构造煤分布规律对煤与瓦斯突出的控制.doc

第 35卷第 2期 煤 炭 学 报 Vol. 35No. 22010年 2月 JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY Feb. 2010 文章编号 0253－99932010 02－0250－05 构造煤分布规律对煤与瓦斯突出的控制 邵 强 1, 王恩营 1, 王红卫 2, 殷秋朝 2, 霍光生 2, 李丰良 2 1. 河南理工大学 资源环境学院 , 河南 焦作 454000; 2. 郑州煤炭工业 集团 有限责任公司 , 河南 郑州 450006 摘 要 根据对华北 366对主要生产矿井统计分析 , 得出构造煤的区域分布主要受构造控制 , 挤压 构造带是构造煤主要分布区 , 其次是伸展构造带的边缘 , 伸展构造带的内部主要是原生结构煤分布 区 ; 构造煤的层域分布主要受煤厚控制 , 即构造煤主要发育在厚煤层中 ; 构造煤最发育的区域和层 位 , 煤与瓦斯突出也最严重 。 纵弯褶皱作用下构造煤主要形成在褶皱的翼部 , 断层作用下构造煤主 要形成在断层的上盘 , 因此 , 褶皱的翼部和断层的上盘也是煤与瓦斯突出最严重的部位 。 关键词 构造煤 ; 分布规律 ; 煤与瓦斯突出 ; 控制 中图分类号 TD713. 1 文献标志码 A 收稿日期 2009－07－11责任编辑 毕永华 基金项目 国家重点基础研究发展计划 973 资助项目 2005CB221501 ; 河南省教育厅自然科学研究计划项目 2009B620002 作者简介 邵 强 1963 , 男 , 河南渑池人 , 副教授 。 Tel 0391－3988771, E －mail weyshaoqiang163. com Control to coal and gas outburst of tectonic coal distribution SHAO Qiang 1, WANG En-ying 1, WANG Hong-wei 2, YIN Qiu-chao 2, HUO Guang-sheng 2, LI Feng-liang 2 1. Institute of Resources and Environment , Henan Polytechnic University , Jiaozuo 454000, China ; 2Zhengzhou Coal Industry Group Co. , Ltd. , Zhengzhou 450006, China Abstract According to the statistics and analysis of 366pairs of main producing mines in North China , the regional distribution mainly is controlled by tectonics , the extrusion tectonic belts are the main distribution areas of tectonic coal , the edges of extensional tectonic belts are the second , the internals of extensional tectonic belts are the third. The level territory distribution mainly is controlled by the thickness of coal seam. The areas and layers that tectonic coal distribution is the best are the most serious of coal and gas outburst , the tectonic coal ed in the longitudinal buck-ling mainly is in the fold limbs , the tectonic coal ed in the faulting mainly is in the hanging-wall block , so the fold limbs and the hanging-wall block are more serious of coal and gas outburst , too. Key words tectonic coal ; distribution ; coal and gas outburst ; control 按照综合假说的观点 , 煤与瓦斯突出是地应力 、 瓦斯压力和煤体结构 3个因素综合作用的结果 [1－2] 。 大量的突出点调查统计表明 , 发生突出的地点及其附 近一般都有构造煤发育 [3－4] 。 根据研究 , 构造煤是原 生结构煤在构造应力作用下形成的变形煤 , 因此 , 构 造煤发育区也是应力集中区 ; 另一方面 , 构造煤孔隙 度大 , 渗透性差 , 有利于瓦斯的保存 , 致使煤层中瓦斯 压力一般也比较高 ; 第三 , 构造煤强度及抵抗外力破 坏的能力较原生结构煤显著地低 , 最容易被破坏和抛 出等 [5－6] 。 上述研究说明 , 构造煤的发育体现了对煤与瓦斯 突出控制的综合作用 。 本文根据对华北板块晚古生代煤层构造煤分布 规律和煤与瓦斯突出区域分布的研究 , 从构造煤的区 域分布 、 层域分布和局部分布等不同层面研究了对煤 与瓦斯突出的控制 。 1 构造煤区域分布规律对煤与瓦斯突出的控 制 根据对华北 366对主要生产矿井统计和区域构 造发育规律的分析 , 得出构造煤区域分布规律受构造 控制 图 1 , 构造类型不同 , 构造煤发育的程度也不 同 , 主要体现在以下 3个方面 图 1华北板块煤体结构类型分布 Fig. 1Distribution of coal-body structure in North China plat 1 华北板块边界 ; 2 Ⅰ －Ⅱ 类结构煤 ; 3 Ⅱ －Ⅲ 类结构煤 ; 4 Ⅲ －Ⅳ 类结构煤 ; 5 Ⅳ －Ⅴ 类结构煤 ; 6 煤体结构条带边界 1 挤压构造带是构造煤主要分布区 , 如南华北 板块 、 华北板块北缘和鄂尔多斯盆地西缘 , 构造类型 主要表现为大型推覆构造和褶皱构造 , 在这些挤压构 造区 , 煤体结构类型主要为 Ⅲ －Ⅳ 类 , 是板块内煤体 结构类型分布最高的区域 。 2 伸展构造带边缘是构造煤次要分布区 , 如板 块中带太行山东麓 , 构造类型以正断层为特征 , 煤体 结构类型主要为 Ⅱ －Ⅲ 类 , 构造煤呈条带状 , 其展布 方向与构造线的展布方向一致 。 3 伸展构造带内部主要是原生结构煤分布区 , 如鄂尔多斯盆地 、 大同 宁武盆地 、 沁水盆地 、 渤海湾 凹陷 、 鲁西隆起等 , 盆地和隆起内部一般受到的构造 应力作用较弱 , 煤层变形较小 , 煤体结构类型主要是 Ⅰ －Ⅱ 类 。 从华北板块突出矿井统计来看 , 在 366对主要生 产矿井中 , 有突出矿井 74对 , 构造煤的主要分布区也 是煤与瓦斯突出比较严重的区域 表 1 , 如挤压构造 带 、 伸展构造带边缘及其内部 , 突出矿井所占比例分 别为 33. 1、 26. 6和 5. 1。 但同是挤压构造带 , 由于构造作用强度不同 , 煤与瓦斯突出的程度也有差 别 , 如南华北板块 、 华北板块北缘和鄂尔多斯盆地西 缘 , 突 出 矿 井 所 占 比 例 分 别 为 56. 9、 15. 8和 16. 7。 同一构造带内各矿区也不相同 , 如南华北板 块淮南矿区瓦斯突出最严重 , 突出矿井占 93. 8, 永 城矿区 永煤集团 无突出矿井 ; 太行山东麓安阳矿 区 、 焦作矿区突出矿井占 54. 5, 其他矿区突出较弱 5. 4 等 。 表 1煤与瓦斯突出区域分布 Table 1Regional distribution of coal and gas outburst 构造位置 主要矿区 主要矿井 － 突出矿井 /对 主要突出煤层 太原组 /山西组 突出矿井比例 / 挤压构造带 南华北板块 华北板块北缘 鄂尔多斯盆地西缘 淮南矿区 16－15/13－1、 11－2、 8 淮北矿区 16－7/7、 8 平顶山矿区 13－5/己 15－17、 戊 9－10、 丁 5－6 郑州矿区 9－6/二 1 永城矿区 永煤集团 4－0 通化 7－112/ 红阳和本溪 9－312/3、 5、 7 南票 、 兴隆 、 京西矿区 23－0 海勃湾 、 乌达矿区 12－0 石嘴山矿区 3－2/三 石炭井矿区 5－1/三 56. 9 15. 8 16. 7 33. 1 伸展构造带边缘 太行山东麓 焦作矿区 11－11/二 1 鹤壁矿区 8－3/二 1 安阳矿区 12－7/二 1 峰峰 、 邯郸 、 邢台矿区 48－0 26. 626. 6 伸展构造带内 鲁西隆起 渤海湾凹陷 山西隆起 鄂尔多斯盆地 淄博 、 肥城 、 莱芜 、 新汶 兖州 、 陶枣 、 临沂矿区 55－0 开滦矿区 8－212/9、 9－1、 9－2 阳泉矿区 11－2/3 潞安 、 晋城 、 西山霍西矿区 35－0 韩城矿区 6－3/3 东胜 、 离石乡宁矿区 33－0 25. 0 4. 3 7. 7 5. 1 2构造煤层域分布规律对煤与瓦斯突出的控 制 研究表明 , 构造煤层域分布规律主要受煤厚控 制 , 一般来说 , 含煤地层中厚度较大的煤层也是构造 煤比较发育的煤层 , 如华北板块北带太原组厚煤层 , 板块中带和北带山西组二 1煤 , 板块南带上 、 下石盒子 组厚煤层等 , 构造煤主要形成在厚煤层中 , 薄煤层相 对较弱 。 从突出矿井开采的突出煤层分布来看 , 在各个构 造带和矿区 、 矿井 , 开采的突出煤层主要为厚煤层 表 2 , 一般来说 , 煤层厚度越大 , 突出的频次也越 多 [4, 7－12]。 该特点说明 , 在一个构造区 、 矿区和矿井 , 厚煤层是突出最严重的煤层 , 当存在多煤层开采条件 时 , 优先开采突出危险性小或不具有突出危险性的薄 煤层是开展区域防突工作的必要选择 。 表 2煤与瓦斯突出与煤厚的关系 Table 2Relation between the thickness of coal seam and coal and gas outburst 煤田 、 矿区或矿井 主采煤层 平均煤厚 /m主要突出煤层 /突出频次 备注 太行山东麓煤田和豫 西煤田 山西组二 1煤 /太原组薄煤层 5. 0 6. 0/1.0 3. 0二 1煤 /100开采太原组煤层未发生过突出 红阳矿区 太原组 12煤 /山西组 7煤 3. 2/1. 312煤 /92.5据红菱煤矿 134次突出统计 开滦矿区 山西组 9煤 /太原组 12煤 7 8/3 49煤 /94.1 据马家沟煤矿和赵各庄煤矿 68次 突出统计 淮南矿区新区 上石 盒 子 组 C 13－1煤 /下 石 盒 子 组 B 4、 B 11－2、 B 8/山西组 A 3 4. 2/3.3、 2. 5、 2. 9/ 2. 6 C 13－1煤 /62.7据矿区 50次突出统计 , 突出次数分 别为 32、 12、 3、 2、 1次 淮北芦岭矿 下石盒子组 8煤 /9煤 、 10煤 9/3、 2. 78煤 /689煤突出占 32, 10煤无突出 平顶山矿区 丁 5－6、 戊 9－10和 己 15、 己 16－17、 己 15－17 3. 0、 4. 3、 3. 5、 1. 5、 5. 0 己组煤 /65.5 根据矿区 55次突出统计 , 突出次数 分别为 4、 15、 13、 7和 16次 3褶皱作用下构造煤对煤与瓦斯突出的控制 根据研究 , 褶皱构造一般是在纵弯褶皱作用下形 成的 , 褶皱作用初期 , 褶皱开阔平缓 , 构造煤主要形成 在褶皱翼部 , 转折端构造煤发育较弱 , 因此 , 煤与瓦斯 突出主要发生在褶皱的翼部 , 转折端突出危险性较 小 。 随着褶皱作用增强 , 褶皱紧闭程度增加 , 褶皱翼 部构造煤进一步发育 , 但厚度减薄 , 转折端形成构造 煤 , 且厚度增大 , 此时 , 煤与瓦斯突出危险性转折端可 能会大于翼部 ; 但由于煤层顶底板脆性岩石超过抗弯 强度将产生一系列纵张断裂或逆断层 , 因此 , 转折端 突出的危险性也受瓦斯封闭性的控制 , 对于背斜来 说 , 如果封闭性好 , 将比向斜更有利于突出 , 如果封闭 性差 , 造成瓦斯逸散 , 则不利于瓦斯突出等 。 煤层中 的褶皱一般以开阔褶皱和中常褶皱为主 , 构造煤主要 形成在翼部 , 因此 , 褶皱翼部通常突出的危险性较 大 [3, 13－15], 表 3统计数据反映了煤与瓦斯突出与褶皱 构造的一般关系 。 表 3煤与瓦斯突出与褶皱关系 Table 3The relation between the folds and coal and gas outburst 矿 区 矿 井 开采煤层 突出位置 /突出频次 备 注 韩城 桑树坪矿 山西组 3号煤层 南岔沟背斜与凿开河向斜的公共翼 /85.3据 68次突出统计 下峪口矿 山西组 3号煤层 北山子向斜轴部 /90据 10次突出统计 石嘴山 一矿 山西组二 3煤 NW 向次级向斜构造翼部 /100据 2000年之前突出统计 平顶山 十矿 丁 5－6、 戊 8－10、 己 15－17郭庄背斜东北翼 /100据 46次突出统计 十二矿 己 15－17煤 郭庄背斜两翼 /100据 26次突出统计 4断裂作用下构造煤对煤与瓦斯突出的控制 根据断层作用下构造煤形成机理的研究 , 构造煤 主要形成在断层上盘一定范围内 , 断层下盘发育较 弱 , 因此 , 断层上盘应当最有利于煤与瓦斯突出 。 但 是 , 突出的发生也与断层的瓦斯封闭性有关 , 如果断 层封闭性好 , 则距离断层越近突出危险性越大 , 距离 断层越远 , 突出危险性越小 ; 另一方面 , 断层的形成使 得地应力在断层位置得到释放 , 形成应力降低区 , 离 开断层一定距离形成应力增高区 , 又使得在断层位置 不利于瓦斯突出等 。 综合以上因素 , 包括构造煤 、 地 应力和瓦斯含量等因素 , 在离开断层一定距离处断层 上盘是最有利于煤与瓦斯突出的构造部位 [6, 16]。 断层性质不同 , 构造煤发育程度也不同 , 因此 , 在 正断层 、 逆断层 、 平移断层 3种切层断层中 , 逆断层应 当最有利于煤与瓦斯突出发生 , 其次是正断层 , 平移 断层可能介于二者之间 , 煤矿生产中常见正断层上盘 煤与瓦斯突出严重 表 4 。 推覆构造和重力滑动构 造作用下构造煤最发育 , 并且常常引起煤厚的巨大变 化 , 因此 , 推覆构造和重力滑动构造区也是瓦斯突出 最严重的区域 。 如豫西重力滑动构造区 , 二 1煤全层 构造煤发育 , 而且煤厚变化大 , 区域矿井瓦斯突出的 最小瓦斯含量仅为 4m 3/t; 徐宿推覆构造区西四坡逆 冲推覆构造上盘构造煤最发育 , 该盘芦岭矿和朱仙庄 矿均为突出矿井 , 而推覆构造下盘构造煤发育较弱 , 该盘桃园矿和祁南矿均为非突出矿井等 。 表 4煤与瓦斯突出与断层关系 Table 4The relation between faults and coal and gas outburst 矿 区 矿 井 突出次数 突出位置 /突出频次 备注 平顶山 八矿 8小型正断层上盘 /100根据突出与断层的关系统计分析 十二矿 11小型正断层上盘 /100 安阳矿区 龙山矿 35正断层上盘 /100 谢二矿 F 13－5、 F 13－6、 F 13－7正断层的上盘 淮南矿区 59正断层上盘 /62潘二矿 F 1－4和 F 11正断层的上盘 潘三矿 F 39和 F 37正断层的上盘等 北票矿区 16正断层上盘 /87.5统计的突出强度大于 100t 5结 论 1 构造煤的区域分布主要受构造控制 , 挤压构 造带是构造煤主要分布区 , 伸展构造带的边缘是构造 煤的次要分布区 , 伸展构造带的内部主要是原生结构 煤分布区 ; 构造煤的层域分布主要受煤厚控制 , 即构 造煤主要发育在厚煤层中 。 纵弯褶皱作用下构造煤 主要形成在翼部 , 后期也形成于转折端 。 断层作用下 构造煤主要形成在上盘 , 下盘较弱 。 2 构造煤对煤与瓦斯突出具有控制作用 , 构造 煤最发育的区域和层位 , 也是煤与瓦斯突出最严重的 区域和层位 。 一般情况下 , 褶皱的翼部和断层上盘构 造煤最发育 , 煤与瓦斯突出也最严重 。 参考文献 [1]何学秋 , 周世宁 . 煤和瓦斯突出机理的流变假说 [J ]. 煤矿安全 , 199110 1－7. 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