◎ 鹤壁职业技术学院 王保军
平煤股份八矿位于平顶山矿区东部，地理坐标为东径11322′9′′～11330′14′，北纬3345′13′′～3347′26′′，位于平顶山卫东区辖区内。井田东西走向12.5km，倾斜3.36km，面积41.42km2。八矿东距京广铁路孟庙站58km，孟宝支线斜穿井田，距平顶山东站3km，许南公路横贯井田中部，公路、铁路均可直达井田，交通十分方便（交通位置示意图见图1）。矿井核定综合生产能力360 万t/a，设计服务年限为65 年。矿井采用中央立井多水平集中运输大巷开拓全井田，走向长壁后退式采煤方法，全垮落法管理顶板。现主采己15、己16-17、戊9-10、丁5-6 四个煤层。由于己16-17 为被保护层，笔者重点对其他三个主采煤层进行分析。
图1 八矿井田位置交通图
己15 煤层位于山西组下部，煤层厚0.65m ～11.30m，平均厚3.49m。煤厚变异系数33%，可采性指数0.99。戊9-10煤层于下石盒子组四煤段下部，厚度较大层位稳定，厚0.50m ～11.39m，平均厚度3.66m。煤厚变异系数49%，可采性指数0.96。丁5-6 煤层位于下石盒子组上部五煤段下部，煤层厚度较大，层位稳定，煤层厚0.31m ～3.84m，平均厚度1.75m。煤厚变异系数26%，可采性指数0.90，该煤层一般含夹矸1 ～2 层，夹矸厚0.16m ～0.64m。三个煤层均为大部可采的较稳定煤层。
八矿井田的位置在李口向斜的东南端，单斜构造是矿区的主体形态，郭庄背斜及井田南侧的小型向斜等次级褶曲分布其中，地层的倾角在0 度到42 度之间分布，平均倾角在15 度左右。井田内分布的主要断层有辛店断层、张湾断层、任庄断层及白石沟断层等。井田既受北西向构造的控制，又受北东向构造的控制，处于区域北西向构造与北东向构造的交汇位置（构造纲要图见图2）。
图2 八矿构造纲要图
褶皱形成过程中由于煤层发生流变而形成的构造煤，构造煤的产生是构造应力集中的表现。平顶山矿区构造煤的规律性分布是煤系地层组合特征及区域地质构造运动历史共同作用的结果，不同煤层中构造煤发育程度有所差异，八矿开采的丁5-6、戊9-10、己15 三煤层在平面上都处于李口向斜的南翼，但因不同煤层所处的构造深度不同。所以，在区域形变过程中，不同煤层的受力状态是不同的，煤层形变的过程和结果都不尽相同，在利用浅部已实际观测的数据基础上，通过测井曲线对地勘钻孔进行构造煤解译，并结合井田具体构造可以得出：①戊9-10 煤层构造煤发育，构造煤厚度在1m ～2m；②己15 煤层构造煤较发育，构造煤厚度在基本0.5m ～1.2m；③丁5-6 煤层构造煤不太发育，一般沿夹肝有厚20m ～30cm 的构造煤分层，主要为碎粒煤或糜棱煤，整体以原生结构为主；④井田整体范围内挤压构造带是造煤分布的主要区域，拉伸构造带的边缘是构造煤分布的次要区域，焦赞向斜翼部构造煤较轴部发育，趋势线图3 很明显可以看出，断层的上盘构造煤较下盘发育，其复合部位构造煤发育强，如钻孔13-6、13-8、19-8 构造煤厚度解译结果平均达到1.2m，结合突出记录卡片，统计有8次突出发生在小型正断层上盘，大部分突出都发生在构造复合部位。
表1 己15 煤层焦赞向斜两翼构造煤解译结果
图3 焦赞向斜两翼构造煤厚度趋势图
褶皱对瓦斯的运移与聚集具有显著的控制作用。一般来说，褶皱作用有利于瓦斯的解吸而使其呈游离状态保存在储层中。瓦斯含量受断层的影响因素较多，特别是断层性质及规模对瓦斯赋存的影响程度相关性较大。从断层的形态、性质以及和煤层瓦斯保存的关联来看，压性断层主要包括：逆断层、压性走滑断层或发生反转的正断层，这些断层瓦斯运移通道不通畅，瓦斯保存量较大。张性断层主要包括：正断层、拉张走滑断层或发生反转的逆断层，这些断层瓦斯运移通道通畅，运移便利，瓦斯赋存量相对较少。
李口向斜是八矿井田的主体构造，轴向北西，为向东北方向倾伏的宽缓褶曲，其褶曲轴在12 线以西为八矿深部边界，向斜核部由二叠系地层组成，褶曲轴在走向方向有所变化。丁5-6 煤层为非突出煤层，所采工作面基本位于李口向斜两翼，受李口向斜影响较大，这里通过研究向斜两翼的11240、11220、11200、11180 四个工作面，如图4，发现距离向斜轴部越近瓦斯涌出量越大（见图5）。
图4 工作面位置示意图
图5 工作面瓦斯涌出量距李口向斜轴部距离
八矿井田既受NW 向构造的控制，又受NE 向构造的控制，处于区域NW 向构造与NE 向构造的交汇部位，这些交汇处由正断层构造复合而成，是由两组不同方向的压扭性正断层在平面上组成三角形或多边形块体，块断边界为封闭型构造所圈闭，构成一些有利于瓦斯储存的封闭区，这些区域形成了下面几个瓦斯突出带。
己15 煤层目前开采范围内揭露有两个煤与瓦斯突出带，一个是三采区瓦斯突出带（图6），这个区域发生突出14 次；另一个是四采区瓦斯突出带（图7），发生突出3 次，这两个突出带均位于压扭性构造带。三采区瓦斯突出位于辛店断层和张湾断层的组合部位，这里两组不同方向的压扭性正断层在平面上组成三角形区域，边界为封闭型构造所圈闭，加之辛店断层是一断层走向与地层走向呈小角度相交的压扭性正断层，断层延伸至己三扩大采区逐渐尖灭，当断层尖灭与煤层中时，断层尖灭处往往派生和伴生构造发育，煤体结构遭受破坏严重，因而聚集大量的高能瓦斯，为发生煤与瓦斯突出创造了条件，这里实测瓦斯压力达到1.4MPa，含量达到12.58m3 /t，构造煤发育，这个地方瓦斯涌出量出现异常区域，这一区域突出频发；四采区瓦斯突出带位于郭庄背斜、十矿向斜牛庄逆断层、原十一矿逆断层延展端，在这里形成一个典型的压扭性构造带，实测瓦斯含量标高-430m 处达到16.69m3/t，正常生产过程中瓦斯涌出量也较大，达到25m3/min。
图6 三采区突出带平面位置图
图7 四采区突出带平面位置图
戊9-10 煤层以焦赞向斜为界分开，焦赞向斜西侧有戊二、戊四两个采区，这里处于郭庄背斜、牛庄向斜，牛庄逆断层、原十一矿逆断层一系列NW 向压扭性构造的延展部位，同时受焦赞向斜的控制，这里的瓦斯涌出量比焦赞向斜东测的戊一采区要大，从图8 标高-500m 的两个工作面瓦斯涌出量对比可以明显看出。同时，调查表明戊9-10煤层中由于煤层层间滑动而普遍发育一层厚度较稳定的构造煤分层，厚度0.9m ～2.0m。因此，戊9-10 煤层是一个普遍突出煤层。
图8 21010、12160 工作面瓦斯涌出量对比
煤层倾角也是控制突出的一个因素，煤岩层产状及其变化与突出的发生关系密切：在煤层倾角突然变化的部位，多属于应力集中的块段，应力变化梯度大，同时倾角的变化导致瓦斯的运移速率发生变化，容易形成瓦斯亏空区和瓦斯富集区，这些区域的突出危险性较大。这里绘制了己15、戊9-10 煤层的煤层倾角等值线，如图9、10，从图中可以明显看出戊9-10，己15 煤层突出点大部分位于煤层倾角陡变的部位，井田东部属于未采区域，图中东部两个密集区笔者认为可能为煤与瓦斯动力现象易发区域。
图9 己15 煤层倾角等值线与突出点分布图
图10 戊9-10 煤层倾角等值线与突出点分布图
顶底板岩性包括岩石的孔隙率、渗透性和孔隙结构。一般来说顶底板岩石孔隙率大、联通性好、渗透性好、孔隙度大、透气性能好，对煤层瓦斯逸散有利，反之顶底板岩石孔隙率小，联通性差，渗透性差，透气性能差，对煤层瓦斯逸散有利。利用井田范围内179 个钻孔信息，统计了己15 煤层、戊9-10 煤层、丁5-6 煤层顶、底板30m 以内的泥岩和砂岩厚度，通过绘制各煤层顶底板30m 内岩性等值线并分析顶、底板岩性对瓦斯赋存的影响。基本上四个煤层直接顶、底板岩性均为砂质泥岩或泥岩，对瓦斯的赋存都有一定的影响。从生成的泥岩等值线图发现在采区范围内，顶底板岩性变化较小，对瓦斯赋存分布控制不大。
煤层埋藏深度的增加不仅会因地应力增加而使煤层和围岩的透气性降低，而且瓦斯向地表的运移的距离也增大，这两者的变化均朝着有利于封存瓦斯、而不利于放散瓦斯方向发展研究表明：当深度不大时，煤层瓦斯含量随埋藏深度的增大基本上成线型规律增加；当煤层的埋藏深度达到一定值以后，煤层瓦斯赋存大多数情况下会稳定于一个常量，还有发生下降的趋势。
这里仅以己15 煤层为例（戊9-10、丁5-6 煤层类似），其瓦斯含量统计见表2，通过回归分析得出瓦斯含量与煤层埋深的趋势线，见图11，从图上可以看出：己15 煤层瓦斯含量梯度达4.21m3/t/100m，瓦斯含量与煤层埋藏深度关系：y=0.0421x-10.193，瓦斯含量与煤层埋藏深度相关性较好，从而可以绘制出瓦斯含量等值线，对矿井深部安全开采提供准确的指导。
表2 瓦斯含量统计表
图11 瓦斯含量与煤层埋深的趋势线
结合矿井构造、煤层倾角、顶底板岩性、煤层埋深得出：煤层埋深控制己15、戊9-10 煤层的瓦斯赋存分布，建立数学模型预测深部瓦斯含量，确保矿井安全生产；李口向斜控制丁5-6 煤层的瓦斯赋存分布。
通过测井曲线解译构造煤，结合概况实际得出挤压构造带是八矿井田构造煤分布的主要区域，拉伸构造带的边缘是构造煤分布的次要区域，焦赞向斜翼部构造煤较轴部发育，断层的上盘较下盘发育。
构造组合处有利于形成瓦斯储存封闭区，突出频繁发生于这些区域；煤层倾角陡变的区域有利于发生煤与瓦斯突出。
本文以平煤八矿为例，基于对构造煤及各地质因素的分析，为研究类似矿井瓦斯赋存控制特征提供了理论指导。