outbursts in the Eastern Pingdingshan Mining Area

By analyzing the gas occurrence, it is found that ground stress plays a leading role in coal and gas outburst in eastern coal mines of Nos. 8, 10 and 12 in Pingdingshan Mining Area where show the most serious outburst hazards. According to the isograms of coal seam depth in F Group, the relationship between the distributions of the fold tectonic stress and the coal and gas outburst was simulated using the ANSYS program. The result shows that the stress concentrates near to the fault and the outcrop of the fault enhances the possibility of gas outburst. The shear stress in the north of the anticline is greater than that in the south. The shear stress direction on the north wing of the anticline is dextral and the coal seam in this area exhibits highest possibility for gas outburst. However, on the surrounding rock, the shear stress direction on the north wing of the anticline is sinistral. The regions with fold tectonic stress ranging from 1.44 to 4.47 MPa correspond to the sites with high risk of gas outburst. Ground stress is the main factor controlling the coal and gas outburst in the three mines. Currently, the distribution of coal and gas outburst in the three mines is in agreement with that of coal shear stress.     

新密矿区低临界值瓦斯动力现象及机理

本文从区域构造演化及构造特征、"三软"煤层(顶、底板和煤层均破碎的煤层及组合)分布及瓦斯特性和构造煤瓦斯内能释放等方面探讨了新密矿区低临界值瓦斯动力现象发生的机理及地质控制作用。研究结果表明:新密矿区构造演化具有多期叠加改造的性质,中、新生代拉张裂陷环境中形成的重力滑动构造对"三软"煤层的普遍发育具有重要控制作用,"三软"煤层的形成及组合形式影响井田瓦斯赋存和构造应力环境的非均衡性;顺煤层断层、煤层流变的规模及构造煤的发育程度是低临界值瓦斯动力发生的主控因素;高应力环境下"三软"煤层中构造煤的初期内能释放是激发低临界值瓦斯动力现象发生的关键;对低临界值瓦斯动力区域的预测可以通过对煤层流变和瓦斯初期解吸能的研究来实现。      

Characteristics of gas disaster in the Huaibei coalfield and its control and development technologies

The Huaibei coalfield is in the East China Economic Area, which is rich in coal and gas resources. However, hundreds of coal and gas outburst accidents have occurred because of the complex geological structures of the coalfield. Based on theoretical analysis and field statistics, the characteristics of regional geological structures and the coal measure strata evolution in the Huaibei coalfield were researched, and gas resource distribution and gas parameters were statistically analyzed to determine the dominant controlling factors of gas occurrence and gas dynamic disaster. The results indicated that the Huaibei coalfield has undergone complex tectonic evolution, causing obvious differences in gas storage in different blocks of different mining areas, which exhibits a pattern of high amounts of gas in the south and east, and low amounts of gas in the north and west. The coal seam and gas occurrence have a bipolar distribution in the coalfield caused by multiple tectonic movements, and they are deeply buried. Horizontal tectonic stress plays a dominant role in gas outburst, and the thermal evolution and trap effects of magma intrusion increase the possibility and extent of gas outburst. Considering coal seam and gas occurrence characteristics in the coalfield, we propose a new technology for deep coal reservoir reconstruction which combined present underground regional gas control methods and surface well extraction methods. The technology has three effects: developing gas resources, improving coal mining safety level and reducing greenhouse gas emissions, which has been practiced to be effective in coal mines in the Huaibei coalfield.     

构造煤的成因属性分类

前人研究认为构造煤是煤与瓦斯突出的必要条件,构造煤的分类对煤与瓦斯突出的预测和防治有重要意义。(1)根据构造煤参与煤与瓦斯突出过程的突出属性对构造煤重新进行了定义,认为构造煤是构造作用下强度降低、瓦斯异常的煤气双重介质,据此将构造煤划分为01类瓦斯构造煤和01类强度构造煤以及强度和瓦斯都变异的02类构造煤。(2)参考地质构造成因环境下岩石破坏的脆韧性划分方式,将突出属性分类与脆韧性的构造成因特性结合起来,划分出3类脆性构造煤和3类韧性构造煤,分别命名为01类脆性瓦斯构造煤、02类脆性构造煤等。(3)分析了构造煤在煤与瓦斯突出中的作用,低强度构造煤在其周围形成应力集中,瓦斯通过孔隙压力和吸附作用降低煤体强度,而高压瓦斯则是突出发展过程中煤体破坏和抛掷的重要动力源之一。(4)结合成因属性构造煤分类对各种地质因素对构造煤空间分布、构造煤瓦斯的生成和保存条件进行了分析。     

贵州省煤矿瓦斯赋存构造控制规律与分带划分

瓦斯赋存规律认识不清,是导致煤矿瓦斯突出灾害频发的根本原因。应用瓦斯赋存地质构造逐级控制理论,结合贵州省煤矿瓦斯地质图编制资料,探讨了贵州省煤矿瓦斯赋存构造控制规律,进行了瓦斯分带划分和瓦斯带特征分析。研究结果表明：贵州省位于滨太平洋构造域和西部特提斯构造域的接合部,其构造演化控制着成煤环境和瓦斯赋存。燕山运动形成的一系列褶皱、逆掩断层和推覆构造,使煤体强烈变形、构造煤特别发育,是导致贵州省瓦斯突出严重的根本原因。燕山期岩浆活动,使煤的变质程度增加,生烃能力增强。将贵州省煤矿瓦斯赋存分布划分为3个高突瓦斯带和1个瓦斯带,即六盘水高突瓦斯带、织纳六枝贵阳北高突瓦斯带、黔北高突瓦斯带和黔东瓦斯带。     

基于力能分析的平煤五矿己四采区煤与瓦斯突出危险性预测

根据实测平煤五矿己₁₅煤层瓦斯含量和压力结果,从力能角度分析了地应力、瓦斯和煤强度对煤与瓦斯突出的影响,发现己四采区己₁₅煤层受地应力作用,煤体弹性潜能远大于瓦斯膨胀能,即以构造应力为主的地应力为其突出最主要的影响因素;结合己四采区地质因素和己₁₅煤层瓦斯可解吸量,确定该采区煤与瓦斯突出危险区的下限指标为原煤瓦斯含量达到5.4 m3/t,绝对瓦斯压力为0.79 MPa,该下限指标对应的煤层底板标高为–600 m。因此预测–600 m标高以浅为无突出危险区,–600 m以深为突出危险区。      

中国煤矿瓦斯赋存构造逐级控制规律与分区划分

在编制全国2792对矿井、173个矿区、22个省(区市)煤矿瓦斯地质图的基础上,编制了1∶250万中国煤矿瓦斯地质图,进一步深化了中国煤矿瓦斯赋存地质构造逐级控制理论与技术路线,提出了中国煤矿瓦斯赋存地质构造逐级控制规律的10种类型,从而将中国煤矿瓦斯赋存分布划分为29个区,其中16个为高突瓦斯区,13个为瓦斯区。研究为更深入揭示中国煤矿瓦斯赋存分布机理和煤与瓦斯突出机理奠定了可靠基础并提供了必要依据。     

豫西告成煤矿滑动构造区瓦斯赋存特征

地质构造是煤与瓦斯突出的控制因素,豫西煤田中滑动构造普遍发育。运用区域构造演化、瓦斯赋存构造逐级控制理论,在系统分析煤田地质勘探和矿井揭露的瓦斯地质资料的基础上,研究了告成煤矿滑动构造的形成机制及其对煤系、煤层和瓦斯赋存的控制作用。告成煤矿位于芦店滑动构造的西部,受两期滑动构造的影响,煤层厚度变化剧烈,构造煤成层发育,煤层顶板结构形成了张性角砾岩、断层泥和张性角砾岩复合、原生顶板(深灰色细砂岩)、剪切角砾岩4种破坏类型,控制着瓦斯逸散、富集和煤与瓦斯区域突出危险性的分布。