地質構造對煤與瓦斯突出的影響

張亞冉

[摘要]煤與瓦斯的突出是煤體與瓦斯受力失衡而引起的一種強烈的動力現象。其突出受瓦斯壓力、地應力和煤體物理力學性質等因素綜合影響和控制。

[關鍵詞]煤與瓦斯突出 地質構造

一、引言

所謂煤與瓦斯突出是指在壓力作用下,在極短的時間內,由煤體向巷道或采場空間拋出大量的煤炭,并噴出大量的瓦斯,不僅會造成人員傷亡,還會造成國家財產損失。因此,煤與瓦斯突出是嚴重威脅煤礦安全生產的重大自然災害之一。地質構造是廣泛存在的一種地質現象,它影響煤礦建設生產,是各種地質因素中最重要的因素之一。它不僅影響生產而且是影響煤厚、巖漿侵入、礦井瓦斯、水等的控制因素,同時也是誘發各種事故的因素之一,是誘發煤與瓦斯突出的主要因素。煤與瓦斯突出與地質構造是有密切關系的。為安全生產、防治煤與瓦斯突出必須加強地質構造的預報,及做好其它一些地質工作。

煤與瓦斯突出的預兆分為無聲預兆和有聲預兆兩類。(1)無聲預兆。①煤層結構變化,層理紊亂,煤層由硬變軟、由薄變厚,傾角由小變大,煤由濕變干,光澤暗淡,煤層頂、底板出現斷裂,煤巖嚴重破壞等。②工作面煤體和支架壓力增大,煤壁外鼓、掉碴、煤塊進出等。③瓦斯增大或忽小忽大,煤塵增多。(2)有聲預兆煤爆聲、悶雷聲、深部巖石或煤層的破裂聲、支柱折斷等。

每次突出前都有預兆出現,但出現預兆的種類和時間是不同的,熟悉和掌握預兆,對于及時撤出人員、減少傷亡具有重要的意義。

二、地質構造與煤與瓦斯突出的關系

1.根據大量研究成果說明,對褶曲構造來說,褶皺強烈或緊密褶曲部位,不協調褶皺、層間滑動或層間揉皺發育地帶、煤層產狀變化大的塊段、中小型向斜軸部、背斜傾伏段以及背斜中和面以下部位,牽引褶曲部位等,均是突出多發部位。

2.斷層對突出的影響比較復雜,大量研究實測資料和研究成果表明,突出具有明顯的分區分帶性,地質構造尤其是斷層構造控制突出的分區分帶性。一般認為斷層的產生是地應力釋放的過程,因而斷層的產生在一定程度上減少了突出的危險性,但是在很多時候斷層又作為煤與瓦斯突出的初始通道或突破口,因而需對其進行具體分析與研究。斷層的性質不同其對突出的作用及影響截然不同,一般情況下,壓性或壓扭性斷層為封閉性構造,瓦斯含量較高、瓦斯壓力大、因而突出危險性也大;張性斷層屬開放性構造,突出危險性小或者不突出。在封閉的邊界條件下,小斷層密集發育的地帶特別是低級別壓扭性斷裂發育地段、壓性或壓扭性結構面間所夾的塊段、地塹式構造的中間塊斷等,均易發生突出。

對于壓性或壓扭性封閉性斷層,根據實測資料,其瓦斯壓力分布具有一定的規律性,斷層帶附近,瓦斯壓力及瓦斯涌出量一般比較小,隨著距斷層距離的增加,其瓦斯壓力及瓦斯涌出量有一定的增加并存在較高的峰值,至一定的距離后又變為正常值,從而在距斷層一定的范圍內存在低值區、高值區和正常區。工程實踐表明,突出點通常都在瓦斯壓力及瓦斯涌出量升高區范圍內。另一方面,壓性或壓扭性斷層對突出的控制作用及其分布特征與斷層帶的應力分布狀態是相對應的,一般認為斷層是應力集中的部位,事實上這種說法并不準確,斷層帶中的應力狀態反而相對比較低,如果說其中應力較大,只能理解為其應力值與斷層帶本身很低的強度相對比較而言的,而在斷層兩側其應力狀態顯著變化,不但應力值顯著增加而且主應力的作用方向亦有明顯變化,只是在距斷層一定距離以外,其應力狀態才逐漸恢復到正常的應力狀態。

地質構造對突出有控制作用,但并不是所有的構造帶內都發生突出,不同的地質構造,同一地質構造的不同塊段,對煤與瓦斯突出的控制作用是不同的,掌握好這些規律對煤與瓦斯突出預測有一定的指導意義。

三、地質構造對煤體結構破壞的影響

在煤與瓦斯突出的機制中,煤體物理力學性質主要受煤的機械強度制約,煤的機械強度越小突出阻力就越小,突出發生的可能性就越大。煤的機械強度受煤體結構的制約,因此,煤體結構一定程度上反映了與瓦斯突出的難易度,控制著突出的發生。

煤體結構是指煤的構造結構。從地質意義上來說,煤體結構實際上是一種構造形跡特征,它反映了煤層應變歷史和應變特征。原生結構的煤結構穩定,層理好、煤質強度高;而原生結構遭受破壞后,煤層層理紊亂,破碎嚴重,煤質松軟酥碎,強度低。構造煤就是煤層受密集構造嚴重破壞的結果,其特殊的結構成為瓦斯集中區和應力弱面區,構造煤區長為煤與瓦斯突出的高發帶。

構造應力的作用,一方面使煤體產生密集的裂隙,煤體結構遭到破壞,煤體的機械強度減小,抵御外力作用的能力變小,突出阻力和突出所需的能量降低;另一方面煤體結構遭到破壞,煤的孔隙間距和內表面積變大,煤分層空隙率大,可以保存更多的游離瓦斯,透氣性差,一般能保持較高的瓦斯壓力,這為突出創造了動力條件。同時,構造應力的作用下,煤體結構遭到破壞,之后碎塊間發生相互擠壓,摩擦和揉搓,煤體碎塊逐步變小,甚至在其他高強度的作用力下,媒體碎塊會變為粉末狀,使煤與瓦斯突出往往發生在構造煤分層發育的地段。

構造煤發育區域為瓦斯突出的高發帶,掌握和研究“構造煤”形成規律和空間分布狀態,對研究煤與瓦斯的突出的發生條件,預測突出的可能性和強度,都有巨大的實際意義。因此,在實際生產中,地質人員應對構造煤有足夠的專業敏感度,遇到構造煤區,就應特別注重研究該區的地質構造狀況,力求準確判斷該區煤與瓦斯突出的可能性,精確預測突出的規律。但是我們不能僅憑構造煤來判斷突出事件是否會發生或預測煤與瓦斯突出分布規律,因為煤與瓦斯突出是受瓦斯壓力、地應力、煤體特征及圍巖條件等多種因素綜合影響、控制的。或者說,一定厚度的構造煤的存在是煤與瓦斯突出發生的基礎和必要條件,但并非是煤與瓦斯突出的充分條件。

四、結論

綜上所述,煤與瓦斯突出與地質構造的關系在煤礦正常生產進程中非常重要,因此必須充分做好地質預報工作,加強對突出煤層管理工作,采取各類安全防范措施,減少突出事故發生,做好安全生產工作。

參考文獻:

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[2]劉昭倫.地質構造對煤與瓦斯突出的控制作用[J].科技資訊,2006,(8).