神华集团乌达五虎山矿业有限责任公司内蒙古乌海016040
摘要：在煤矿生产中，煤与瓦斯突出是一种特殊的瓦斯涌出现象，煤与瓦斯突出是井工煤矿五大自然灾害之一。虽然它每次发生之前都会出现征兆，但由于每次征兆不管是在方式上还是时间上都会有所不同，所以矿井煤与瓦斯突出事故常会造成井下作业人员伤亡。因此，为了降低矿井中煤与瓦斯突出事故发生的概率，有必要对煤层瓦斯地质规律进行探寻、分析，进而对煤与瓦斯突出加以控制。
关键词：煤层地质结构煤与瓦斯突出控制
瓦斯地质规律是指揭示瓦斯与所有地质因素之间内的联系的规律。瓦斯是生于煤层、储存于煤层或围岩中的气体地质体，只要开采煤炭就会有瓦斯涌出。它的生成条件、运移规律以及赋存、分布规律都受着极其复杂的地质作用控制。因此，研究瓦斯地质规律是进行煤与瓦斯区域突出危险性预测和瓦斯涌出量预测的关键，同时也是瓦斯地质图编制的基础。
矿井瓦斯含量主要受煤层变质程度、埋藏深度、上覆地层有效厚度、煤层顶底板岩性、煤厚、地质构造、水文和等综合因素的影响。
一、煤与瓦斯区域突出危险性预测
瓦斯地质研究的实践认为，煤层瓦斯含量高是发生煤与瓦斯突出的基础；一定厚度的构造煤是发生煤与瓦斯突出的必要条件；压性、压扭性构造带是发生煤与瓦斯突出的有利地带；构造应力相对集中的地带是瓦斯突出发生的主要位置。
构造挤压、剪切作用会使煤体结构发生不同程度的脆韧性破坏，形成构造煤。不同级别的构造活动和构造应力场控制着构造作用的范围和强度，也就控制着不同区域、不同范围煤层瓦斯的赋存和分布，同时控制着煤层赋存条件、煤体结构破坏的程度和范围，也就是控制着煤与瓦斯突出危险程度和危险区域的范围。
煤与瓦斯突出是一种极其复杂的动力地质灾害，牵涉到复杂的地质因素和开采因素。国内外大量的观测研究表明，所有煤与瓦斯突出都发生在构造煤分层，并且在突出过程中伴随数倍于煤层的原始瓦斯含量的瓦斯喷出，说明构造煤与高能瓦斯和煤与瓦斯突出的关系密切。构造煤是发生煤与瓦斯突出的物质基础，高能瓦斯是发生煤与瓦斯突出的主要能源，一定厚度的构造煤和高能瓦斯赋存是煤与瓦斯突出两个必要条件。地质构造控制着煤层瓦斯的赋存和构造煤分层破坏程度以及厚度分布，控制着煤与瓦斯突出，含高能瓦斯的一定厚度的构造煤为瓦斯突出煤体，高能瓦斯与一定厚度的构造煤的叠加区域即为煤与瓦斯突出危险区。
几乎所有的煤与瓦斯突出都间接或直接地与地质构造有关。板缘构造活动带、造山带、深层构造陡变带、深大断裂活动带、逆冲推覆构造带、强变形带等，是发生煤与瓦斯突出的敏感地带。瓦斯赋存分布是构造演化作用的结果，构造煤的形成和分布是构造挤压和剪切作用的结果。煤与瓦斯突出动力灾害主要发生的构造复杂区和构造发育区。
二、构造对瓦斯赋存的影响
2.1.断层的影响
断裂构造破坏了煤层的连续完整性，使煤层瓦斯运移条件发生变化。断层对瓦斯赋存的影响是多方面的，它不仅对煤层的完整性和瓦斯的封闭条件，而且对煤体结构、煤岩显微特征及煤的渗透率均有不同程度的影响。此外，大量实际资料表明，断裂构造对煤层瓦斯含量也有重要的影响。
断层对瓦斯赋存的影响程度与断层性质及规模有关，从断层性质与瓦斯赋存的关系来看，压性断层(包括逆断层、压性走滑断层或发生反转的正断层)断层面为密闭性，断层面附近成为构造应力集中带，这样可以加大瓦斯压力，使煤层吸附瓦斯量增多，煤层瓦斯含量相对增高，同时由于瓦斯不易透过断层面运移散失而有利于瓦斯的保存。张性断层（正断层、拉张走滑断层或发生反转的逆断层）断层面为开放性，断层面附近由于构造应力释放而成为低压区，煤层瓦斯大量解吸，并从断层面逸散，使煤层含气量急剧下降。但在远离断层面的两侧一般形成两个平行断层呈对称的条带状构造应力高压区，煤层瓦斯含量相对升高，成为阻止煤层瓦斯进一步向断层运移的天然屏障。此外，断层的空间方位对瓦斯的保存或逸散也有影响。一般而言，走向断层能够阻隔瓦斯沿煤层倾斜方向的逸散，而倾向和斜交断层则把煤层切割成互不联系的块体。
因此，不同类型的断层，形成了不同的构造边界条件，对瓦斯赋存产生不同的影响，瓦斯聚集的地方容易发生煤与瓦斯突出。
2.2.褶皱的影响
不同的褶皱类型及其不同构造部位，因为构造应力场的不同，会造成储层原始特征的不同改变，从而对瓦斯的封存与聚集的控制作用也明显不同。背斜构造的两翼与轴部中和面以下为挤压应力场，为高压区。背斜轴部中和面以上为拉张应力场，在其作用下会产生大量的张性裂隙或正断层，造成应力快速释放，为低压区。
因此，在背斜的两翼瓦斯往往能够较好地被封存起来，而在轴部，中和面以上的煤层气会逸散，中和面以下的煤层气则可能会聚集。不过，当煤层埋深较大且顶板为厚层泥岩时，上覆地层应力使泥岩封盖层表现为塑性，不会产生开放性裂隙，顶板仍然保持良好的覆盖性能，两翼煤层中的甲烷向轴部运移，造成煤层的高含气性，当瓦斯压力达到一定程度，极容易发生煤与瓦斯突出。
三、煤变质程度对瓦斯赋存的影响
煤化作用过程中会不断地产生瓦斯，煤化程度越高，生成的瓦斯量越多。即在其他因素恒定的条件下，煤的变质程度越高，煤层瓦斯含量越大。煤的变质程度不仅影响瓦斯的生成量，还在很大程度上决定着煤对瓦斯的吸附能力。
在成煤初期，褐煤的结构疏松，孔隙率大，瓦斯分子能渗入煤体内部，因而褐煤具有很强的吸附能力。但该阶段瓦斯生成量较少，且不易保存，煤中实际所含的瓦斯量是很小的。在煤的变质过程中，地压作用使煤的孔隙率减小，煤质渐趋致密。长焰煤的孔隙较少，内表面积较小，其吸附瓦斯的能力较弱，最大瓦斯吸附量为20～30m3/t。随着煤的进一步变质，在高温、高压作用下，煤体内部因干馏作用而生成许多微孔隙，在无烟煤时内表面积达到最大，与之相应，煤的吸附能力最强。
不同变质程度的煤，在区域分布上常呈带状分布，形成不同的变质带，这种变质分带在一定程度上控制着瓦斯的赋存和区域性分布。
四、煤厚对瓦斯赋存的影响
瓦斯生于煤层，储于煤层，煤层厚度是生成瓦斯的物质基础，煤层厚度及其变化与瓦斯涌出量大小有很大关系。一般认为，煤层厚度越大，瓦斯生成的物质基础越充沛，生成的瓦斯量就大，当具有良好的瓦斯保存条件时，厚煤带一般也是瓦斯富集带。并且煤是天然的吸附体，煤的煤化程度越高，其存贮瓦斯的能力越强。随煤的变质程度的增强，产生的瓦斯量也越多，瓦斯含量也越大。
五、顶底板岩性对瓦斯赋存的影响
煤层围岩的隔气性和透气性能直接影响到瓦斯的保存条件。顶底板泥岩的厚度是直接反映煤层围岩透气性的一项瓦斯地质指标。孔隙与裂隙发育的砂岩、砾岩和灰岩的透气系数非常大，一般比致密而裂隙不发育的页岩、泥岩等岩石透气系数高出成千上万倍。
六、煤层埋深及上覆基岩厚度对瓦斯赋存的影响
煤层埋深和煤层上覆基岩厚度都反映了构造运动对煤层埋藏深度的变化，同时也反映了构造运动对瓦斯赋存的影响。
在影响煤层瓦斯含量的众多地质因素中，煤层埋深被认为是最具普遍性的因素之一。一般出露于地表的煤层，瓦斯容易逸散，并且空气也向煤层渗透，导致煤层中的瓦斯含量小，甲烷浓度低。随着煤层埋藏深度的增加，地应力增高，围岩的透气性降低，瓦斯向地表运移的距离相应也增大，这种变化不利于瓦斯的放散。所以，在瓦斯风化带以下，瓦斯含量、涌出量及瓦斯压力主要随煤层埋藏深度增加而变大，达到一定深度后，随埋深的增加煤层瓦斯含量增高量变小。
煤层上覆基岩厚度即连续沉积厚度，位于煤层之上到瓦斯大量生成后第一个不整合面的地层厚度，它真实的反映了瓦斯大量生成后构造运动及其造成的地层抬升、剥蚀等作用对瓦斯保存条件的影响。上覆基岩厚度为地质演化史留下的最直接证据，一般来说煤储层上覆地层的有效厚度越大，保存条件越好；有效地层厚度越薄，表明构造抬升、剥蚀越强烈，地层压力降低越大，瓦斯越易发生脱附、解吸。
七、水文地质因素对瓦斯赋存的影响
水文地质是影响煤层瓦斯赋存的一个重要因素，煤层瓦斯以吸附状态赋存于煤的孔隙中，地层压力通过煤中水分对瓦斯起封闭作用。因此，水文地质条件对煤层瓦斯保存、运移影响很大。可将水文地质对煤层瓦斯控制特征概括为3种作用：一是水力运移逸散作用；二是水力封闭作用；三是水力封堵作用。其中，第一种作用导致煤层瓦斯散失，后两种则有利于瓦斯保存。
八、总结
因为瓦斯是一种地质成因的气体地质体，它是在数千万至数亿年中与煤的演化作用相伴生而形成的，它生于煤层、存储于煤层及其围岩之中,因此它的生成条件、保存条件、赋存和分布规律都受极其复杂的地质演化作用控制，宏观上涉及板块构造和区域地质演化理论，微观上涉及煤的化学结构。瓦斯在煤层中的赋存状态与煤颗粒、煤分子之间的关系经历过极其复杂的地质历史演化过程，其解吸、运移、流动规律涉及流体力学等方面知识；瓦斯的赋存和分布控制着瓦斯的含量、涌出量和煤层气资源量；地质构造复杂程度控制着煤与瓦斯突出的危险性；构造煤的发育特征控制着瓦斯（煤层气）抽采和瓦斯治理的难度。
煤与瓦斯突出作为煤炭开采过程中井下严重的瓦斯事故，一旦发生就严重威胁着井下作业人员的生命安全，大大减低了煤炭开采的效率。为了让煤矿事故中煤与瓦斯突出事故的伤亡率得以控制，有必要对煤矿开采中诱发煤与瓦斯突出发生的因素进行研究，而研究煤与瓦斯突出的重点在于研究瓦斯赋存规律，只有瓦斯地质资料清楚的情况下，才能最大限度的控制煤与瓦斯突出发生的概率，为煤炭开采的矿下作业人员提供有效的生命安全保障。
参考文献
[1]张子敏，张玉贵．瓦斯地质规律与瓦斯预测[M]．北京：煤炭工业出版社，2006：4,55
[2]陈家清，辛新平等．瓦斯突出危险性区域预测综合指标探讨[J]．矿业安全与环保，2000，27：49-50．
[3]焦作矿业学院瓦斯地质研究室．瓦斯地质概论[M]．北京：煤炭工业出版社，1990：1-5．