地質動力區劃方法在預測煤與瓦斯突出情況的應用

李享

摘 要:我國是產煤大國,煤炭作為戰略資源在我國經濟發展與社會發展中占有極為重要的作用,隨著社會的不斷進步,煤炭開采規模不斷擴大,開采技術和開采深度不斷發展,使得我國煤與瓦斯突出事故日益嚴峻。這些問題不但給國家和人民造成了嚴重的經濟損失,同時也嚴重威脅著每一位煤礦員工的生命。因此煤與瓦斯突出預測與預防就顯得尤為重要。本文通過對煤與瓦斯突出形成的原因,從而了解地質動力區劃方法在預測煤與瓦斯突出情況的具體應用。

關鍵詞:煤與瓦斯突出地質動力區劃應用

中圖分類號:TD712.7 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)05(c)-0074-01

地球板塊構造運動是地表地形地貌形成的根本原因,而活動斷裂的形成是構造運動的具體表現,人類世界發生的地震,海嘯等嚴重自然災害都和地球板塊運動有著必然的聯系。礦山工程作為人類挖掘千米的地表工程,自然會受到板塊運動及構造運動的影響,產生地質效應。這也說明煤礦業與地質與構造運動關系密切,尤其對煤與瓦斯突出有著重要影響；使得地質動力區劃方法煤與瓦斯突出中得到成功應用。

1煤與瓦斯突出的定義及其形成的主要原因

煤與瓦斯突出指的是煤礦區內破碎的煤與瓦斯在外在的壓力作用下使煤炭內部結構發生變化突然向工作區域噴發和涌入巨量的煤與瓦斯流的一種破壞現象。作為煤礦井內的一種自然災害,它不但能破壞巷道,摧毀儀器設備,還會使人窒息,嚴重的會引起煤礦內瓦斯爆炸造成無法預測的后果。

煤與瓦斯突出形成的原因主要有兩個方面；一個是客觀因素,也就是我們常說的由于地質斷層、地質結構運動、地球轉速、月球引力還有板塊漂移等自然因素。二是煤礦開采技術因素,包括開采的方法,回采的方向,煤礦挖掘時的爆破等等。同時這兩種因素并不是獨立存在的,他們是相對統一的,一方面由于地殼板塊不斷的漂移運動,導致地殼當中各級斷層的消亡與再生活動,另一方面由于由于地殼變動迫使巖石發生變形,從而使大量的應變力積聚在地殼中,由于人類進行的各類地下挖掘工程例如煤礦開采過程中的大量作業正好為積聚在地殼中的應變力提供了釋放的空間,進而產生煤與瓦斯突出等礦井動力現象。

大量實踐證明煤與瓦斯突出是煤炭,瓦斯,以及地應力三者相互作用的結果,而地應力是煤與瓦斯突出產生的必要條件,這說明地質動力區劃是預測煤與瓦斯突出情況的一個重要途徑。

2地質動力區劃方法定義

地質動力是指地球表面或內部發生的各種結構運動,及其產生的各種作用和影響。它是對整個地球地質構造運動進行研究,地質動力與地貌動力共同作用改變地球地形地貌。

地質動力區劃方法的定義:地質動力區劃是地質動力學的一個新興的分支學科,在20世紀80年代由俄羅斯地質力學和礦山研究測量院的學者巴圖金娜和佩雷霍夫首先提出,后來進過幾十年的發展和完善逐漸形成理論。它通過對地形地貌、地理構造、河流水系等基本形態及具體特征的分析,通過與地殼動力運動及衛星照片等資料相對比,確定并研究地質斷裂的形成以及各級斷塊之間的相互影響。以斷塊為模型,利用地應力測量等各種手段確定巖體應力的各種狀態,為人類從事的各項工程活動提供有效的地質信息和預測工程中可能出現的地質動力效應。地質動力區劃是集地質,測量,力學,地震學等為一體的交叉學科,特別是在煤炭開采方面,地質動力區劃方法已經在我國關于預測和研究煤與瓦斯突出問題中得到了成功的應用。

地質動力區劃的基本原理:(1)在地殼運動開始前的,地球表面由于地貌動力被夷平,現在的地貌是地球內在動力與外在動力共同作用的結果。(2)現在的地球板塊運動是以水平運動為主,垂直運動是地殼水平運動的另一種表現。地球表面的高低起伏是板塊運動的結果。(3)斷裂的形成就有時空上的斷續性、統一性。一次大的斷裂帶形成之前,總會有多處小斷裂,而斷裂的交接碰撞處是高應力區。

各級斷塊依據的原則.(1)地球表面的高地是受到地貌動力最小的區域,常常有可能是某一時期水平面上的山脈殘體。在區域劃分是這個點常常作為標點被采用。(2)根據地貌地形的特點來劃分各級斷塊,由于地殼運動,原來的高山部分變為湖泊,森林變成海洋處于不同的水平線上,這些都可以作為斷塊移動的特征。

突出點分布和各級斷裂的關系,煤與瓦斯突出原因比較復雜,大量事實證明煤與瓦斯突出與地質斷裂帶關系密切,較多的集中在構造運動區域,隨著開采規模和強度的增加,煤與瓦斯突出的區域有增強的趨勢。

3地質動力區劃方法在預測煤與瓦斯突出中的應用

地質動力區劃方法對煤與瓦斯突出區域地質構造形式的確定,地殼的區域構造形式是以板塊構造為基礎理論,采用繪圖法、趨勢面法、分形幾何等分析方法從宏觀到微觀的確定區域構造的具體形式,并對此進行評估分析。通過對地質構造區域性質與活動范圍的研究來確定其對煤與瓦斯突出的影響,有利于建立相關的地質構造模型。

地質動力區劃方法與巖體應力測量:巖體應力是煤與瓦斯突出發生的重要影響因素之一。目前人類確定巖體應力的方法有很多,廣泛采用的方法就是地應力的測量。通過對礦井內地應力的測量,確定應力場的各種具體情況,為下一步巖體應力的計算提供基礎數據。由于巖體本身的復雜性和形態的多變性,巖體應力的計算相對來說難度較大,我們根據巖體結構、區域構造等的狀態分析,采用多種分析方法和技術,建立區域預測動態分析模型。用數學研究的方法劃分危險區域,從而完成對煤與瓦斯突出的預測。

地質動力區劃方法在煤與瓦斯突出區域管理系統的應用:煤與瓦斯突出區域預測由于涉及的因素比較多,同時又涉及大量的圖紙,聲音,影像等多類信息資料,現在的煤與瓦斯突出管理系統是在采用GIS(地理信息系統)技術的基礎上對礦井的地質構造,煤體結構以及地應力在煤與瓦斯突出中的影響等進行研究。同時應用多種技術手段和方法進行科學的,多角度的預測管理使煤與瓦斯突出區域問題及時得到有效的預防及控制

煤與瓦斯突出區域的預測:進行區域預測的目的是劃定礦區內可能發生危險的,指導工作人員在危險區域內進行檢測和做好防護措施,確保礦區安全。煤與瓦斯突出的主要影響因素有地應力,瓦斯壓力及煤炭自身的物理性質變化。

4結論

地質動力區劃方法是一門新興的交叉學科,由于礦井技術的不斷發展,人們的進行的地底挖掘活動已經深入地下千米,勢必影響到地殼運動應力。地質動力區劃方法為人類解決采礦技術與自然環境因素之間的沖突提供了新的途徑,同時將GIS技術應用在預測煤與瓦斯突出區域的研究過程將更有利于煤與瓦斯突出預測的科學化和多維化發展。

參考文獻

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