煤礦地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯災(zāi)害的預(yù)測(cè)

張 崗

(山西陽泉煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司二礦，山西 陽泉 045000)

0 引言

瓦斯事故是煤礦事故中發(fā)生最為頻繁的一種。瓦斯事故的影響面積很大，還有很強(qiáng)的破壞力，會(huì)為人民及國(guó)家?guī)砭薮蟮膿p失。因此對(duì)于瓦斯災(zāi)害進(jìn)行相關(guān)研究是很有必要的。

1 煤礦地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯災(zāi)害的關(guān)系

在形成煤礦資源的時(shí)候，由于高溫和高壓環(huán)境下的物理及化學(xué)作用，會(huì)伴隨著形成一種無色無味的氣體，這種氣體就是瓦斯。當(dāng)瓦斯含量增加到一定程度就很容易發(fā)生燃燒或者爆炸。瓦斯災(zāi)害事故的發(fā)生，不僅與瓦斯自身的特點(diǎn)有關(guān)，還與其他因素有關(guān)。在褶曲或者斷層地質(zhì)構(gòu)造的煤礦中進(jìn)行開采時(shí)，很容易發(fā)生瓦斯以及煤的突出，導(dǎo)致瓦斯災(zāi)害事故的發(fā)生。

1.1 褶曲構(gòu)造與瓦斯災(zāi)害的關(guān)系

對(duì)于褶曲地質(zhì)構(gòu)造來說，中小型的斜軸部、背斜的傾伏段和煤層變化比較大的地方，就是瓦斯比較集中的地方。研究人員在山西陽泉礦統(tǒng)計(jì)了北頭嘴井的突出情況，研究數(shù)據(jù)顯示，在中型褶曲中，向斜軸的突出次數(shù)所占比例為83.9%，翼部占16.1%，背斜軸并沒有突出；在小型褶曲中，向斜軸的突出次數(shù)所占比例為15.7%，翼部占23.1%，背斜軸占61.2%。通過對(duì)數(shù)據(jù)的研究分析可以發(fā)現(xiàn)，在開采的過程中，瓦斯的突出主要集中在褶曲的向斜和背斜構(gòu)造中，這些部位的瓦斯含量較高，壓力較大，當(dāng)開采的工作面靠近這些構(gòu)造時(shí)，增強(qiáng)了移動(dòng)支撐壓力，再加上放炮的振動(dòng)影響，很容易發(fā)生瓦斯爆炸事故[1]。褶曲的構(gòu)造如圖1所示。

圖1 褶曲構(gòu)造圖

1.2 斷層構(gòu)造與瓦斯災(zāi)害的關(guān)系

斷層構(gòu)造的封閉性和透氣性都會(huì)影響到瓦斯的含量。開放性比較好的斷層，無論透氣性的好壞，瓦斯的含量都比較低，突出的危險(xiǎn)性比較??；封閉性的斷層在透氣性比較低時(shí)，會(huì)在一定程度上阻止瓦斯的排放，因此，瓦斯的含量會(huì)比較高，壓力也比較大，從而增加了瓦斯的突出性危險(xiǎn)。另外，斷層的規(guī)模比較大，斷距較長(zhǎng)時(shí)，突出危險(xiǎn)性會(huì)更大。研究人員在北票礦區(qū)對(duì)瓦斯的突出情況和斷層的關(guān)系進(jìn)行了研究，研究數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)斷距小于10 m時(shí)，突出次數(shù)為268，平均強(qiáng)度為28.4 t/次；當(dāng)斷距在10～20 m內(nèi)，突出次數(shù)為43，平均強(qiáng)度為29.8 t/次；當(dāng)斷距大于20 m時(shí)，突出次數(shù)為80，平均強(qiáng)度為44.55 t/次。通過對(duì)數(shù)據(jù)的研究分析可以發(fā)現(xiàn)，在斷距小于10 m的時(shí)候，突出次數(shù)最多，但是強(qiáng)度較小；在遠(yuǎn)離斷層的時(shí)候，突出的強(qiáng)度增大。這是因?yàn)閿鄬娱g的相對(duì)擠壓，改變了塊段內(nèi)煤層的厚度和產(chǎn)狀，嚴(yán)重破壞了煤體的結(jié)構(gòu)，從而增大了瓦斯的含量和壓力，很容易發(fā)生瓦斯爆炸事故[2]。

2 瓦斯的預(yù)測(cè)與預(yù)防

2.1 瓦斯的預(yù)測(cè)方法

礦山統(tǒng)計(jì)法：礦山統(tǒng)計(jì)法是應(yīng)用最為廣泛的瓦斯預(yù)測(cè)方法，該方法預(yù)測(cè)的結(jié)果直觀可靠，但是預(yù)測(cè)的深度不能超過150 m，因此，礦山統(tǒng)計(jì)法通常用于礦井的深度瓦斯預(yù)測(cè)。礦山統(tǒng)計(jì)法主要分2步進(jìn)行，①收集往年的通風(fēng)瓦斯資料報(bào)表，主要是使用追蹤法來收集相關(guān)的資料數(shù)據(jù)；②將收集到的資料數(shù)據(jù)錄入到計(jì)算機(jī)中，通過計(jì)算機(jī)的相關(guān)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的濾波整理，在整理的過程中要注意消除開采技術(shù)及自然因素的不利影響，接下來計(jì)算出瓦斯的預(yù)測(cè)深度及梯度的涌出量，這樣可以有效降低計(jì)算的誤差，得到正確的瓦斯預(yù)測(cè)結(jié)果。

含量法：含量法的原理是通過勘查和分析煤層的瓦斯含量和殘余的含量，依據(jù)煤層的瓦斯含量、鄰近層的瓦斯涌出率以及煤層的配采情況和采掘的比例，來計(jì)算出煤礦回采、掘進(jìn)過程和整個(gè)礦井中的瓦斯涌出量。雖然含量法的使用比較簡(jiǎn)單，易于操作，但是很容易受到相關(guān)因素的影響，比如，瓦斯源的厚度比例、瓦斯的涌出率和煤層配采及采掘的比例等等。

2.2 瓦斯災(zāi)害的預(yù)防措施

防止瓦斯積聚：主要從以下4方面入手，①保持良好的通風(fēng)，這是有效防止瓦斯積聚的最基本的方法，特別是在放炮的過程中，要保持通風(fēng)的連續(xù)性；可以選擇機(jī)械通風(fēng)的方法。該方法可以保證通風(fēng)的風(fēng)速和風(fēng)量，有效避免漏風(fēng)、循環(huán)風(fēng)的出現(xiàn)；另外，在進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)時(shí)，要注意保持風(fēng)筒末端和工作面之間的距離；②正確處理局部積存的瓦斯，在實(shí)際的開采中，煤礦頂板冒落的空洞內(nèi)、采掘機(jī)械切割部分的附近以及回采工作面的采空區(qū)邊界位置等，都是瓦斯容易積存的地方，要及時(shí)地處理掉這些積存的瓦斯，降低煤層內(nèi)瓦斯的含量在安全范圍內(nèi)；③進(jìn)行煤層高負(fù)壓瓦斯抽采降低煤層瓦斯含量，確保工作面開采時(shí)瓦斯涌出量處在安全范圍內(nèi)；通過低負(fù)壓抽采，使工作面上隅角瓦斯不超限，保障開采工作的安全進(jìn)行；④裝備煤礦安全檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，用科技手段檢測(cè)煤礦環(huán)境，出現(xiàn)瓦斯超限、報(bào)警撤出工作面人員并自動(dòng)切斷工作面電源防止電氣火花；⑤加強(qiáng)管理，安排專門的檢查人員按時(shí)地檢查瓦斯的含量和通風(fēng)情況，對(duì)于重點(diǎn)的瓦斯工作面，要增加檢查的次數(shù)，嚴(yán)格按照瓦斯檢查的制度進(jìn)行工作，確保開采工作的安全[3]。

防止瓦斯引燃：主要從3方面入手，①嚴(yán)格檢查作業(yè)人員和入井人員，嚴(yán)禁入井人員身上帶有煙草或引火工具進(jìn)入井下；在井下禁止使用電爐，更不可以明火作業(yè)，如果要進(jìn)行井下的燒焊工作時(shí)，要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定操作設(shè)備，同時(shí)要注意防治機(jī)械摩擦火花的產(chǎn)生；另外，要重點(diǎn)防范礦井下的火區(qū)，加強(qiáng)對(duì)該區(qū)域的管理；②維護(hù)好機(jī)電設(shè)備的防爆性能，在目前的開采工作中，會(huì)在礦井內(nèi)使用大量的電器設(shè)備，在一定程度上增加了電氣火花引燃瓦斯的可能性，因此，開采人員要正確安裝和使用井下的電器設(shè)備，而且要經(jīng)常對(duì)電器設(shè)備進(jìn)行檢查和養(yǎng)護(hù)，保證電器設(shè)備的性能完好，避免電器設(shè)備溫度過高而引燃瓦斯現(xiàn)象的出現(xiàn)；③要在采掘工作面內(nèi)的電器設(shè)備上安裝帶有延時(shí)功能的風(fēng)電閉鎖裝置，還要在瓦斯含量高的采掘工作面內(nèi)，安裝上帶有自動(dòng)檢測(cè)功能的報(bào)警斷電裝置[4]。

3 結(jié)語

煤礦的瓦斯會(huì)受到煤礦地質(zhì)構(gòu)造的影響。通過對(duì)煤礦地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯災(zāi)害預(yù)測(cè)的研究，可以有效地減少瓦斯爆炸事故的發(fā)生，保障了煤礦工作的安全進(jìn)行，從而促進(jìn)了煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。希望本文可以為相關(guān)人員研究煤礦地質(zhì)構(gòu)造和瓦斯災(zāi)害的預(yù)測(cè)提供參考[5]。