貴州某煤礦掘進(jìn)工作面瓦斯突出主控因素分析

文精貴 潘福東 鄧成海 韋恩光

摘 要：本文以貴州某煤礦為工程研究對象，闡述了該礦開拓方式、煤層賦存特征、地質(zhì)構(gòu)造等工程概況，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)煤與瓦斯突出“綜合作用假說”，分析了地質(zhì)構(gòu)造、構(gòu)造煤、煤層厚度和傾角、頂?shù)装鍘r性、埋藏深度等主控因素對瓦斯突出的影響。

關(guān)鍵詞：綜合作用假說;瓦斯突出;主控因素

1、引言

貴州省煤礦煤層條件復(fù)雜，基本為高瓦斯礦井，每年發(fā)生的煤與瓦斯突出、瓦斯爆炸等事故的數(shù)量及傷亡人數(shù)在全國瓦斯事故中均處于前列，是我國煤礦瓦斯災(zāi)害防治的重點(diǎn)區(qū)域。國家安監(jiān)總局領(lǐng)導(dǎo)在六盤水市煤礦視察時(shí)指出，要立足煤層賦存情況和生產(chǎn)技術(shù)條件，探究瓦斯事故根源，遏制重特大事故的發(fā)生。

目前，關(guān)于煤與瓦斯突出的機(jī)理研究很多，國內(nèi)外學(xué)者提出了多個(gè)假說，雖然均由一定的理論支撐，能夠解釋部分煤與瓦斯突出發(fā)生的過程，但均不能解釋已發(fā)生的全部事故動(dòng)力現(xiàn)象。多個(gè)假說中，國內(nèi)外學(xué)者支持較多的是“綜合作用假說”。由于煤與瓦斯突出的根本原因不明晰，因此很難找到事故發(fā)生的根源，也就難以制定針對性的防治措施。

2、工程概況

貴州某煤礦地處高原山地，礦區(qū)內(nèi)地表起伏大，最大海拔相差300m左右。礦井可采儲(chǔ)量約2600萬噸，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60萬t/a。井田開拓方式為斜井開拓，單水平上下山開采，中央并列抽出式通風(fēng)，劃分為兩個(gè)采區(qū)，采用走向長壁采煤法開采，工作面斜長150～200m，全部垮落法處理采空區(qū)。

礦區(qū)內(nèi)含煤地層為龍?zhí)睹航M，可采及局部可采煤層共6層，主采11#煤層，各煤層特征如表1所示。

井田范圍內(nèi)斷層較多，落差較大的斷層有18條，對生產(chǎn)影響較大的是F89和F89-1，但未發(fā)現(xiàn)較大的褶皺、陷落柱等構(gòu)造，因此總體而言，井田地質(zhì)構(gòu)造中等。

3、某礦煤與瓦斯突出主控因素分析

煤礦生產(chǎn)條件復(fù)雜，諸多因素對煤與瓦斯突出產(chǎn)生影響，但誘發(fā)煤與瓦斯突出的關(guān)鍵因素究竟是什么？目前學(xué)術(shù)界仍沒有統(tǒng)一見解。根據(jù)“綜合作用假說”，煤與瓦斯突出是瓦斯壓力、礦山壓力、煤和圍巖自重綜合作用于采掘工作面，導(dǎo)致煤與瓦斯突出事故發(fā)生。下面，筆者將針對該礦主采的11號煤層，分析其埋藏深度、地質(zhì)構(gòu)造、斷層發(fā)育、煤層厚度和傾角、地板巖性、構(gòu)造煤等對瓦斯賦存及煤與瓦斯突出的影響。

（1）地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)構(gòu)造對煤層的賦存狀態(tài)和圍巖透氣性影響顯著，同時(shí)影響煤體的結(jié)構(gòu)。斷層可分為張性、張扭性、壓性及壓扭性斷層幾類，對于張性和張扭性斷層，由于宏觀表現(xiàn)為開放性，對瓦斯的排放起到促進(jìn)作用;而壓性、壓扭性斷層宏觀表現(xiàn)為封閉性斷層，對瓦斯排放起到抑制作用。因此，在開放性斷層附近瓦斯含量較小，而封閉性斷層附近瓦斯含量較大。

該礦11號煤層在采掘過程中發(fā)現(xiàn)3個(gè)較大的正斷層，在斷層面上附著一層細(xì)膩柔軟構(gòu)造膜泥，厚度不均，在其余小斷層帶發(fā)現(xiàn)構(gòu)造軟泥填滿巖石孔隙。同時(shí)，在斷盤附近發(fā)育有小斷裂或節(jié)理、裂隙，對瓦斯的賦存和逸散起到兩個(gè)相反的作用，一方面有利于瓦斯賦存，同時(shí)也有助于瓦斯逸散。

（2）構(gòu)造煤

構(gòu)造煤的顯著特征是內(nèi)表面積較大，對瓦斯的集聚顯然是有力的，容易形成弱面區(qū)域。

在該礦掘進(jìn)迎頭所取煤樣發(fā)現(xiàn)，主采煤層顏色呈黑色，半暗光澤，有部分條帶分布，強(qiáng)度較軟，普氏硬度系數(shù)f僅為0.15，用手輕捻就會(huì)成為粉末，屬于強(qiáng)烈破壞煤。以往的實(shí)踐表明，煤體破壞程度越大，煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性也就越大。

（3）煤層厚度和傾角

該礦11號煤煤層厚度變化大，最薄處僅有0.93m，而最厚處達(dá)到6.23m。煤厚變化會(huì)引起地應(yīng)力變化，如圖1所示。當(dāng)厚度由大到小變化時(shí)，地應(yīng)力水平分量逐漸增大，而瓦斯含量和瓦斯壓力則隨之減小，此時(shí)突出類型以壓出型為主;反之，當(dāng)煤層厚度由小變大時(shí)，地應(yīng)力在水平方向的分力指向巷道里端，從力的作用角度來看，這個(gè)水平分力對瓦斯突出具有抑制作用，但同時(shí)也有利于瓦斯含量的積聚，增大瓦斯含量，進(jìn)而更容易導(dǎo)致瓦斯突出。

此外，該礦11號煤層傾角為7～29°，平均21°，但整體變化比較平緩，對瓦斯壓力和瓦斯含量的影響不大。

（4）頂?shù)装鍘r性

受地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)的擠壓、拉伸等作用影響，煤層頂?shù)装鍘r層中存在大量空隙、裂隙，作為頂?shù)装鍘r層中瓦斯賦存和流動(dòng)的通道，若巖體中孔隙率較大，即巖層中空隙結(jié)構(gòu)廣泛發(fā)育，則煤層瓦斯會(huì)通過這些孔隙流動(dòng)到其他連通區(qū)域，甚至釋放到地表，不利于瓦斯的集聚。

（5）埋藏深度

該礦在煤與瓦斯突出防治中采用埋深作為主要研究參數(shù)。根據(jù)“綜合假說”煤與瓦斯突出機(jī)理，煤層內(nèi)大量積聚彈性勢能和瓦斯內(nèi)能以及煤層瓦斯吸附能力的增加，增大了煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性。

4、結(jié)語

本文簡要介紹了貴州某礦的煤系地層及煤質(zhì)、礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造情況，分析研究了11號煤層瓦斯賦存規(guī)律，指出瓦斯含量、壓力分布的受埋藏深度，圍巖巖性，地質(zhì)構(gòu)造和構(gòu)造煤等因素的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉彥偉. 煤粒瓦斯放散規(guī)律機(jī)理與動(dòng)力學(xué)模型研究[D]. 焦作： 河南理工大學(xué)， 2011.

[2] 杜澤生， 羅海珠， 孫波. 基于四率法的煤與瓦斯突出預(yù)測敏感指標(biāo)的確定[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù)， 2010，7（7）： 44-47.

[3] 趙孟軍， 宋巖， 蘇現(xiàn)波. 沁水盆地煤層氣藏演化的關(guān)鍵時(shí)期分析[J]. 科學(xué)通報(bào)， 2011， 27（7）： 110-114.

[4] 張雷林， 秦波濤， 陶文枝， 等. 新集二礦突出預(yù)測敏感性指標(biāo)及其臨界值確定[J]. 煤礦安全， 2012， 43（11）： 163-167.

作者簡介：

文精貴（2000.08），男，貴州龍里人，本科在讀，主要從事采礦工程方面的學(xué)習(xí)和研究工作

項(xiàng)目基金：國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201910977003）

（六盤水師范學(xué)院礦業(yè)與土木工程學(xué)院? ?貴州? 六盤水? 553004）