渦北煤礦地質(zhì)構(gòu)造對瓦斯涌出規(guī)律的影響

季淮君 李增華 劉 震 楊永良 劉 具

（中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，江蘇省徐州市，221008）

渦北煤礦地質(zhì)構(gòu)造對瓦斯涌出規(guī)律的影響

季淮君 李增華 劉 震 楊永良 劉 具

（中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，江蘇省徐州市，221008）

為了掌握渦北煤礦瓦斯涌出規(guī)律，研究了渦北礦地質(zhì)構(gòu)造及工作面瓦斯涌出量，得出斷裂構(gòu)造對瓦斯涌出的影響規(guī)律。有針對性地提出回采工作面遇到斷層構(gòu)造時(shí)的瓦斯防治措施，有效保障了礦井安全生產(chǎn)。

斷裂構(gòu)造 瓦斯涌出規(guī)律 瓦斯防治

煤層中賦存的瓦斯，嚴(yán)重威脅井下安全生產(chǎn)，防治瓦斯災(zāi)害是煤礦安全生產(chǎn)的首要任務(wù)。實(shí)踐表明，瓦斯的生成、運(yùn)移、保存條件、賦存以及瓦斯突出都與地質(zhì)構(gòu)造有著密切的關(guān)系。煤層賦存狀態(tài)和瓦斯涌出情況是含煤地層歷次構(gòu)造演化作用的結(jié)果。地質(zhì)條件控制著煤層瓦斯的賦存和涌出，通常，開放性斷層有利瓦斯釋放，封閉性斷層有利于瓦斯保存。但是，礦井的地質(zhì)構(gòu)造各不相同，對瓦斯涌出規(guī)律的影響也不盡相同。因此，研究煤礦地質(zhì)構(gòu)造對瓦斯涌出量規(guī)律影響，對煤礦瓦斯災(zāi)害防治具有重要的指導(dǎo)意義。

1 井田地質(zhì)構(gòu)造及控制特征

渦北煤礦屬于渦陽礦區(qū)，渦陽礦區(qū)的主要控煤構(gòu)造表現(xiàn)形式是地塹—地壘組合，它是一種裂陷控煤構(gòu)造。地塹—地壘組合具有近東西向和近南北向兩種展布形式，其中東西向規(guī)模相對較大。它們復(fù)合后的形態(tài)正好是類似基底的網(wǎng)格狀，且復(fù)合形式多樣。

渦北煤礦位于渦陽礦區(qū)的東北部，地處宿北斷裂、光武－固鎮(zhèn)斷裂、夏邑－固始斷裂和豐渦斷裂所圍成的菱形地塊內(nèi)。主體構(gòu)造表現(xiàn)為受斷層（塊）切割了的西傾單斜，走向近南北，地層傾角一般為20～30°。其南、北自然邊界分別為F9、F9－1和劉樓斷層。區(qū)內(nèi)的F22（縱向）和F26（橫向）兩條相交的正斷層將礦井分割成4個(gè)小區(qū)，見圖1。

Ⅰ區(qū)：劉樓斷層－F26間，F(xiàn)22－礦井淺部邊界；Ⅱ區(qū)：F26－F9及F9－1間，F(xiàn)22－礦井淺部邊界；Ⅲ區(qū)：劉樓斷層－F26間，F(xiàn)22－礦井深部邊界；Ⅳ區(qū)：F26－F9間，F(xiàn)22－礦井深部邊界。

除第Ⅰ小區(qū)斷層相對稀少外（2條），其它3個(gè)小區(qū)的斷層較發(fā)育，其中以第Ⅳ小區(qū)最復(fù)雜。井田內(nèi)斷層展布方向規(guī)律明顯，除8條近東西方向的斷層外，其它斷層均在NE－NW方向之間，其中又以NNE和NNW方向?yàn)橹鞯恼共挤较蛞?guī)律明顯。本礦褶皺不甚發(fā)育，僅存在一些寬緩的波狀起伏，區(qū)內(nèi)巖漿巖活動不甚強(qiáng)烈，僅在礦井邊緣兩個(gè)鉆孔見到。

圖1 渦北井田8＃煤層地質(zhì)構(gòu)造簡圖

2 地質(zhì)斷裂構(gòu)造對瓦斯涌出規(guī)律影響

2.1 瓦斯涌出量的主控因素

通過分析該礦地質(zhì)條件和煤層賦存情況，得出煤層埋深和地質(zhì)構(gòu)造是其主控因素。該礦以斷裂為主要地質(zhì)構(gòu)造，褶曲構(gòu)造不夠發(fā)育。本文以南翼采區(qū)地質(zhì)斷裂構(gòu)造對煤層瓦斯賦存及瓦斯涌出的影響進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.2 南翼采區(qū)地質(zhì)斷裂構(gòu)造對瓦斯涌出規(guī)律影響

在南翼采區(qū)中，斷層比較發(fā)育，區(qū)內(nèi)有走向與傾向斷層通過，斷層數(shù)目較多，大斷層發(fā)育程度較高，傾向大斷層與區(qū)內(nèi)走向斷層互相溝通，形成良好的瓦斯運(yùn)移網(wǎng)絡(luò)，且斷層多為正斷層，有利于瓦斯的逸散。

（1）沿傾斜方向，縱切煤層斷層有利于瓦斯逸散。

南翼采區(qū)的淺部8101工作面的傾向斷層示意圖見圖2。由圖2可知，8101工作面西段采掘期間的瓦斯涌出量很低，主要是因?yàn)殚_采區(qū)域內(nèi)部有縱切煤層的斷裂帶通過。走向斷層I1F15斷層與傾向斷層PF11相互溝通，而I1F15斷層通過I1F4斷層與傾向開放性大斷層F25溝通，PF11上部向淺部瓦斯風(fēng)化帶發(fā)育，其次級斷裂（如PF14斷層等）向8101工作面深部發(fā)育，使該區(qū)段瓦斯通過斷層PF11、I1F15、I1F4斷層向臨近開放性大斷層或煤層淺部瓦斯風(fēng)化帶運(yùn)移，形成了良好的瓦斯運(yùn)移通道。同時(shí)，瓦斯賦存與斷層發(fā)育程度有關(guān)，若構(gòu)造為傾向封閉性小斷層甚至節(jié)理則不利于瓦斯逸散，在開采過程中容易出現(xiàn)瓦斯互相逸散的現(xiàn)象。在淺部回采時(shí)，會出現(xiàn)深部瓦斯向淺部運(yùn)移，使淺部工作面在過斷層時(shí)出現(xiàn)涌出量局部增高的現(xiàn)象。

圖2 8101工作面的傾向斷層示意圖

（2）沿走向方向，橫切煤層斷層有利于瓦斯保存，但與斷層的發(fā)育程度有關(guān)。

南翼采區(qū)內(nèi)，走向橫切斷層與各工作面走向幾乎平行，特別是幾條發(fā)育程度較大的走向斷層幾乎沿著工作面的運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷分布，南翼采區(qū)斷層構(gòu)造示意圖見圖3。圖3中，I1F15斷層、F50斷層、PF8斷層、F8斷層、F55斷層均屬于橫切大斷層。同時(shí)各條走向大斷層與瓦斯地質(zhì)單元Ⅱ區(qū)的F25斷層及DF2斷層溝通，F(xiàn)25斷層為沿傾向橫貫東西發(fā)育的縱切大斷層，垂直斷距為50～150m，F(xiàn)25斷層連接瓦斯地質(zhì)單元Ⅱ淺部風(fēng)化帶與煤層露頭。由圖3可知，南翼采區(qū)被許多走向大斷層橫切為條形塊斷，各條形塊斷內(nèi)瓦斯分別向上、下兩條橫切斷層（或者沿走向次級斷層）運(yùn)移，使得各條形塊斷內(nèi)瓦斯賦存趨于平衡。

圖3 南翼采區(qū)斷層構(gòu)造示意圖

2.3 回采工作面瓦斯涌出量異常點(diǎn)分析

渦北礦目前只有南翼采區(qū)有回采工作面，由工作面瓦斯涌出量數(shù)據(jù)分析可知，渦北礦瓦斯涌出量隨標(biāo)高的增加而增大。但是回采工作面瓦斯涌出量有異常情況，這些異常點(diǎn)與其所處地質(zhì)構(gòu)造有著密切關(guān)系。瓦斯涌出量異常點(diǎn)見表1。

表1 主要回采工作面瓦斯涌出量異常點(diǎn)

其中1＃、2＃、3＃點(diǎn)位于8101工作面，且距瓦斯風(fēng)化帶較近，3個(gè)點(diǎn)所在位置如4所示。由圖4可知，1～3＃塊斷內(nèi)對應(yīng)的運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷均有平行于兩巷的正斷層，其中該段8101運(yùn)輸巷下部的PF8斷層垂直斷距為0～25m，8101回風(fēng)巷上部也存在走向橫切斷層。在1＃塊斷內(nèi)出現(xiàn)了穿過工作面內(nèi)部的小斷層，由于該處斷層比較發(fā)育，都為開放性斷層，走向及傾向斷層互相溝通，有利于瓦斯的逸散，使得該地點(diǎn)回采工作面相對瓦斯涌出量偏低。

4＃、5＃點(diǎn)位于8102工作面中部塊段，兩個(gè)點(diǎn)所在位置塊斷如圖5所示，即B、C段，臨近為A、D段。其中，B、C段回采工作面相對瓦斯涌出量分別為2.46m3／t、2.7m3／t，A、D段相對瓦斯涌出量為1.93m3／t、1.76m3／t。B、C段回采工作面相對瓦斯涌出量明顯高于A、D段，這是由于該區(qū)段內(nèi)傾向縱切小斷層比較發(fā)育，在回采過程中，本煤層深部及鄰近層的瓦斯通過傾向小斷層涌向回采工作面，造成回采工作面瓦斯涌出量增加。

3 回采工作面遇斷層構(gòu)造時(shí)瓦斯防治措施

由以上分析可知，渦北礦斷裂構(gòu)造是瓦斯涌出的主要影響因素，沿走向發(fā)育的橫向斷層起主導(dǎo)作用，為保障井下安全生產(chǎn)，準(zhǔn)確預(yù)測斷層位置以及斷層類型尤為重要。在采掘期間，若遇到傾向發(fā)育的縱切小斷層，必須采取相應(yīng)措施。

（1）根據(jù)礦井地質(zhì)資料、利用預(yù)測預(yù)報(bào)鉆孔和措施鉆孔以及根據(jù)現(xiàn)場情況來分析預(yù)測斷層位置及類型。特別是在井下作業(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn)煤厚、煤巖產(chǎn)狀急變，瓦斯涌出量突然增大等異常狀況，即可確定構(gòu)造存在，應(yīng)施工相應(yīng)的地質(zhì)孔對前方構(gòu)造進(jìn)行控制，直到準(zhǔn)確掌握構(gòu)造特征位置。

（2）井下采掘期間，在探明前方斷層特征的情況下，特別是傾向發(fā)育的縱切小斷層，應(yīng)加大通風(fēng)的同時(shí)，可采取鉆孔自然排放的方法。即向煤體施工相應(yīng)的鉆孔，在鉆孔的施工過程中，不僅可以通過鉆孔排放瓦斯，同時(shí)，鉆孔周邊的煤體在應(yīng)力作用下發(fā)生變形位移，釋放構(gòu)造應(yīng)力。如果發(fā)現(xiàn)前方是封閉性小斷層，瓦斯涌出量突然變大，應(yīng)采取向斷層深部施工鉆孔，提前抽采斷層深部瓦斯，可有效攔截深部瓦斯沿?cái)鄬佑肯驕\部區(qū)域，有效防止遇斷層時(shí)瓦斯涌出量突然增大。

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［3］ 張子敏，張玉貴.瓦斯地質(zhì)規(guī)律與瓦斯預(yù)測［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2006

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［9］ 雷東記，李成武，孟慧等.演馬莊礦井瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究［J］.中國煤炭，2010（8）

Influence of geological structure on gas emission law in Guobei coal mine

Ji HuaiJun，Li Zenghua，Liu Zhen，Yang Yongliang，Liu Ju
（School of Safety Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221008，China）

In order to grasp the law of gas emission in Guobei coal mine，the geological structure and the gas emission amount on working face were analyzed，and the rules of fractured structure influencing the gas emission were obtained.The corresponding measures were proposed for the gas control when mining on the fractured coal seams，effectively protecting the safety production in the coal mine.

fractured structure，gas emission law，gas control

TD712

A

季淮君（1988－），男，江蘇淮安人，中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院在讀碩士，主要研究方向?yàn)榈V井瓦斯防治。

（責(zé)任編輯 張艷華）