矿区构造演化及对瓦斯的控制特征

焦作矿区位于华北板块、太行山造山带南段由近南北向(北北东向)向东西方向弧形转折部位，同时也是太行山造山带向南华北构造带过渡的地带。焦作矿区石炭-二叠系含煤地层沉积之后，主要经历了印支期、燕山期和新生代四川期、华北期、喜马拉雅期等多次构造运动。不同构造演化阶段的断裂力学性质以及断裂规模控制了煤层中瓦斯的运移、保存，并决定了煤层如今的瓦斯含量。

从二₁煤形成到三叠纪末，区内近东西向断裂处于同沉积作用。而北东、北西向断裂尚未形成，此时的含煤沉积地层是一个泄气通道不发育的完整沉积块体，且煤层埋深又大，因而使早期产出的气体大部分得到暂时保存。燕山期(J—K₁)，由于东部太平洋板块对华北板块的强烈俯冲，太行山在此期开始隆起，构造挤压应力场主方向为北西西-南东东，形成一系列北东、北北东向的断裂和褶皱，主要表现为以挤压构造作用为主，是造成构造煤比较发育的重要原因，对煤层气的释放作用较小;近东西向断裂结束了早期同沉积作用，而在北西-南东向主压应力的作用下处于右行压扭，对早期产出的气体具有封闭作用;此期产气达到鼎盛，且总体上构造对煤层气具有保存作用。到晚白垩世—始新世(K₂—E₂)时，区域应力场变为北东-南西向拉张作用，原来的北东向逆断裂反转为正断层，且太行山区在深部挤压、浅部伸展控制下快速隆起，此时北东向断层成为主要的泄气通道，煤层瓦斯得到大量的释放;近东西向断裂挤压较强，对煤层瓦斯释放较少。新构造作用阶段，区域主应力方向为北东东-南西西向，规模巨大的近东西向断裂处于反扭拉张，并使煤层与对盘强透气性奥陶系灰岩对接，构成主要的泄气通道，造成断层周围一定范围内煤层瓦斯得到了排放。北东向断裂处于压扭断面紧闭状态，且与对盘弱透气性含煤岩系对接。瓦斯排放作用微弱。但这组断层由于在燕山晚期对煤层瓦斯进行了大量的排放，故两侧含气量也有一定下降。

受区域构造、矿区构造演化的控制，焦作矿区瓦斯赋存分布由两条大的控制性断层划分为3个分区，分别是近东西向的凤凰岭大断层和北西向展布的峪河口断层(图5.2)。位于凤凰岭断层以北、峪河口断层以西所围限的区域，主要发育北东、北北东向断裂，燕山期以挤压作用为主，后期受拉张作用，反转为正断层。其中包括了中马村、小马村、冯营、韩王、九里山、位村、古汉山、方庄、演马庄9对矿井，全为高瓦斯突出矿井。

图5.2 焦作矿区构造纲要图

峪河口断层是新生代形成的正断层，峪河口断层以东，由于位于断层的上升盘，上部因受隆起作用，主要为低瓦斯分布，如赵固矿井。

凤凰岭断层为近东西向的大断层，对矿区起分划性控制作用，在断层以南的恩村，焦南等井田，主要为近东西向的断裂、褶皱构造，而北北东向的构造没有凤凰岭断层以北发育，相比之下，没有凤凰岭断层以北的构造复杂，目前煤层气施工钻孔取样，构造煤不发育，二₁煤层厚7m左右，构造煤厚度大的地方仅占煤厚的1/10。煤层瓦斯含量普遍在30m³/t(燃)以上，最高42m³/t(燃)。焦作矿区瓦斯地质特征见表5.1。

表5.1 焦作矿区瓦斯地质特征表

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