屯蘭礦地質(zhì)構(gòu)造對鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)的影響

張軍龍 李建軍 魯博

（1.山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責(zé)任公司，山西 晉城 048006； 2.國家能源煤與煤層氣共采技術(shù)重點實驗室，山西 晉城 0482043； 3.中北大學(xué)理學(xué)院，山西 太原 030051）

煤與瓦斯突出事故是影響煤礦安全生產(chǎn)的主要因素之一。隨著礦井向深部開采，井下地應(yīng)力、瓦斯壓力及瓦斯含量增加，之前沒有出現(xiàn)過瓦斯突出危險性的礦井也已變成突出礦井。突出多發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造附近，因此地質(zhì)構(gòu)造成為防突的基礎(chǔ)和重點。屯蘭礦屬于煤與瓦斯突出礦井，地質(zhì)構(gòu)造屬于簡單～中等，在生產(chǎn)過程中遭遇各類地質(zhì)構(gòu)造（圖1），采取了多種安全措施，積累了一些經(jīng)驗。本文在前期工作的基礎(chǔ)上，通過對比屯蘭礦不同地質(zhì)構(gòu)造條件下的鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)，總結(jié)出兩者之間的關(guān)系，并利用它們的相關(guān)性指導(dǎo)礦井掘進防突工作，取得了較好的效果。

圖1 屯蘭礦地質(zhì)構(gòu)造及工作面位置示意圖

1 鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)

鉆屑解吸指標(biāo)是按照特定粒徑的煤樣的瓦斯解吸規(guī)律判斷突出危險性發(fā)生可能性的一種預(yù)測指標(biāo)，其中K1、△h2是我國突出礦井中最常使用的兩個工作面突出預(yù)測指標(biāo)[1]。

鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)值K1是表征煤的瓦斯解吸速度快慢的特性系數(shù)，反映了煤層瓦斯含量及卸壓初期瓦斯解吸速度的大小。K1值越大表明瓦斯解吸速度越大，煤層中積聚的瓦斯就越多，煤層突出危險性就越大。因該值測定操作簡單易行而得到了廣泛的應(yīng)用[2]。

2 地質(zhì)構(gòu)造與指標(biāo)K1 值關(guān)系

選擇構(gòu)造相對簡單和中等的典型工作面為例，對簡單和中等的地質(zhì)構(gòu)造條件下的鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)進行分析，討論兩者的關(guān)系，從而應(yīng)用到未來施工的工作面。

（1）簡單構(gòu)造區(qū)

A 工作面走向長2590m，傾斜長220m，工作面內(nèi)1、2、3 號煤合并，煤巖總厚度4.16～5.14m，平均厚度為4.65m，底板標(biāo)高770～842m。煤層整體呈向斜構(gòu)造，核部距巷口約1200m，軸向NW312°，東翼煤層傾角較大整體呈5°，西翼煤層傾角較小整體呈2°。有兩個小型正斷層，走向NE。

皮帶順槽巷K1值主要分布在0.12～0.17 之間，最大值0.25，距巷口353m，毗鄰斷層F1。最小值0.07和次小值0.08，距巷口900m 和1410m，可能與煤層產(chǎn)狀變陡有關(guān)。向斜核部為0.14，相對較低。

軌道順槽巷K1值主要分布在0.13～0.20 之間，最大值0.25，距巷口1605m，毗鄰斷層F2。最小值0.08，距巷口1870m 左右，可能與陷落柱有關(guān)。向斜核部為0.09，為次小值。斷層F1 附近K1值0.21，也有增大現(xiàn)象。

當(dāng)巷道開始掘進時，瓦斯含量達到4.8m3/t，相應(yīng)的鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K1達0.13。隨著掘進在向斜核部前、中，通過核部后，瓦斯含量逐步下降至4.5m3/t ，然后逐漸增加，可達6.2m3/t，與K1值的變化基本吻合。說明向斜核部裂隙封閉，瓦斯和K1值降低。

（2）復(fù)雜構(gòu)造區(qū)

B 工作面走向長1070 m（圖2），傾斜長260m，2、3 號煤巖總厚度為4.35～5.00m，平均厚為4.70m，底板標(biāo)高770～842m。煤層整體呈向斜構(gòu)造，核部距巷口約450～500m，軸向NE。巷道掘進時揭露有近20 個小型斷層，走向NE40°～53°，斷距主要集中在1.5m，最大斷距達11m。

皮帶順槽巷K1值主要分布在0.13～0.17 之間，有兩個最大值0.20，距巷口433m和550m，毗鄰斷層。最小值為0.10，距巷口810m 左右，位于向斜核部。

軌道順槽巷K1值主要分布在0.13 ～0.18 之間，最大值0.26 和次大值0.25，距巷口172m 和420m，均毗鄰斷層。最小值0.08，距巷口660m 左右，靠近向斜核部。兩條巷道斷層附近K1值均有明顯增大現(xiàn)象。

當(dāng)巷道開始掘進時，瓦斯含量達到7.1m3/t，相應(yīng)的鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K1達0.17，隨著掘進在斷層前、中，通過斷層后，瓦斯含量逐步下降至5.9m3/t 然后逐漸增加，可達6.3～7.5m3/t，與K1值的變化基本吻合。說明斷層附近裂隙增多、瓦斯和K1值增大。斷層寬度和K1增大值正相關(guān)。

3 應(yīng)用

C 工作面位于B 工作面西側(cè)（圖2），B 工作面構(gòu)造以寬緩向斜的背景下疊加了多條NW 向斷層為主，這種構(gòu)造向西延伸到達C 工作面，所以C 工作面具有相似的地質(zhì)構(gòu)造，B 工作面的生產(chǎn)為C 工作面生產(chǎn)提供了有利的經(jīng)驗。在C 工作面掘進過程中，當(dāng)K1＞0.2 時說明靠近斷層，此時應(yīng)加強防突和加強支護等工作，做好安全措施。

圖2 工作面構(gòu)造和鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)示意圖

4 結(jié)論

（1）屯蘭礦屬于煤與瓦斯突出礦井，采用鉆屑解吸指標(biāo)K1判斷突出危險性發(fā)生的可能性。利用這種方法，間接提高了生產(chǎn)工作效率，降低了煤與瓦斯突出危險，取得了很好的實用效果。

（2）在屯蘭礦，通過不同構(gòu)造條件下的鉆屑解吸指標(biāo)變化的對比，總結(jié)了兩者之間的相關(guān)性，認(rèn)識到了地質(zhì)構(gòu)造是影響鉆屑解吸指標(biāo)的重要因素。

（3）在NE 向斷層附近指標(biāo)K1值明顯增大，NW 向斜軸部附近明顯減小。其原因可能是在現(xiàn)今NW 向拉張應(yīng)力場作用下，NE 向構(gòu)造以引張為主，煤層松軟，裂隙增多，瓦斯增大。NW 向構(gòu)造以擠壓為主，裂隙封閉，瓦斯降低。