長走向斷層對鉆孔噴孔的影響

江 坤 薛文和 王勇強(qiáng)

淮南礦業(yè)集團(tuán)謝一礦,安徽 淮南 232001

長走向斷層對鉆孔噴孔的影響

江 坤 薛文和 王勇強(qiáng)

淮南礦業(yè)集團(tuán)謝一礦,安徽 淮南 232001

鉆孔噴孔就是孔內(nèi)突出的一種表現(xiàn)形式，因此研究施工地點(diǎn)的瓦斯賦存狀態(tài)便可以從源頭上避免噴孔事故的發(fā)生。地質(zhì)構(gòu)造影響著瓦斯分布的均衡性、瓦斯儲存和排放，因此我們可通過對特殊的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行精細(xì)控制，從而達(dá)到有效的控制瓦斯噴孔這一事故的源頭。

抽排鉆孔；噴孔；瓦斯賦存；長走向斷層

drainage hole; spraying hole; gas storage; long strike fault

1 構(gòu)造對瓦斯賦存的影響

地質(zhì)構(gòu)造的分布直接或間接的影響著地應(yīng)力條件的變化、瓦斯壓力的分布、瓦斯含量的高低以及煤體吸附態(tài)瓦斯的釋放程度，因此可以說瓦斯賦存、構(gòu)造煤和煤與瓦斯突出危險區(qū)的分布都是受構(gòu)造控制的。

2 斷裂構(gòu)造影響瓦斯賦存的基本因素

2.1 壓力的影響

這里所說的壓力是指煤層瓦斯壓力，即煤層空隙內(nèi)氣體分子自由熱運(yùn)動撞擊所產(chǎn)生的作用力。煤儲層壓力，即作用于煤層空隙和裂隙空間上的流體壓力（包括水壓和氣壓），故又稱為孔隙流體壓力。

2.1.1 壓力與埋深的關(guān)系

煤儲層壓力總體上與埋深呈線性正相關(guān)關(guān)系，煤層埋深增加，儲層壓力隨之增高，但數(shù)據(jù)較為離散。我國煤層氣試井成果表明，埋深小于1000m時，絕大部分煤儲層的平均壓力均小于10MPa；當(dāng)埋深大于1000m 時，煤儲層平均壓力均大于10MPa，如平頂山、淮南等。

2.1.2 構(gòu)造應(yīng)力對于瓦斯聚集的影響

構(gòu)造應(yīng)力增加，有利于煤儲層壓力的保持，但往往導(dǎo)致滲透率降低，并給煤儲層的排水、降壓以及煤層氣的解吸、運(yùn)移、產(chǎn)出造成一定困難，使得瓦斯進(jìn)一步積聚，瓦斯氣體被封閉，壓力增加，在高地應(yīng)力區(qū)尤為如此。

2.2 瓦斯的儲存空間

瓦斯在形成噴出的另一個條件即是在煤層中要有良好的儲存條件，瓦斯在煤層中的賦存狀態(tài)主要有游離和吸附兩種，煤層內(nèi)瓦斯以吸附狀態(tài)為主，游離狀態(tài)為輔，而煤層內(nèi)存在的孔隙和裂隙是瓦斯氣吸附儲集的主要空間。

2.3 長走向斷層對鉆孔噴孔的影響

鉆孔快速鉆進(jìn)或破裂區(qū)內(nèi)煤體的失穩(wěn)拋出使富含高壓瓦斯的煤體突然暴露,地應(yīng)力和瓦斯壓力破壞、粉碎、拋出煤體,發(fā)動突出；突出的瓦斯急劇膨脹,推動、加速突出物向孔外運(yùn)移,高速沖出孔口,形成噴孔，噴孔常發(fā)生在瓦斯壓力大、瓦斯含量高的區(qū)域。

斷層對煤層內(nèi)瓦斯的賦存有著決定性的影響，對于長走向斷層來說，斷層的長距離延伸將各個破碎帶連通起來，形成一個大范圍的瓦斯賦存空間；長走向斷層的形成受構(gòu)造應(yīng)力作用，往往將一個大范圍內(nèi)的煤層進(jìn)行擠壓拉伸，影響煤層的面積較廣，受構(gòu)造應(yīng)力作用，煤層內(nèi)吸附態(tài)瓦斯含量大大增加，易形成高壓瓦斯，一旦有鉆孔將該區(qū)域揭露，瓦斯會在瞬間得到釋放，便形成噴孔。

3 工程實(shí)例

3.1 謝一礦F13-4斷層對-780mB6底板抽排巷鉆孔施工的影響

-780mB6底板抽排巷在施工過程中穿斷層F13-4，該斷層為NW～SN走向，在B6煤中走向長1800m，走向較長，為該礦影響生產(chǎn)較大的主要斷層之一，斷層附近伴生斷層發(fā)育，頂板為中細(xì)粒砂巖，底板為泥巖。巷道施工期間穿B6、B7、B8煤層，各煤層原始瓦斯壓力為1.6Mpa見表1。

-780mB6底板抽排巷施工后，向上施工抽排鉆孔，在F13-4斷層附近共出現(xiàn)3次噴孔，斷層附近的噴孔數(shù)量明顯多于該巷道的其它地點(diǎn)，均形成瓦斯超限，嚴(yán)重影響了施工安全。

3.2 影響因素分析

從圖1可以看出，F(xiàn)13-4斷層延伸較長，且伴生斷層發(fā)育，斷層的溝通性較好，層面兩側(cè)巖石裂隙和含水層中封存的承壓水、瓦斯以及煤層中的瓦斯(上盤煤層以及B6煤、B8煤瓦斯等)，開始沿斷層面(帶)運(yùn)移聚集，穿過斷層面的鉆孔為其提供了良好卸壓通道，當(dāng)鉆孔周圍的巖體強(qiáng)度承受不了水和瓦斯的壓力時，便沿鉆孔噴出。在噴孔的過程中，水和瓦斯攜帶的固體(煤巖塊)以及跨孔，容易造成鉆孔暫時性堵塞，從而出現(xiàn)間歇性噴孔，例如18組1#孔，便出現(xiàn)2次噴孔。22組9#孔預(yù)計穿斷層3條，終孔位置在斷層面內(nèi)；由圖1可以看出18組1#鉆孔穿B6煤實(shí)見斷層，該鉆孔施工在斷層F13-4附近，終孔位置與斷層延伸面相交，因此主要受該斷層影響發(fā)生噴孔。

4 結(jié)語

構(gòu)造對瓦斯的賦存有影響，但長走向斷層對瓦斯較為富集影響更為明顯，鉆孔施工至該區(qū)域時極易引起噴孔，因此在巷道施工鉆孔時應(yīng)提前將該區(qū)域內(nèi)的構(gòu)造賦存形態(tài)了解清楚，并對于鉆孔施工時制定相應(yīng)的施工措施，避免鉆孔抽采瓦斯時出現(xiàn)噴孔。

表1 -780mB6底板巷穿煤層瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)表

圖1 淮南煤田煤儲層壓力與埋藏深度之間的關(guān)系

[1] 黃旭超，程麗，陳宴勤，王艷華.穿層鉆孔噴孔發(fā)生的突變機(jī)理及防噴孔措施.煤礦開采,2010年第15卷第2期，（總第93期）

[2] 馬衍坤,馬衍乾,徐文全,宋大釗,馮占文.鉆孔周圍瓦斯運(yùn)移分析.中國科技論文

[3] 潘峰,葉青,李國旗,李建新,徐守仁.工作面打鉆又到突出機(jī)理分析及其預(yù)防措施.煤炭科學(xué)技術(shù),2011年12月第39卷第12期

[4] 傅雪海,秦勇,韋重韜,桑樹勛.煤層氣地質(zhì)學(xué).中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2003.10

Drill hole highlight is a form, therefore the research on the construction sites of the gas occurrence state from the source can avoid spraying hole accident. Geological structure influences the distribution of gas balance, gas storage and discharge, thus we can according to the special geological structure of fine control, can effectively control the gas hole of the accident source.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.06.032

江坤 (1982.02-)男、安徽淮南人 、助理工程師，主要從事礦井地質(zhì)工作。