云南省煤礦瓦斯事故統(tǒng)計(jì)分析及瓦斯區(qū)劃研究

穆 偉，苗亦新

(1.陜西煤田地質(zhì)集團(tuán)，陜西省西安市,710018；2.云南省一九八煤田地質(zhì)勘探隊(duì)，云南省昆明市,650218)

云南省煤炭資源豐富，煤種齊全，煤炭資源保有儲(chǔ)量居全國(guó)第8位，在南方14個(gè)省區(qū)市中居第2位，但賦煤區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，勘探程度不高，規(guī)模小，煤礦瓦斯災(zāi)害嚴(yán)重。根據(jù)《國(guó)家能源局關(guān)于組織開展全國(guó)煤礦瓦斯地質(zhì)圖編制工作的通知》(國(guó)能煤炭[2009]117號(hào))的要求，云南省發(fā)展和改革委員會(huì)進(jìn)行了統(tǒng)一部署，由云南省一九八煤田地質(zhì)勘探隊(duì)承擔(dān)并完成了云南省煤礦瓦斯地質(zhì)圖編制工作。在上述工作成果的基礎(chǔ)上，開展了云南區(qū)域性煤礦瓦斯事故統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)瓦斯事故特征。針對(duì)云南省賦煤地質(zhì)、構(gòu)造及煤礦瓦斯?fàn)顩r，對(duì)云南煤礦瓦斯進(jìn)行了區(qū)劃，以期為云南省煤礦瓦斯系統(tǒng)防治及綜合利用提供參考。

1 云南省煤炭資源分布及開發(fā)現(xiàn)狀

1.1 成煤時(shí)期與煤礦分布

云南省成煤過程從泥盆系至第四系，主要成煤時(shí)期有下石炭統(tǒng)、中二迭統(tǒng)、上二迭統(tǒng)、上三迭統(tǒng)及新近系5個(gè)時(shí)段。下石炭統(tǒng)含煤地層厚度274 m，一般厚100 m，含煤0～7層，可采煤層0～4層，一般1～2層，煤種以無煙煤為主，瘦煤次之；中二迭統(tǒng)含煤地層厚237 m，西薄東厚，含煤1～5層，一般僅1層可采，局部地區(qū)4層可采，煤層不穩(wěn)定，煤種以無煙煤、瘦煤為主，個(gè)別為1/3焦煤、貧煤；上二迭統(tǒng)含煤地層厚100～475 m，含煤18～73層，一般可采煤層8～20層，焦煤、無煙煤為主，次為1/3焦煤、貧煤、瘦煤，少量氣煤；上三迭統(tǒng)含煤地層沉積厚度最大達(dá)到8 000 m以上，一般為500～3 000 m，含煤1～5層，可采1～2煤層，1/3焦煤、無煙煤為主，少量貧煤、瘦煤、肥煤、氣煤、弱粘煤；新近系各賦煤盆地地層厚度差異極大，一般厚約數(shù)百米，最厚可達(dá)2 500 m，含煤一層至數(shù)十層，煤層厚度幾米至二百余米，褐煤為主，少量長(zhǎng)焰煤，間或氣煤、焦煤、弱粘煤、不粘煤[1-2]。

各成煤時(shí)期煤礦分占云南省煤礦總量：上二迭統(tǒng)成煤期煤礦占58.05%、新近系成煤期煤礦占20.23%、上三迭統(tǒng)成煤期煤礦占16.99%、下石炭統(tǒng)成煤期煤礦占3.15%、中二迭統(tǒng)成煤期煤礦占1.58%。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造與煤礦分布

區(qū)域構(gòu)造對(duì)成煤環(huán)境的控制及對(duì)后期賦煤區(qū)域的改造直接影響了煤礦的區(qū)域分布。云南控制賦煤區(qū)域分布的主要地質(zhì)構(gòu)造有金沙江-哀牢山-紅河斷裂、小金沙江-三江口斷裂、箐河-程海-賓川斷裂、元謀-綠汁江斷裂、普渡河斷裂、師宗-彌勒斷裂和小江斷裂等[3-4]。其中95.3%的煤礦分布于金沙江-哀牢山-紅河斷裂北東區(qū)域；68.6%的煤礦分布于小金沙江-三江口以東區(qū)域。

1.3 煤質(zhì)類型與煤礦分布

由于不同成煤時(shí)期環(huán)境差異性導(dǎo)致的成煤植物變化，形成了不同時(shí)代煤層煤質(zhì)的明顯差別。云南省中變質(zhì)以上煤種的煤礦數(shù)量占總量的60.57%，其中83.6%分布于小江斷裂以東的上二迭統(tǒng)賦煤區(qū)。不同成煤時(shí)期煤層的瓦斯賦存狀況明顯不同，從而導(dǎo)致煤礦瓦斯災(zāi)害危險(xiǎn)性程度的不同[5-12]。

1.4 云南省煤炭資源開發(fā)概況

云南省煤炭開采歷史悠久，全省煤礦1991-2020年共生產(chǎn)原煤13.52億t。近幾年隨著煤礦開采強(qiáng)度不斷加大產(chǎn)量有所增加，2019年煤炭產(chǎn)量為0.48億t，2020年原煤產(chǎn)量達(dá)到0.53億t。各產(chǎn)煤區(qū)礦井?dāng)?shù)量占比如圖1所示，由圖1可知,全省礦井主要分布于曲靖和昭通地區(qū)，礦井?dāng)?shù)量占全省礦井總數(shù)比例分別達(dá)到44%、21%。

圖1 云南省各產(chǎn)煤區(qū)礦井?dāng)?shù)量占比統(tǒng)計(jì)

云南省煤炭資源遠(yuǎn)景儲(chǔ)量較大，但賦煤區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、勘探程度不高、礦井規(guī)模小，同時(shí)，礦井災(zāi)害治理技術(shù)及裝備總體落后，礦井安全高效開采的保障任務(wù)十分艱巨。

2 云南省煤礦瓦斯事故統(tǒng)計(jì)分析

2.1 瓦斯事故總體情況

為了分析全省煤礦瓦斯事故特征，對(duì)區(qū)域瓦斯事故相關(guān)資料進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。1991-2020年全省煤礦瓦斯事故502起，其中昭通地區(qū)201起，事故起數(shù)占全省瓦斯事故起數(shù)的比例為40%；曲靖地區(qū)176起，事故起數(shù)占全省瓦斯事故起數(shù)的比例為35%，其他地區(qū)瓦斯事故情況詳見圖2。由圖2可知，全省瓦斯事故主要集中于昭通、曲靖、紅河及大理地區(qū)。尤其是昭通地區(qū)，雖然礦井?dāng)?shù)量占全省礦井?dāng)?shù)量的21%，但瓦斯事故總起數(shù)占全省瓦斯事故起數(shù)的比例高達(dá)40%。

圖2 云南省各產(chǎn)煤區(qū)1991-2020年瓦斯事故起數(shù)(占比)統(tǒng)計(jì)

2.2 瓦斯事故類型分析

1991-2020年云南省瓦斯事故各類型起數(shù)及死亡人數(shù)統(tǒng)計(jì)如圖3所示。由圖3可知，全省煤礦瓦斯事故類型主要有瓦斯爆炸及燃燒、瓦斯窒息和煤與瓦斯突出三大類， 其中又以瓦斯爆炸及燃燒、瓦斯窒息類型的發(fā)生起數(shù)和死亡人數(shù)占比最高，前者發(fā)生起數(shù)達(dá)到236次，死亡人數(shù)達(dá)到1336人；后者發(fā)生起數(shù)達(dá)到226次，死亡人數(shù)達(dá)到501人。

圖3 1991-2020年云南省瓦斯事故各類型起數(shù)(占比)及死亡人數(shù)(占比)統(tǒng)計(jì)

1991-2020年瓦斯事故各類型發(fā)生起數(shù)統(tǒng)計(jì)如圖4所示，由圖4可知，在1993年以前，瓦斯爆炸及燃燒和瓦斯窒息各占1/2，說明當(dāng)時(shí)的煤炭開采尚處于較落后的階段，瓦斯事故主要與安全認(rèn)識(shí)水平、設(shè)備可靠性及操作是否規(guī)范有關(guān)。從1994年開始，瓦斯爆炸及瓦斯燃燒事故所占比例明顯增大，瓦斯造成的窒息事故趨于減少；1997年后出現(xiàn)了煤與瓦斯突出事故，標(biāo)志著云南煤礦的開采已進(jìn)入始突深度。2003年以后，煤與瓦斯突出事故不斷發(fā)生、瓦斯爆炸及瓦斯燃燒事故總體下降、瓦斯窒息事故再次增多，說明云南煤炭開發(fā)進(jìn)入一個(gè)新的階段，即開采深度不斷加大，致使煤與瓦斯突出事故不斷出現(xiàn)；通風(fēng)的安全隱患增多，造成瓦斯窒息事故增加；而設(shè)備安全系數(shù)的提高使瓦斯爆炸及瓦斯燃燒事故總體下降。

圖4 1991-2020年瓦斯事故各類型發(fā)生起數(shù)統(tǒng)計(jì)

2.3 瓦斯事故與開采煤種關(guān)系分析

云南省產(chǎn)煤區(qū)主要開采無煙煤、焦煤、1/3焦煤等煤種，各煤種開采煤礦數(shù)量占全省煤礦總數(shù)的比例見表1。由表1可知，開采無煙煤的煤礦最多，占比為31.68%；其次分別為焦煤占比為18.06%，1/3焦煤占比為13.03%，肥煤占比為9.88%，長(zhǎng)焰煤、氣煤、氣肥煤占比為8.35%，褐煤占比為8.18%，瘦煤占比為5.96%，貧煤占比為4.86%。從瓦斯事故發(fā)生煤礦的煤種來看，瓦斯事故主要發(fā)生在高變質(zhì)的無煙煤、貧煤、瘦煤和中變質(zhì)的焦煤中，上述煤種瓦斯事故起數(shù)占瓦斯事故總量的比例達(dá)到94.46%。

表1 云南省各煤種開采煤礦及其瓦斯事故情況 %

3 云南省煤礦瓦斯區(qū)劃

為了便于全省煤礦瓦斯綜合治理、高效治理工作的開展，在統(tǒng)計(jì)全省煤礦1991-2020年瓦斯事故以及分析瓦斯事故特征的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了云南省煤礦瓦斯區(qū)劃方案。

3.1 云南省煤礦瓦斯災(zāi)害危險(xiǎn)程度分級(jí)

依據(jù)《煤礦瓦斯等級(jí)鑒定暫行辦法》的規(guī)定，并結(jié)合云南省煤礦開采現(xiàn)狀和瓦斯分布總體情況等，按瓦斯災(zāi)害危險(xiǎn)程度將云南省礦區(qū)劃分為新近系含氣區(qū)、瓦斯煤礦區(qū)、潛在高瓦斯煤礦區(qū)、高瓦斯煤礦區(qū)、潛在突出煤礦區(qū)和高突煤礦區(qū)等6個(gè)等級(jí)。

3.2 瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐旨捌涿瓌t

本次將云南省煤礦成煤時(shí)代、分布區(qū)域與瓦斯災(zāi)害危險(xiǎn)程度結(jié)合進(jìn)行瓦斯地質(zhì)單元?jiǎng)澐?，共分為兩?jí)單元?jiǎng)澐?。一?jí)劃分及其命名原則為成煤時(shí)期+煤礦瓦斯危害程度，如：下石炭統(tǒng)瓦斯～潛在高瓦斯煤礦區(qū)；二級(jí)劃分及其命名原則為區(qū)域(礦區(qū))名稱+成煤時(shí)代+煤礦瓦斯危害程度，如：威信～鎮(zhèn)雄上二迭統(tǒng)高突煤礦區(qū)。

3.3 云南省煤礦瓦斯區(qū)劃結(jié)果

依據(jù)上述煤礦瓦斯災(zāi)害危險(xiǎn)程度分級(jí)方法、地質(zhì)單元?jiǎng)澐旨捌涿瓌t，將云南省煤礦瓦斯災(zāi)害危險(xiǎn)程度地質(zhì)單元?jiǎng)澐?個(gè)一級(jí)瓦斯地質(zhì)單元、9個(gè)二級(jí)瓦斯地質(zhì)單元，詳見表2。

表2 云南省煤礦瓦斯區(qū)劃方案

3.3.1 下石炭統(tǒng)瓦斯～潛在高瓦斯煤礦區(qū)(Ⅰ)

大關(guān)～魯?shù)橄率拷y(tǒng)瓦斯～潛在高瓦斯煤礦區(qū)(Ⅰ1)： 位于滇東臺(tái)褶帶滇東北臺(tái)褶束五星背斜以北、黃華～鹽津背斜以南。單元內(nèi)主要構(gòu)造由西向東依次為白沙背斜、五寨向斜、箐門背斜、長(zhǎng)發(fā)洞背斜。最大相對(duì)涌出量為6.02 m3/t，最大絕對(duì)瓦斯涌出量為0.46 m3/min。

四營(yíng)下石炭統(tǒng)瓦斯～潛在高瓦斯煤礦區(qū)(Ⅰ2)：位于滇東臺(tái)褶帶昆明臺(tái)褶束嵩明臺(tái)凹。單元內(nèi)主要構(gòu)造為明良向斜，最大相對(duì)瓦斯涌出量為3.53 m3/t，最大絕對(duì)瓦斯涌出量為0.20 m3/min。

3.3.2 中二迭統(tǒng)瓦斯～潛在高瓦斯煤礦區(qū)(Ⅱ)

會(huì)澤～沾益中二迭統(tǒng)瓦斯～潛在高瓦斯煤礦區(qū)(Ⅱ1)：位于滇東臺(tái)褶帶會(huì)澤臺(tái)褶束小江斷裂以東、五星背斜南翼會(huì)澤斷裂以南、富源～陸良斷裂北西及南東區(qū)域。單元內(nèi)主要構(gòu)造有五星背斜、雨祿背斜,最大相對(duì)涌出量為7.91 m3/t，最大絕對(duì)瓦斯涌出量為0.99 m3/min。

3.3.3 上二迭統(tǒng)瓦斯～高突煤礦區(qū)(Ⅲ)

威信～鎮(zhèn)雄上二迭統(tǒng)高突煤礦區(qū)(Ⅲ1)：位于滇東臺(tái)褶帶滇東北臺(tái)褶帶五星背斜以北及黃華～鹽津背斜兩翼的上二迭統(tǒng)賦煤區(qū)域。 單元內(nèi)主要構(gòu)造有北東向的則底～黑樹莊～青山、石坎～馬河～牛場(chǎng)以古、新莊～洛旺～彝良及兩河～廟壩4個(gè)褶皺帶。主要可采煤層瓦斯含量變化為0.04～40.55 m3/t，平均9.10 m3/t，煤的破壞類型為Ⅲ類、瓦斯放散初速度為4.53 kPa、煤的堅(jiān)固性系數(shù)為0.4、煤層瓦斯壓力為0.81 MPa。

宣威～沾益上二迭統(tǒng)瓦斯、高瓦斯～潛在突出煤礦區(qū)(Ⅲ2)：位于滇東臺(tái)褶帶曲靖臺(tái)褶束宣威凹褶五星～雨祿斷裂北東部?jī)蓚?cè)的上二迭統(tǒng)賦煤區(qū)。單元內(nèi)主要構(gòu)造自北向南有龍?zhí)断蛐?、明德向斜、來賓向斜、寶山向斜和羅木向斜，最大相對(duì)瓦斯涌出量為29.64 m3/t，最大絕對(duì)瓦斯涌出量為3.03 m3/min。

羊場(chǎng)～恩洪～圭山上二迭統(tǒng)高突煤礦區(qū)(Ⅲ3): 跨揚(yáng)子陸塊滇東臺(tái)褶帶曲靖臺(tái)褶帶牛頭山隆起、宣威凹褶和富源凹褶以及華南褶皺系滇東褶皺帶羅平—師宗褶斷束，西以上二迭統(tǒng)賦煤地層沉積邊緣為界，向東延入貴州省，北至五星～雨祿斷裂南側(cè)，南至南盤江斷裂帶。單元內(nèi)主要構(gòu)造有羊場(chǎng)向斜、恩洪復(fù)向斜、老廠復(fù)背斜、圭山疊瓦狀構(gòu)造帶。主要可采煤層瓦斯含量為0.44～38.74 m3/t，平均5.87 m3/t，煤的破壞類型為Ⅱ-Ⅲ類、瓦斯放散初速度為0.73～3.07 kPa、煤的堅(jiān)固性系數(shù)為0.1～0.3、煤層瓦斯壓力為0.60～6.74 MPa。

大莊～丘北～廣南上二迭統(tǒng)瓦斯～潛在高瓦斯煤礦區(qū)(Ⅲ4): 西至小江斷裂東側(cè)，向東延入貴州省、廣西省，北以南盤江斷裂為界，南達(dá)越北古陸賦煤地層沉積邊緣。單元內(nèi)主要構(gòu)造為華南褶皺系滇東南褶皺帶個(gè)舊斷褶束、文山～富寧斷褶束和丘北～廣南褶皺束。 最大相對(duì)瓦斯涌出量為7.75 m3/t，最大絕對(duì)瓦斯涌出量為0.66 m3/min。

3.3.4 上三迭統(tǒng)瓦斯～高突煤礦區(qū)(Ⅳ)

綏江上三迭統(tǒng)瓦斯～潛在高瓦斯煤礦區(qū)(Ⅳ1)：位于滇東北臺(tái)褶束四川中凹陷區(qū)與滇黔褶斷區(qū)交界帶。單元內(nèi)主要構(gòu)造有五角堡～樓東背斜、銅車壩背斜、老林口向斜、羅漢坪向斜。最大相對(duì)瓦斯涌出量為8.10 m3/t，最大絕對(duì)瓦斯涌出量為0.91 m3/min。

環(huán)滇中上三迭統(tǒng)瓦斯～突出煤礦區(qū)(Ⅳ2)：西以小金沙江三江口斷裂為界、東至普渡河斷裂、南到金沙江哀牢山斷裂北段為界、北部至云南省界。單元內(nèi)主要構(gòu)造包括了揚(yáng)子陸塊麗江臺(tái)緣褶皺帶的鶴慶洱海臺(tái)褶束、永寧～永勝臺(tái)褶束和川滇臺(tái)背斜的滇中臺(tái)陷、武定～石屏隆斷束。最大相對(duì)瓦斯涌出量為14.19 m3/t，最大絕對(duì)瓦斯涌出量為5.86 m3/min。主要可采煤層瓦斯含量為0.04～4.00 m3/t，平均1.10 m3/t。

3.3.5 新近紀(jì)含氣盆地區(qū)(Ⅴ)

散布于云南全省各個(gè)盆地內(nèi)，各類斷陷、侵蝕構(gòu)造。昭通、蒙自褐煤盆地含氣量在1.60～1.80 m3/t之間。

3.4 瓦斯區(qū)劃結(jié)果可靠性分析

將云南省1991-2020年瓦斯事故發(fā)生情況與2010年208個(gè)主要煤礦瓦斯等級(jí)鑒定所獲瓦斯涌出量進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)劃分單元方案中瓦斯事故頻發(fā)的單元與煤礦瓦斯較高涌出量區(qū)域有較好的對(duì)應(yīng)性。煤礦瓦斯涌出量大的區(qū)域及瓦斯事故主要發(fā)生區(qū)域的昭通市、曲靖市、紅河州分別與煤礦瓦斯災(zāi)害危險(xiǎn)性程度的地質(zhì)單元的威信～鎮(zhèn)雄上二迭統(tǒng)高突煤礦區(qū)(Ⅲ1)和羊場(chǎng)～恩洪～圭山上二迭統(tǒng)高突煤礦區(qū)(Ⅲ3)相對(duì)應(yīng)；大理州、麗江市瓦斯事故次高發(fā)區(qū)與環(huán)滇中上三迭統(tǒng)瓦斯、高瓦斯、突出煤礦區(qū)(Ⅳ2)分布沿元謀～綠汁江斷裂展布、元謀～綠汁江斷裂與金沙江哀牢山斷裂交匯圖部、沿箐河程海賓川斷裂展布和箐河程海賓川斷裂與金沙江哀牢山斷裂交匯部地應(yīng)力集中作用區(qū)的煤礦相對(duì)應(yīng)。由此說明，此次云南省煤礦瓦斯區(qū)劃符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，是比較可靠的。

4 結(jié)論

(1)1991-2020年云南省煤礦瓦斯事故統(tǒng)計(jì)分析表明，全省瓦斯事故主要集中于昭通、曲靖、紅河及大理地區(qū)；瓦斯事故類型主要有瓦斯爆炸及燃燒、瓦斯窒息和煤與瓦斯突出三大類，隨著開采深度不斷加大，煤與瓦斯突出事故明顯增多；瓦斯事故主要發(fā)生在高變質(zhì)的無煙煤、貧煤、瘦煤和中變質(zhì)的焦煤中。

(2)云南省煤礦瓦斯具有明顯的區(qū)域分布特征，其區(qū)域性規(guī)律主要與成煤地區(qū)的成煤時(shí)代、瓦斯賦存規(guī)律、地質(zhì)構(gòu)造及其演化、煤礦開采現(xiàn)狀等有關(guān)。結(jié)合云南省賦煤時(shí)代分布、煤質(zhì)區(qū)域特征和控煤構(gòu)造規(guī)律，將云南煤礦瓦斯區(qū)劃為5個(gè)一級(jí)單元、9個(gè)二級(jí)單元。云南煤礦瓦斯區(qū)劃方案對(duì)于全省煤礦瓦斯綜合治理及瓦斯資源綜合開發(fā)具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。