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关于煤矿地质构造与瓦斯灾害的预测 关于煤矿地质构造与瓦斯灾害的预测 2012-3-8 170822 摘 要矿井采区采掘工作生产过程的瓦斯涌出量预测和煤层突出危险性预测是判断瓦斯危害程度,计算分配风量,确定瓦斯防治工程的依据;也是落实瓦斯治理“两同时、一超前”同时设计、同时生产、超前施工的前提。 0 引言 生产过程中的瓦斯涌出量与突出危险性与煤层的瓦斯含量直接有关,而现今煤层中保存的瓦斯量取决于煤层及岩层的透气性和煤的储存瓦斯性能吸附性能和孔隙率并不是煤层生成量的多少,而地质构造又是影响瓦斯储存的最重要条件之一。封闭型地质构造有利于封存瓦斯,开放型构造有利于排放瓦斯。在地堪测得的含量资料中,同一煤层的瓦斯量在不同的构造单元相差很大,突出危险性也不一样,这证明了井田中一些大中型构造直接影响着煤的瓦斯储存条件和受力状态,这些都在生产中得到验证并成为瓦斯灾害的依据。 老区从新庄孜矿北部到原谢二矿南部近10km,被诸多的压扭性斜切断层所切割,其中新矿北部位于F6断层两翼的46、44采区北翼,谢二矿F13-6、F13-5之间抬升为地垒地段,新庄孜矿中央的41、42采区下陷为地堑地段,在地垒地段瓦斯含量高,涌出量大,始突深度浅突出危险性大,突出煤层多。例如谢二矿1989年11月9日,42123轨道石门在接近F13-6断层破碎时发生岩石、煤、瓦斯突出,死亡9人,该矿在四水平开拓过程中曾发生特大型突出一次、大型突出2次、煤泥水溃决两次。已发生突出的煤层有13、11、9、4四个煤层,13槽始突深度60 m-127 m新矿46采区是该矿-412 m 以上瓦斯涌出量最大的采区,已发生突出的煤层有13、11、6、4四个煤层。其6槽始突深度205 m-187m。新区潘一、潘二矿煤系地层为一顶部曾被剥蚀的倾伏背斜构造。其中潘一矿以斜切井田中央偏西的F4断层为界,断层以东13槽瓦斯含量高、突出危险性大。根据地勘资料在一水平13槽东翼瓦斯含量比西翼瓦斯大一倍。始突深度东是-450 m。位于潘集背斜倾覆端的潘二矿,断层密布13槽,除南翼个别块段含量偏高,其余与潘一东翼是相同,而处于背斜核部的全荫蔽的4、3、1煤层,瓦斯含量在矿区相对最高,突出危险性也大。 1 预测方法的建立与应用 上世纪80年代,随着潘一、潘二、新庄孜46采区等相继投产,由于这些矿井采区实际瓦斯涌出量比设计中所依据的瓦斯量大得多,矿井风量不足,瓦斯防治工程不配套,严重威胁着矿井的安全,制约生产能力和经济效益。究其原因是矿山统计预测结果在瓦斯地质条件比较复杂的矿井不适用。探索新的预测方法已是生产矿井通风系统改革和新矿井设计中急待解决的问题,当时与抚顺煤科分院共同列题研究,在学习国外有关研究成果的基础上,建立了淮南矿务局瓦斯涌出量预测规定。这个方法是根据地勘中提供的各构造单元、各煤层的瓦斯含量找出分布规律;并根据各个采面的采煤方法、生产能力、煤巷的瓦斯涌出量及其来源,再按照不同时期矿井同时生产的采掘面汇总计算采区矿井的瓦斯涌出量作为通风、抽放设计组织生产的依据。这个方法的特点是瓦斯预测与地质构造、生产动态相结合。例如潘一矿通风设计中按F4断层为界分别预测一水平东翼最大涌出量为3117 m/t,西翼为1026 m/t,相差达3倍。在突出危险性预期测方面,在防突细则颁发之前,在已发生突出的矿井,不同构造单元块段按煤层始突深度的瓦斯含量,划分为突出危险和无突出危险。例如新庄孜矿采区的6槽-187以下为突出危险区,而中央的4142采区-412 m以上仍为无突出危险区。以上两种预测的基础,都是以煤层的瓦斯含量及其分布为依据。 关于煤矿地质构造与瓦斯灾害的预测 2012-3-8 170822 2 煤层中突出危险的标志 按发生煤与瓦斯突出一般规律,地质与开发因素是密不可分的,在地质因素中,大中型构造控制煤层突出危险标志1构造破坏带。指断层破碎带,层间滑动褶曲火成岩侵入。2煤层赋存条件急剧变化。在淮南非破坏煤的赋存状态,在一个矿井范围内呈连续层状,层位稳定、厚度变化小、层理、节理明显,具有一定规律。煤层的倾角在同一构造单元也大致相同。所为赋存条件急剧变化,有煤层厚度急剧变化,倾角变陡,顶压、底鼓或顶底格状凸出。3工作面出现明显的突出预兆。包括预测打钻发生的喷孔、顶钻等动力现象,与地质构造有关的预兆可分为两种。一是煤结构的变化,有受强烈破坏的Ⅲ类煤,Ⅳ类粉碎煤,Ⅴ类全粉煤。这三类煤其光泽从半暗到暗淡无光泽,煤由层状、块状变为透镜状、小片状粒状、泥土状、层理、节理紊乱,煤质疏松强度低,看似块状,用手捻之成粉末。二是力学性的变通。有放散初速度增大,坚固性系数透气性变小,水份低,煤层增大等。 以上突出危险标志都是因地质构造采动应力破坏了煤的结构改变了煤的力学性能。这是国内外上万次突出观察和有关实验资料的总结。在淮南有不少于140多次的突出记录,在一些因赋有条件急剧变化,采动应力迭加而发生瓦斯异常涌出,造成灾害事故的实例。 例1新庄孜矿1998年6月12日,5606-8六号运煤石门掘进工作面发生岩石B6煤与瓦斯突出事故,突出煤岩量约650 t,突出瓦斯量12 000 m,2人死亡,1人脱险。 例2潘一矿1993年1月20日,16613轨道巷综掘落煤瓦斯异常涌出,高浓度瓦斯流途中遇运输撞击火花发生爆炸,死亡39人;造成异常涌出的地质因素,只见到工作面前方顶板下压,宽1.5 m的岩石下切1.3 m。 例3谢二矿32321采面2次突出,其地质因素都是因工作面中部出现2030 m的坚硬岩石的底鼓带。 上述突出危险标志,也应作为非突出煤层中瓦斯含量大于矿井突出煤层始突深度含量的区域和突出威胁区域进行预测验证的标志。但是工作面前方和掘进巷道附近上述各类小构造目前尚无可靠的探测手段。可靠的方法是在采掘作业中严格按照防突细则的规定,采样测定突出指标。这是现阶段可行的预期测方法。 3 结语 综上所述,造成瓦斯危害的原因如下 1地勘中瓦斯含量采样测点太少,尤其主采煤层多数缺少相关资料。 2地质报告中即主采煤层提供突出危险性预测所必须的煤的破坏类型,瓦斯压力放散初速度,煤的坚固性系数四项指标。