贵宏伟
（河南能源化工集团焦煤公司 454000）
摘要：本文通过分析焦作矿区地质构造特征，对焦作矿区划分了瓦斯地质单元，提取了大量原始瓦斯含量数据源信息，对焦作矿区各地址单元的瓦斯数据做了大数据提取分析，在赋存规律的指导下，明示了矿区瓦斯赋存的控制因素。
关键词：瓦斯赋存；埋藏深度；地质构造
焦作矿区有着超过百年的开采历史，现存的11对生产矿井，有10对都是严重媒与瓦斯突出矿井，在历史上曾造成多起重大伤亡事故。其中有3次特大型事故与瓦斯突出相关，占到历史同期全国同类型事故的8%。发生于2005年8月份的特大型煤与瓦斯突出事故，煤量突出2398吨，瓦斯量23万立方米，突出强度在江北位居前列。
焦作矿区主采煤层二1煤瓦斯含量15～42m3/t，瓦斯压力0.7～2.42Mpa，煤层透气性系数1.1×10-3～5.64×10-2m2/MPa2·d，矿区瓦斯绝对涌出量超过每秒155立方米，相对涌出量位于25-45立方米每吨，伴随着矿井向下开采的延伸，瓦斯含量和压力也在逐渐增大，煤与瓦斯突出的危险系数也在逐渐上升，严重威胁了矿井的安全生产。
一：矿区的地址特征
焦作矿区位于华北板块、太行山隆起带南段，由南北向转向东西方向的突出弧度地带，属于太行山造山带与华北构造带相交接的区域。焦作矿区经历了印支期与燕山期等多次构造运动的含煤地层沉积，印支期，焦作矿区和华北地区其它煤矿一样，主要收到南北方向的挤压，形成了东西向的断裂和宽缓的褶皱构造；燕山期时，随着太行山脉的隆起，形成了北东-北北东向的断裂和褶皱构造，都是以挤压构造作用为主的地质运动，这也是煤层形成的主要原因。
焦作矿区中分划性断层的一个标志性地段就是凤凰岭大断层，该断层以北以北东和北北东方向构造为主，在燕山期的挤压作用、四川期的拉张、华北期的压扭、喜马拉雅期的张扭、现代构造期应力场的压扭的共同作用下产生的。
二：瓦斯地质单元划分
突出的分区和分带被地质条件控制，突出区域预测瓦斯地质方法的关键是根据影响构造软煤发育和瓦斯赋存在的差异，划分瓦斯地质单元。应遵循以下方法：1）根据矿井的实际地质情况，依据宏观构造发育特征，以分井田的尺度构造划分边界，划出I级瓦斯地质单元；2）根据煤层条件和瓦斯含量等主要因素，确定临界值，做好单元界限划分，确定好瓦斯地质单元的综合统一标识。
凤凰岭断层和裕河断层作为焦作矿区的一级构造断层，平均落差超过500米，将整个焦作矿区分成相对独立的三部分：以恩村、焦南矿区为主的南部单元；包括九里山、古汉山、演马庄、中马等9对严重突出矿井的中部单元；北部单元则以赵固一矿和赵固二矿2对矿井为主。
三：焦作矿区瓦斯赋存规律
通过对焦作矿区勘探期间钻孔分析取得的瓦斯含量数据和井下瓦斯实际测得含量等多重数据分析，得到了相对数据可靠、瓦斯分布均匀的点位，并以此为基础分析、验证了瓦斯地质单元内瓦斯赋存规律可靠性。
1）瓦斯赋存规律之南部单元
南部单元位于凤凰岭断层的西南方向，浅层为一倾向南东、走向北东的单斜构造，在北东向断层的作用下将该地块分割成多个地堑和断块小地垒；深部为一向东倾伏、轴向近东西的墙南向斜，北部地势较缓，约计倾角在3-7度之间，南部则稍陡，倾角在14度左右，在近东西向和北东向两组主干断裂的基础上延伸出了北东东向分支的羽毛状断裂和次一级的小褶曲。该断层的大部分均为高角度断层，由南北向挤压作用形成的地质构造结果。
南部单元地面上是焦作市新区，无法建设矿井。河南省煤层气勘探公司曾施工钻孔取样，发现构造煤形成不完善，煤层厚度在7米左右，构造煤厚度大的地方仅占煤厚的10%，且煤层瓦斯含量平均值超过30立方米每吨可燃基点以上，最高值可达42立方米每吨。
2）瓦斯赋存规律之中部单元
该单元位于裕河断层和凤凰岭断层之间，为底层向东南倾、走向北东的单斜面构造。此断块内包含北西向和北东向两组明显断层，其中北东向断层以反倾向延伸到断层，断块被切割成很多阶梯状小段块，越靠近凤凰岭断层的地质构造越复杂，体现了凤凰岭断层在断块地质构造中起着主要应力作用。
该单元获得43个可靠瓦斯含量点，将这些可靠瓦斯点含量与埋深关系绘制成图，如图2所示，规律公式：W=0.0386H+4.9596（R=81.36%）。示中，W为煤层瓦斯含量, m3/t：H为埋深,m。含量增长梯度为0.0386m3/t/m。
3）瓦斯赋存规律之北部单元
该单元位于裕河断层以北，地层倾向南西向、走向北西方向的单斜构造，断块内有一组北东向断裂，断层面以倾向南东为主，在断块内形成较多的阶梯状长条型小断块。在裕河断层的作用下，该断块被大幅度抬高，长时间风化雨淋等气候剥蚀作用下，该断块煤层上方有效覆盖层较小，开放式正断层是该断块内断裂的主要特征。
该单元获得17个可靠瓦斯含量点，将这些可靠瓦斯点含量与埋深关系绘制成图，如图3所示，规律公式：W=0.025H-11.036（R=93.97%）。其中，W为煤层瓦斯含量, m3/t：H为埋深, m。经过测量计算，北部单元煤层瓦斯风化带深度约为465.8米，含量增长梯度为0.025m3/t/m。
四：如何控制焦作矿区瓦斯赋存因素
根据测量得出的瓦斯赋存规律来看，焦作矿区瓦斯赋存收到埋层深浅、构造分区的影响较大。煤层埋藏深度的增加，地应力也随之增高，围岩的透气性反而逐渐下降，瓦斯向地面释放运移的距离也在增大，这种改变对于放散瓦斯是不利的。因此，瓦斯风化带越深，瓦斯含量和压力也会随着煤层埋藏深度的增加而增加。
煤层围岩的透气性，直接作用于瓦斯的赋存、运移和储存。例如砂岩顶板的透气性较好，对煤层瓦斯的运移有利，煤层内瓦斯含量相对较低；透气性较差的泥岩、沙质泥岩则阻碍了煤层瓦斯的运移，煤层瓦斯的相对含量就会提高；而空隙与裂隙类的灰岩、砂岩和砾岩的透气系数非常好，通常比致密、裂隙不发育的泥岩、页岩等岩石透气系数可以高出千倍以上。
断层不仅破坏了煤层的连续完整性，也可能破坏煤层围岩的连续完整性，致使煤层瓦斯赋存条件发生变化。一般张性断层和与地表、松散层或透气性好岩层相连，张性断层都有利于瓦斯的排放和逸散。一般情况下压性或压扭性断层属于封闭条件较好的封闭性断层，有利于瓦斯的储集，构造复合联合部位多属于应力集中带，容易形成封闭的煤层瓦斯环境。
总体上赵固矿区位于峪河断层下盘，区内主要发育的断层有NW向、NE向和近EW向三组，受峪河断层的作用，赵固二矿井田地层大幅上升，含煤地层经历了长时间暴露和强烈剥蚀，煤层上覆基岩残留较薄。受其他断层作用，井田地层自北向南形成一系列断阶，覆盖的松散地层逐阶增厚，在断层的两盘对位处，下盘瓦斯含量相对较低。
5结论
（1）焦作矿区的一级断层凤凰岭断层和峪河断层为届，划分为三个地质单元。其中，中部单元瓦斯含量最大，北部单元瓦斯含量最小。
（2）焦作矿区二1煤层顶底板以泥岩和砂质泥岩为主，其渗透性差，阻碍了煤层中瓦斯的运移，有利于瓦斯的保存。
（3）焦作矿区瓦斯赋存随埋深的增加而增大，受断层控制明显。
参考文献：
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作者简介：贵宏伟（1982-），男，河南延津人，工程师，硕士，2013年毕业于河南理工大学，河南能源化工集团焦煤公司工作，从事煤矿瓦斯防治及瓦斯抽采技术研究。
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