桐花溝區(qū)位于河南省鞏義市東南部，行政隸屬鞏義市站街道、大峪溝鎮(zhèn)。該區(qū)地勢東高西低，溝嶺相間，縱橫交錯，溝谷發(fā)育形態(tài)呈“V”字型，地形切割嚴重，山脊呈魚脊狀，山頭多為饅頭型，山麓及溝谷有坡積物，總體屬侵蝕低山丘陵地貌。為了確保該地區(qū)煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展，滿足煤礦接替需求，對桐花溝進行普查。通過本次普查勘探可知山西組二₁煤層屬較穩(wěn)定的中厚~厚煤層，煤厚有一定變化（1.03~21.05m，平均為4.79m），全區(qū)可采。一₁煤層屬煤層厚度有一定變化的薄煤層，厚0.59~1.82m,平均1.02m，煤層層位穩(wěn)定，且兩煤層結(jié)構(gòu)都簡單。同時探明C+D級儲量為6006萬t，C級為1700萬t，占28.3%，其中二₁煤層C+D級為5501萬t，一₁煤層C+D級儲量505萬t，另有一₁煤層暫不能利用儲量647萬t。對如此巨大煤炭資源，在普查勘查時期，對該區(qū)影響煤層開采的因素進行勘查和綜合分析，初步評估其對煤礦開采產(chǎn)生的影響，具有重要的理論與實際意義。

1地質(zhì)構(gòu)造條件

一般情況下，研究區(qū)的構(gòu)造直接對水文地質(zhì)條件產(chǎn)生很大的影響，對構(gòu)造條件的分析可以預測井突水發(fā)生的可能性。在本區(qū)以F₃斷層為界，南北邊界附近均有斷層，內(nèi)部滑動構(gòu)造發(fā)育。這些構(gòu)造破壞了巖石的連續(xù)性，為地下水的貯存、運移創(chuàng)造了條件，使不同的含水層發(fā)生了水力聯(lián)系。在開采條件下，由于構(gòu)造帶本身強度低，構(gòu)造帶中的水會進入礦井而發(fā)生突水。同時，斷層使其兩盤地層發(fā)生了重新組合，使得二₁、一₁煤層和含水層直接對接。再者滑動構(gòu)造在部分的地段距二₁煤層較近，給頂板管理帶來困難。西界斷層F₃屬區(qū)域大斷裂，構(gòu)造裂隙發(fā)育，具備形成地下水逕流通道條件，對西部開采構(gòu)成威脅。

礦井充水形成所需要的兩個必要條件是充水水源和充水通道。只有當兩者結(jié)合，充水水源才有可能通過充水通道進入礦井。在本研究區(qū)中，從所處構(gòu)造位置、煤層埋藏深度分析，地下水為主要充水水源，而巖石裂隙、溶洞、斷裂構(gòu)造帶及隔水層厚度變薄帶均可成為充水通道，特別是斷裂構(gòu)造帶和隔水層厚度變薄帶是主要的、最容易給采礦造成威脅的充水通道。因此，區(qū)內(nèi)構(gòu)造的存在，對采礦產(chǎn)生不利的影響，它一方面提供充水通道，發(fā)生突水事故；另一方面的距斷層帶滑動構(gòu)造較近的地段采煤時，易于發(fā)生頂板垮落造成事故。

2瓦斯

2.1 瓦斯地質(zhì)特征

本區(qū)構(gòu)造形態(tài)為一走向近東西的單斜構(gòu)造斷層發(fā)育，西部邊界斷層為柳樹溝斷層（F₃），南部邊界附近為將軍嶺斷層（F₉） 北部邊界斷層為董陵~圪謬峪斷層（F₁₇），中部橫貫東西的菜園溝斷層（F₁₅）把本區(qū)分割成為淺部、深部兩個自然瓦斯地質(zhì)單元。斷層的發(fā)育不但破壞了煤層的連續(xù)性，而且為瓦斯的逸散提供了通道，形成了煤層瓦斯含量普遍較低，甲烷成分小于80%，且由西部向東瓦斯含量和甲烷成分逐漸增大的基本特征，如圖1所示。



圖1 二₁煤層瓦斯含量等值線圖

2.2 鉆孔瓦斯分析

對區(qū)內(nèi)的二₁煤層10孔瓦斯樣品進行了分析，瓦斯成分以CH₄為主，CO₂次之，其中CH₄成分占53.82%~77.02%，CO₂成分占8.07%~38.10%，N₂成分占3.12%~28.42%；CH₄含量為1.79%~6.02m³/t（可燃質(zhì)），CO₂含量為0.41~2.12m³/t（可燃質(zhì)），N₂含量為0.22~0.55m³/t(可燃質(zhì))。依據(jù)瓦斯分帶標準及瓦斯成分三元座標圖（圖2）可知，二₁煤層瓦斯成分分帶為N₂~CH₄帶、CO₂~CH₄帶和元CH₄帶，均屬瓦斯風化帶。

2.3 影響瓦斯賦存的地質(zhì)因素



圖2 煤層瓦斯成分三元座標圖

1-CO₂帶；2-CO₂~N₂帶；3-N₂帶；4-N₂~CH₄帶；5-CH₄帶；6-CO₂~CH₄帶；7-CO₂~N₂~CH₄帶

本區(qū)西、北、南三面均以正斷層為邊界，橫貫本區(qū)東西的菜園溝斷層（F₁₅）將本區(qū)分割為南、北兩個瓦斯地質(zhì)單元。F₁₅以南的瓦斯地質(zhì)單元二₁煤層CH₄成分平均為68.23%，CH₄含量平均為3.95m³/t（可燃質(zhì)），最大CH₄含量平均為6.02m/t（可燃質(zhì)）并呈現(xiàn)由西向東增大的變化規(guī)律；F₁₅以北的瓦斯地質(zhì)單元二₁煤層CH₄成分平均為59.83%,CH₄含量平均為2.44m³/t（可燃質(zhì)），最大CH₄含量平均為2.89m³/t（可燃質(zhì)）。全區(qū)二₁煤層CH₄成分均小于80%，均屬瓦斯風化帶。與淺部大峪溝紅旗井高瓦斯礦井對比，瓦斯成分與CH₄含量呈逆向變化規(guī)律，具有明顯不均衡性。

瓦斯賦特征主要受地質(zhì)構(gòu)造控制：本區(qū)的斷層均屬張性正斷層，性質(zhì)為開放及半開放性，為瓦斯逸散提供了良好的通道。斷層的發(fā)育使其兩盤的煤層瓦斯含量差異明顯，一般斷層上盤瓦斯成分和含量相對較大，下盤成分和含量相對較小。另外，厚、薄煤帶的分布對煤層瓦斯賦集狀態(tài)亦有明顯影響，一般煤層愈厚，瓦斯含量愈大。

3井田地溫狀況

區(qū)內(nèi)簡易測溫4個孔，3個見煤層的鉆孔測得基本地溫資料見表1。根據(jù)1901孔簡易測溫曲線表明，在第二次測溫時480m以深溫度明顯增高，二₁煤層以下溫度增高更大，說明下部有高溫水存在。由此可以判定，地下水對未來開采的影響，不僅是充水水量大小問題，更突出的將是高溫水進入井巷，提高井巷環(huán)境溫度和濕度，破壞工作環(huán)境。從測溫結(jié)果看，本區(qū)的地溫梯度在3.1~3.5℃/hm之間，比淺部的大峪溝煤礦高，屬地溫異常區(qū)。淺部測溫資料與深部測溫資料對比，二₁煤層以下地溫梯度變化為淺部彎小，深部變大。根據(jù)測溫資料和地溫梯度計算結(jié)果，二₁煤層底板標高-240m以上為常溫區(qū)，-240m~-340m為一級高溫區(qū)，-340m以下為二級高溫區(qū)；一₁煤層底板標高-250m以上為常溫區(qū)，-250m~-330m為一級高溫區(qū)，-330m以下為二級高溫區(qū)。

表1 二₁煤層附近低溫資料表



4其它開采技術(shù)因素

根據(jù)鉆孔統(tǒng)計資料，二₁煤層頂、底板巖性以泥巖、沙質(zhì)泥巖為主，局部為粉砂巖、細粒砂巖，喲度低，易放頂，屬于軟巖頂、底板；一₁煤層頂板巖性為石灰?guī)r，其硬度高，強度大，屬于堅硬頂板；底板巖性為鋁質(zhì)泥巖，遇水膨脹易變形變軟，屬于軟巖底板。因此，本區(qū)的一₁、二₁煤層頂、底板存在如下問題：

（1）直接頂板較薄及滑動構(gòu)造通過部位壓力較大時，易出現(xiàn)冒頂、掉塊、片幫及斷梁折柱現(xiàn)象；

（2）底板巖石松軟、隔水層厚度較小時，易發(fā)生底鼓現(xiàn)象。

通過對二₁、一₁煤層的煤塵爆炸危險性和煤的自燃性分析，可知兩者均屬于無煤塵爆炸性和無煤層自燃性煤層。

5結(jié)論

（1）由于工區(qū)內(nèi)構(gòu)造的存在，對采礦產(chǎn)生不利的影響。一為提供水通道。易于發(fā)生突水事故；再者在距斷層帶滑動構(gòu)造較近的地段采煤時，警惕發(fā)生頂權(quán)垮落造成事故。

（2）通過對二₁、一₁煤層頂、底板巖性對煤層的安全開采也有很大的負面影響。

（3）二₁、一₁煤層均屬于瓦斯風化帶，對煤層開采危害較小。

（4）本區(qū)屬地熱異常區(qū)，可以充分利用地熱資源，同時可降低奧灰水對采危險，減少地熱危害。