影響煤與瓦斯突出的地質(zhì)因素

李志永

清流縣煤炭行業(yè)管理辦公室，福建三明 365300

瓦斯是在煤礦開(kāi)采過(guò)程中從煤和采空區(qū)逸出的各種有毒、有害氣體的總稱。在采煤生產(chǎn)過(guò)程中，一瞬間（幾秒鐘），采掘工作面或巷道某處突然被破壞，迅速逸出大量瓦斯，同時(shí)拋出大量的煤、巖碎塊和煤粉，這種現(xiàn)象叫煤與瓦斯突出，簡(jiǎn)稱“突出”。它可分三種類型：即突出、傾出和壓出。產(chǎn)生突出的基本條件是：1)必須存在高壓的瓦斯源，這是突出的動(dòng)力和內(nèi)因；2)必須有采掘活動(dòng)的誘發(fā)，這是突出的導(dǎo)火索和外部因素。影響突出的地質(zhì)因素主要有地質(zhì)構(gòu)造，煤質(zhì)、煤層厚度，頂?shù)装鍘r石性質(zhì)等等，下面分別闡述這些地質(zhì)因素。

1 地質(zhì)構(gòu)造

對(duì)于煤層頂?shù)装鍘r石透氣性小的礦井，煤層中的瓦斯含量很大程度取決于地質(zhì)構(gòu)造，地質(zhì)構(gòu)造如褶曲、斷裂對(duì)煤層瓦斯影響作用有雙重性：一方面具有釋放煤層瓦斯作用，另一方面又具有積聚煤層瓦斯的作用，地質(zhì)構(gòu)造類型不同，但有一個(gè)共同的特征，即在地質(zhì)構(gòu)造的形成過(guò)程中，形成兩個(gè)相反分帶，即地應(yīng)力釋放帶和地應(yīng)力集中帶，相應(yīng)的在煤層中的瓦斯也出現(xiàn)相反分帶，在地應(yīng)力釋放帶中的瓦斯含量降低，而在地應(yīng)力集中的煤層瓦斯含量升高。

從大區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造來(lái)看，突出與區(qū)域地質(zhì)背景相關(guān)聯(lián)。例如我國(guó)華南瓦斯涌出量大，突出次數(shù)多，強(qiáng)度大，始突深度淺。而華北煤田，大部分地區(qū)多不突出。這是因?yàn)槿A南經(jīng)過(guò)多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，構(gòu)造十分復(fù)雜。多為壓扭性褶皺斷裂。而華北多為張性或張扭性斷裂。

1.1 斷裂構(gòu)造

1）一般情況和規(guī)律

張性斷層或裂隙，對(duì)煤層瓦斯起釋放作用。即所謂“張裂隙”。例如福建省區(qū)域構(gòu)造大部份是張性斷裂構(gòu)造，福建煤層瓦斯含量較低。但隨著埋藏深度的增加，排氣斷裂的排氣性能可能減小。壓性或壓扭性斷裂，對(duì)瓦斯起保存作用，即所謂“閉合裂隙”和遮擋斷層，逆掩斷層幾乎為遮擋型的，而傾角較陡的斷層有可能排氣。

2）關(guān)于“峰值”問(wèn)題

在開(kāi)放性斷層附近，瓦斯含量低，出現(xiàn)谷值，在斷層兩側(cè)一定部位，瓦斯含量升高，各出現(xiàn)一個(gè)“峰值”，再遠(yuǎn)則是瓦斯含量正常值。

1.2 褶曲構(gòu)造

煤礦巷道中常見(jiàn)的小型褶曲，一般對(duì)瓦斯含量影響很小，但中型成大型褶曲影響較大。區(qū)域性大型向斜埋藏深度大，瓦斯含量高；而大型背斜相對(duì)埋藏深度淺，瓦斯含量低。大型背斜的中和面以下則高。中型褶曲的瓦斯含量有三種情況：封閉條件好時(shí)，背斜較向斜瓦斯含量高，因?yàn)樵诜忾]系統(tǒng)中，瓦斯只能沿煤層向高處運(yùn)移。封閉條件不好時(shí)，向斜較背斜瓦斯含量高，因?yàn)楸承敝械耐咚挂籽貜埿粤研砸萆?。在傾伏褶曲的轉(zhuǎn)折端，傾伏背斜較傾伏向斜瓦斯含量高，因?yàn)閮A伏背斜的轉(zhuǎn)折端瓦斯運(yùn)移距離長(zhǎng)，受氣面積往上逐漸縮小，阻力變大。

2 煤質(zhì)

2.1 揮發(fā)分

瓦斯含量隨著煤的變質(zhì)程度升高而增加。在相同的條件下，揮發(fā)分越低，變質(zhì)程度越高，因此瓦斯含量亦越高。隨著變質(zhì)程度的增高，吸付能力隨之增加。

2.2 灰分

瓦斯突出強(qiáng)度與灰分會(huì)含量值成反比關(guān)系。煤中灰分增加，不僅增加了煤的強(qiáng)度，更重要的是：1）是減少了生成瓦斯的物質(zhì)，如1t無(wú)煙煤可生成400m3的瓦斯。若灰分增加20%，則只能生成320m3的瓦斯；2）灰分多以分散狀或呈膠結(jié)構(gòu)充填或分布于煤的結(jié)構(gòu)組分的胞腔中，占據(jù)一定的吸附表面空間。降低瓦斯的吸附能力；3）灰分增加，提高了煤的強(qiáng)度，因此，灰會(huì)增高，減少了瓦斯突出的危險(xiǎn)性。

2.3 水分

由于水分不僅能占去煤體中的一部份孔隙，而且水分子部分吸附在煤的表面，從而影響煤對(duì)甲烷的吸附能力，充水性高的煤，其可塑性和柔性增加，減少了煤體的應(yīng)力集中程度和強(qiáng)性，因此充水性高的煤，突出危險(xiǎn)性小。

3 煤層厚度及其變化

1）煤層厚的地段，在其他因素相同的情況下，較易發(fā)生突出。煤層愈厚，生成的瓦斯多，儲(chǔ)集的瓦斯內(nèi)能愈大，煤層受地質(zhì)構(gòu)造擠壓力作用，煤層愈薄，應(yīng)力主要集中于比煤層強(qiáng)度大的圍巖中傳遞，煤層厚，同樣大的應(yīng)力則主要在煤層中傳遞，增強(qiáng)了對(duì)煤的破壞程度，增加了突出的危險(xiǎn)性；

2）煤與瓦斯突出多發(fā)生在煤厚變化帶。這些地帶不僅有較大的瓦斯內(nèi)能，而且煤層受力也較復(fù)雜，應(yīng)力比較集中，煤層受到破壞，煤強(qiáng)度降低，使突出的危險(xiǎn)性增加。

4 煤系地層巖性

4.1 煤層圍巖

大量的資料表時(shí)，凡是突出井田，其煤層頂?shù)拙删哂幸欢ê穸榷^完整的屏障層組成，在此種條件下，瓦斯屬于封閉型，只發(fā)生臨界突出到弱突出者，瓦斯屬于半封閉型，無(wú)瓦斯突出危險(xiǎn)的屬于開(kāi)放型，福建省煤礦瓦斯均屬于開(kāi)放型瓦斯。

4.2 巖性對(duì)瓦斯突出的影響

一般來(lái)說(shuō)，泥巖比粉砂巖致密，易保存瓦斯。因此，泥巖所在比例愈大，瓦斯突出的危險(xiǎn)性愈大。

4.3 煤巖特征

根據(jù)大量的資料表明，致密塊狀，條帶狀的煤強(qiáng)度大，瓦斯含量低，在地壓的作用下，不易破碎，因此，一般為難突出煤，福建省大部份煤層都是致密塊狀，條帶狀等特征，為難突出煤。片狀結(jié)構(gòu)煤的強(qiáng)度小，但瓦斯含量小，也屬于難突出煤，粉粒狀、蜂窩狀結(jié)構(gòu)及網(wǎng)狀裂隙結(jié)構(gòu)煤，不僅瓦斯含量大，顆料之間的接觸面小，強(qiáng)度低，煤質(zhì)柔軟，一經(jīng)受地壓作用，這些微粒受到錯(cuò)移，微孔隙互相溝通，使瓦斯迅速解吸，形成巨大的瓦斯內(nèi)能，當(dāng)煤壁不能承受巨大的瓦斯內(nèi)能時(shí)，就會(huì)發(fā)生瓦煤和瓦斯的突出。因此，屬于易突出煤。

5 生產(chǎn)活動(dòng)

煤礦瓦斯突出與生產(chǎn)活動(dòng)等均有一定的關(guān)系。礦山壓力可使瓦斯壓力增加，從而增加瓦斯和煤突出的危險(xiǎn)性，有數(shù)據(jù)表明采動(dòng)后的礦山壓力比采動(dòng)前的平均垂直壓力大3倍～5倍，特別是掘進(jìn)迎頭的兩個(gè)隅角，礦山壓力集中，易發(fā)生瓦斯突出，地表下的煤、巖層在未經(jīng)采動(dòng)之前是處于應(yīng)力平衡狀態(tài)的，礦井下的采掘活動(dòng)破壞了這種平衡狀態(tài)，引起應(yīng)力的重新分布，以達(dá)到新的平衡，此時(shí)造成局部應(yīng)力集中，增強(qiáng)瓦斯突出的動(dòng)力，隨著采掘工程的推進(jìn)和礦山開(kāi)采深度的增加，礦壓也明顯增強(qiáng)，煤和瓦斯突出的危險(xiǎn)性加大。除以上影響瓦斯突出的這些因素外，水文地質(zhì)因素、巖漿巖、開(kāi)采規(guī)模、開(kāi)采深度以及采空區(qū)的密閉質(zhì)量等因素對(duì)煤和瓦斯的突出危險(xiǎn)性也有一定的影響。

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