礦井煤與瓦斯突出地質因素分析及防治

任華榮

（山西蒲縣蛤蟆溝煤業有限公司，山西 臨汾041200）

我國是世界上煤與瓦斯突出事故最為頻發的國家，存在突出礦井多、分布區域廣、突出頻率高等特點。針對煤與瓦斯突出現象，國內外諸多學者對煤與瓦斯突出機理進行了大量的研究，并提出了相應的突出機理假說〔1－2〕。煤與瓦斯突出理論表明，煤與瓦斯突出涉及到瓦斯壓力、構造應力、采動影響等多種因素的突發性復雜動力現象，故難以直接觀測煤與瓦斯突出的過程，其中地質因素主導學說和綜合作用假說越來越受到研究人員的普遍認同。地質因素主導學說認為，不同礦井具有自身獨特地質因素，這些地質因素的不同造成了煤與瓦斯突出危險性和程度的差異，尤其是隨著礦井開采強度和深度的不斷增加，部分礦井地質條件不斷趨于復雜化，同時受到瓦斯含量和瓦斯壓力增加的影響，礦井煤與瓦斯突出傾向性不斷增加，故掌握礦井煤與瓦斯突出地質因素影響作用對于預防煤與瓦斯突出具有重要的作用。河南長虹煤礦隨著礦井開采深度的不斷增加，瓦斯動力現象有增大趨勢，為了預防瓦斯事故災害，結合采掘工作面地質因素分析和近年瓦斯動力事故案例，對該礦井煤與瓦斯突出與地質因素的關系進行總結和分析，以期為采掘工作面煤與瓦斯突出預測預報提供參考。

1 礦井瓦斯地質概況

礦井所采煤層為山西組一8、四7、二1煤層，其中二1煤層為主采煤層，經鑒定為煤與瓦斯突出危險性煤層。礦井設計產能為1.2Mt／a。二1煤層質軟易碎，強度較低，節理裂隙發育程度較高，中間含有0.2～0.25m的泥質夾矸；煤層頂底板巖性復雜，頂板巖層由下而上分別為泥巖、砂質泥巖和粉砂巖，局部出現砂質泥巖和粉砂巖互層現象，底板由上至下分別為泥巖、砂質泥巖和中粒砂巖；煤層和頂底板容易受到斷層等構造的影響出現局部碎裂區，且構造附近煤層易出現瓦斯異常涌出現象。根據礦井瓦斯地質研究資料可知：受到煤層埋深、厚度和變質程度的影響，礦井瓦斯由上而下呈不斷增大趨勢；礦井地質條件較復雜，即便對于同一煤層，瓦斯含量受到構造、煤層賦存條件、煤層變質程度等因素的影響也出現較大的不同，局部范圍內出現沿走向從西向東逐漸增高的規律變化。《礦井地質報告》顯示，二1煤層在37勘探線以東煤層瓦斯含量為3.16～15.6m3／t，為高瓦斯帶；26與37勘探線間煤層瓦斯含量為2.3～12.4m3／t，為中等瓦斯帶；26勘探線以西煤層瓦斯含量為0.34～4.42m3／t，為低瓦斯帶。根據礦井瓦斯涌出量測定試驗可知，不同采區范圍內相對瓦斯涌出量和絕對瓦斯涌出量分別為2.66～14.75m3／t和3.42～12.84m3／min。

2 煤與瓦斯突出特征及規律

煤與瓦斯突出已經成為威脅礦井安全開采的重大問題，對瓦斯動力現象進行統計分析，認為礦井煤與瓦斯突出存在一定的規律性：

（1）二1煤層為軟煤層，煤層頂底板巖性較復雜，容易受到地質構造的影響出現揉皺現象。分析煤與瓦斯突出事故均發生在煤層厚度≥2.0m的地帶，瓦斯動力現象中85%中發生在軟煤層≥2.0m的地帶。現場發現，煤層由薄變厚地帶煤與瓦斯突出數占總突出數的70%以上。

（2）礦井突出多發生在頂板呈厚層狀，裂隙發育的煤層中。根據現場調研可知，煤層頂板巖性為厚層狀泥巖、砂質泥巖和粉砂巖時容易出現突出，而煤層較破碎地帶未發生突出現象。二1煤層頂底板條件較復雜，盡管局部區域頂板條件較好，但也是容易出現煤與瓦斯突出的區域。

（3）礦井煤與瓦斯及其它瓦斯動力現象一般發生在煤層干燥，頂板無淋水區，尤其在瓦斯風化帶范圍內的頂板和煤層完整性較好的區域容易出現煤與瓦斯突出等瓦斯地質災害。

3 煤與瓦斯突出地質因素分析

3.1 煤層賦存變化與煤與瓦斯突出關系

煤與瓦斯突出理論研究表明，煤層厚度變化是影響煤與瓦斯突出的直接原因，國內諸多礦井開采實踐均表明，煤與瓦斯突出事故多發生在采掘區域煤層由薄變厚區域。該礦井所采二1煤層底板NW向隆起，造成煤層薄厚區域相間排列，同時也引起不同厚度煤層帶呈NW向展布；另外，局部小型斷層及構造帶的存在也會造成煤層厚度變化較大，且該區域受構造應力影響，在采掘過程中容易出現煤與瓦斯突出現象。

3.2 頂板水與煤與瓦斯突出關系

礦井東部和北部地表露頭有水源補給，西部的張村斷層的存在造成二1煤層與奧陶灰巖對接，南部的李洼村逆斷層為隔水斷層，礦井東、西和南部水勢較高，南部為隔水帶，故該礦區瓦斯儲存條件較好。二1煤層上方的二疊系砂巖和下部的奧陶灰巖均為含水層，且二1煤層頂底板均存在較厚的泥巖和砂質泥巖隔水層，不利于瓦斯釋放。通過對礦井瓦斯含量梯度變化研究可知，在礦井淺部區域瓦斯含量較高，局部區域瓦斯含量可達19.48m3／t，說明礦井淺部水源及斷層對瓦斯形成隔離，且水位漏斗區瓦斯含量較高，符合煤與瓦斯突出規律。

3.3 地質構造與煤與瓦斯突出關系

理論研究表明，煤與瓦斯突出與煤巖體壓扭性斷裂密切相關，采掘實踐表明，即使壓扭性斷裂落差不足1.0m的小型逆斷層附近也會出現煤與瓦斯突出現象〔3〕。從礦井煤與瓦斯突出統計分析可知，85%以上的突出均發生在落差H≤4.5m小型逆斷層附近，其中約有25%的突出出現在落差H≤1.5m的逆斷層附近。斷層控制煤與瓦斯突出的發生主要機理是：井田范圍內沿走向分布的大型斷層隔斷了瓦斯沿煤層傾向方向的通道，造成瓦斯局部富集；壓扭性斷層的存在造成煤巖體產狀發生急劇變化，形成應力集中帶；斷層的相對扭動和滑動造成煤巖體出現韌性剪切破壞，形成局部構造煤。從煤與瓦斯突出地質主導學說可知，突出主要受到地質應力的作用，即煤與瓦斯突出最易發生在瓦斯含量高的應力集中、構造煤發育程度較高的區域，該學說與該礦井煤與瓦斯突出規律相吻合。

3.4 開采深度與煤與瓦斯突出關系

生產實踐表明，隨著開采深度的不斷增加，煤層瓦斯含量不斷增加，煤與瓦斯突出危險性有增大趨勢。分析認為，隨著開采深度的增加，煤層瓦斯向地表運移徑向距離越遠，瓦斯散失難度越大，同時深度的增加一定程度增加了煤層頂底板密實性，降低了煤巖體透氣性，故隨著開采深度的增加，有利于煤層瓦斯賦存。研究表明，在瓦斯風化帶以下，煤層瓦斯含量和瓦斯壓力均在一定范圍內與開采深度呈正比，隨著開采深度的增加，一定程度增加了礦井煤與瓦斯突出危險性〔4－5〕。礦井所采二1煤層下山開采深度平均已超過800m，局部已進入深部開采水平，故深部開采也是引發二1煤層煤與瓦斯突出的重要因素。

4 煤與瓦斯突出防治

煤與瓦斯突出預防工作關乎礦井安全、穩定與發展，同時也涉及到地方安全管理水平。結合礦井實際，經過多年與瓦斯地質災害的不懈斗爭，礦井逐漸摸索出了一套適合于本礦井煤與瓦斯突出預防措施，即在“先抽后采、監測監控、以風定產”的基礎上，深入現場了解和掌握煤與瓦斯突出及其它瓦斯動力現象的主要因素，結合現場經驗和先進技術為雙重手段進行瓦斯預測預報和預防工作。現僅從瓦斯地質角度進行煤與瓦斯預防探討。

1）進一步加強礦井瓦斯地質理論研究，結合現場實際掌握煤與瓦斯突出規律，并合理選擇主要地質影響因素建立煤與瓦斯突出預測預報模型，提高預測預報的合理性和準確性。

2）按要求進行瓦斯等級鑒定和瓦斯地質分類，根據礦井實際規范瓦斯管理和防治制度，結合瓦斯地質因素做好構造帶、煤層變化帶、應力集中區等區域的防突和消突工作。

3）鑒于二1煤層松軟易碎，煤層透氣性較差，且煤層瓦斯賦存不均勻，在進行采掘作業時應制定科學合理的瓦斯抽放方案，并嚴格現場措施落實；同時，完善瓦斯地質災害應急預案，成立專門管理機構和搶險隊伍，提高瓦斯地質災害現場應急救援能力。

5 結語

通過對礦井煤與瓦斯突出統計分析可知，該礦井煤與瓦斯突出具有一定的特征和規律性，且煤層厚度變化、地質構造、開采深度、地下水等是引起煤與瓦斯突出的主要因素。在進行煤與瓦斯突出預防工作時，應結合現場實際，了解瓦斯地質因素對煤與瓦斯突出的影響，有針對性地提出礦井防突、消突措施。

〔1〕梁衛強，張寶鋼.礦井地質因素與瓦斯賦存之間的關系探討〔J〕.礦業安全與環保，2010，（1）：44－45.

〔2〕康 健.礦井瓦斯地質影響因素及事故防治探討〔J〕.科技情報開發與經濟，2010，20（18）：223－224.

〔3〕浦 峰.大灣煤礦煤與瓦斯突出與地質因素的關系〔J〕.礦業安全與環保，2003，30（3）：72－73.

〔4〕譚西德，黃向紅，龍新良.馬鞍山煤礦煤與瓦斯突出的地質因素〔J〕.煤炭技術，2001，20（11）：60－61.

〔5〕宣孝忠，許文燦.平煤十三礦瓦斯地質工作淺探〔J〕.中州煤炭，2010，（7）：104－106.