影響煤與瓦斯突出的地質因素

李志永

清流縣煤炭行業(yè)管理辦公室，福建三明 365300

瓦斯是在煤礦開采過程中從煤和采空區(qū)逸出的各種有毒、有害氣體的總稱。在采煤生產過程中，一瞬間（幾秒鐘），采掘工作面或巷道某處突然被破壞，迅速逸出大量瓦斯，同時拋出大量的煤、巖碎塊和煤粉，這種現(xiàn)象叫煤與瓦斯突出，簡稱“突出”。它可分三種類型：即突出、傾出和壓出。產生突出的基本條件是：1)必須存在高壓的瓦斯源，這是突出的動力和內因；2)必須有采掘活動的誘發(fā)，這是突出的導火索和外部因素。影響突出的地質因素主要有地質構造，煤質、煤層厚度，頂?shù)装鍘r石性質等等，下面分別闡述這些地質因素。

1 地質構造

對于煤層頂?shù)装鍘r石透氣性小的礦井，煤層中的瓦斯含量很大程度取決于地質構造，地質構造如褶曲、斷裂對煤層瓦斯影響作用有雙重性：一方面具有釋放煤層瓦斯作用，另一方面又具有積聚煤層瓦斯的作用，地質構造類型不同，但有一個共同的特征，即在地質構造的形成過程中，形成兩個相反分帶，即地應力釋放帶和地應力集中帶，相應的在煤層中的瓦斯也出現(xiàn)相反分帶，在地應力釋放帶中的瓦斯含量降低，而在地應力集中的煤層瓦斯含量升高。

從大區(qū)域地質構造來看，突出與區(qū)域地質背景相關聯(lián)。例如我國華南瓦斯涌出量大，突出次數(shù)多，強度大，始突深度淺。而華北煤田，大部分地區(qū)多不突出。這是因為華南經過多次構造運動，構造十分復雜。多為壓扭性褶皺斷裂。而華北多為張性或張扭性斷裂。

1.1 斷裂構造

1）一般情況和規(guī)律

張性斷層或裂隙，對煤層瓦斯起釋放作用。即所謂“張裂隙”。例如福建省區(qū)域構造大部份是張性斷裂構造，福建煤層瓦斯含量較低。但隨著埋藏深度的增加，排氣斷裂的排氣性能可能減小。壓性或壓扭性斷裂，對瓦斯起保存作用，即所謂“閉合裂隙”和遮擋斷層，逆掩斷層幾乎為遮擋型的，而傾角較陡的斷層有可能排氣。

2）關于“峰值”問題

在開放性斷層附近，瓦斯含量低，出現(xiàn)谷值，在斷層兩側一定部位，瓦斯含量升高，各出現(xiàn)一個“峰值”，再遠則是瓦斯含量正常值。

1.2 褶曲構造

煤礦巷道中常見的小型褶曲，一般對瓦斯含量影響很小，但中型成大型褶曲影響較大。區(qū)域性大型向斜埋藏深度大，瓦斯含量高；而大型背斜相對埋藏深度淺，瓦斯含量低。大型背斜的中和面以下則高。中型褶曲的瓦斯含量有三種情況：封閉條件好時，背斜較向斜瓦斯含量高，因為在封閉系統(tǒng)中，瓦斯只能沿煤層向高處運移。封閉條件不好時，向斜較背斜瓦斯含量高，因為背斜中的瓦斯易沿張性裂性逸散。在傾伏褶曲的轉折端，傾伏背斜較傾伏向斜瓦斯含量高，因為傾伏背斜的轉折端瓦斯運移距離長，受氣面積往上逐漸縮小，阻力變大。

2 煤質

2.1 揮發(fā)分

瓦斯含量隨著煤的變質程度升高而增加。在相同的條件下，揮發(fā)分越低，變質程度越高，因此瓦斯含量亦越高。隨著變質程度的增高，吸付能力隨之增加。

2.2 灰分

瓦斯突出強度與灰分會含量值成反比關系。煤中灰分增加，不僅增加了煤的強度，更重要的是：1）是減少了生成瓦斯的物質，如1t無煙煤可生成400m3的瓦斯。若灰分增加20%，則只能生成320m3的瓦斯；2）灰分多以分散狀或呈膠結構充填或分布于煤的結構組分的胞腔中，占據(jù)一定的吸附表面空間。降低瓦斯的吸附能力；3）灰分增加，提高了煤的強度，因此，灰會增高，減少了瓦斯突出的危險性。

2.3 水分

由于水分不僅能占去煤體中的一部份孔隙，而且水分子部分吸附在煤的表面，從而影響煤對甲烷的吸附能力，充水性高的煤，其可塑性和柔性增加，減少了煤體的應力集中程度和強性，因此充水性高的煤，突出危險性小。

3 煤層厚度及其變化

1）煤層厚的地段，在其他因素相同的情況下，較易發(fā)生突出。煤層愈厚，生成的瓦斯多，儲集的瓦斯內能愈大，煤層受地質構造擠壓力作用，煤層愈薄，應力主要集中于比煤層強度大的圍巖中傳遞，煤層厚，同樣大的應力則主要在煤層中傳遞，增強了對煤的破壞程度，增加了突出的危險性；

2）煤與瓦斯突出多發(fā)生在煤厚變化帶。這些地帶不僅有較大的瓦斯內能，而且煤層受力也較復雜，應力比較集中，煤層受到破壞，煤強度降低，使突出的危險性增加。

4 煤系地層巖性

4.1 煤層圍巖

大量的資料表時，凡是突出井田，其煤層頂?shù)拙删哂幸欢ê穸榷^完整的屏障層組成，在此種條件下，瓦斯屬于封閉型，只發(fā)生臨界突出到弱突出者，瓦斯屬于半封閉型，無瓦斯突出危險的屬于開放型，福建省煤礦瓦斯均屬于開放型瓦斯。

4.2 巖性對瓦斯突出的影響

一般來說，泥巖比粉砂巖致密，易保存瓦斯。因此，泥巖所在比例愈大，瓦斯突出的危險性愈大。

4.3 煤巖特征

根據(jù)大量的資料表明，致密塊狀，條帶狀的煤強度大，瓦斯含量低，在地壓的作用下，不易破碎，因此，一般為難突出煤，福建省大部份煤層都是致密塊狀，條帶狀等特征，為難突出煤。片狀結構煤的強度小，但瓦斯含量小，也屬于難突出煤，粉粒狀、蜂窩狀結構及網(wǎng)狀裂隙結構煤，不僅瓦斯含量大，顆料之間的接觸面小，強度低，煤質柔軟，一經受地壓作用，這些微粒受到錯移，微孔隙互相溝通，使瓦斯迅速解吸，形成巨大的瓦斯內能，當煤壁不能承受巨大的瓦斯內能時，就會發(fā)生瓦煤和瓦斯的突出。因此，屬于易突出煤。

5 生產活動

煤礦瓦斯突出與生產活動等均有一定的關系。礦山壓力可使瓦斯壓力增加，從而增加瓦斯和煤突出的危險性，有數(shù)據(jù)表明采動后的礦山壓力比采動前的平均垂直壓力大3倍～5倍，特別是掘進迎頭的兩個隅角，礦山壓力集中，易發(fā)生瓦斯突出，地表下的煤、巖層在未經采動之前是處于應力平衡狀態(tài)的，礦井下的采掘活動破壞了這種平衡狀態(tài)，引起應力的重新分布，以達到新的平衡，此時造成局部應力集中，增強瓦斯突出的動力，隨著采掘工程的推進和礦山開采深度的增加，礦壓也明顯增強，煤和瓦斯突出的危險性加大。除以上影響瓦斯突出的這些因素外，水文地質因素、巖漿巖、開采規(guī)模、開采深度以及采空區(qū)的密閉質量等因素對煤和瓦斯的突出危險性也有一定的影響。

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