鶴壁六礦地質動力區劃及瓦斯災害預測研究

■　劉玉鼎

（兗州煤業股份有限公司楊村煤礦準備工區山東鄒城272118）

鶴壁六礦地質動力區劃及瓦斯災害預測研究

■劉玉鼎

（兗州煤業股份有限公司楊村煤礦準備工區山東鄒城272118）

地質動力區劃主要用于礦井動力現象的預測研究。書中以板塊構造學為基礎，以地質構造運動和巖體應力狀態分析為主線，系統地論述了地質動力區劃的原理和方法。編制了中國一級地質動力區劃圖，介紹了地質動力區劃在煤礦中的應用。地質動力區劃對煤礦的區域性地震災害的預測、大型工程設施的穩定性評價和動力現象預測與提供了科學依據和可行的方法。開辟了礦井動力現象預測和工程穩定性評價研究的新方向。

區域構造煤與瓦斯突出影響分析檢驗的運用

1　礦井概況

鶴壁礦區地處河南省北部，北緯35°26′00〃—36°02′54〃，東徑113°59′23〃—114°45′12〃。東與安陽市的內黃、滑縣連接，南與新鄉市的延津縣、衛輝市毗鄰，西鄰安陽市的林州市，北接安陽市的安陽縣、湯陰縣。現轄三區（淇濱區、山城區、鶴山區）、兩縣（浚縣、淇縣），全市14面積2182平方公里。京廣鐵路、107國道、京珠高速公路、鶴濮高速公路、壺臺公路從境內中部穿過，交通非常方便。（圖1）。

圖1　鶴壁六礦交通位置圖

圖2　鶴壁階地和凹地剖面圖

2　礦區斷塊的劃分

2.1區域構造的特點

表1　21101采區突出概況

通過運用地質動力區劃的方法，對礦區區域構造形式進行了初步分析，得出了鶴壁煤田的構造是典型的弧形與人字型的構造形式。在東西走向處于構造凹地區域，凹地的寬度大約為80 km，在南北走向處在平原和河南西部山區的交界處位置，在南北走向形成了三級階地，一級階地是太行山脈 (1876m)，二級階地是雞冠山區(857m)，三級階地華北平原 (126m)（圖2）。通過分析鶴壁礦區的衛星照片，能看到南北走向具有臺階式結構，臺階穿過東西走向凹地的中心，從鶴壁礦區的附近通過。所以礦區處在了斷裂帶的影響區域。通常凹地屬于拉伸區。鶴壁礦區處于凹地與階地的相交區域，處在斷裂帶的變形影響區內。鶴壁煤田的高瓦斯含量與高應力的地質背景由此而來，這些是預測鶴壁煤田的煤與瓦斯突出和檢測其應力狀態是非常重要的因素。

2.2地質動力區劃確定的活動斷裂對煤與瓦斯突出影響分析

2.2.1Ⅲ-2斷裂對煤與瓦斯突出影響分析

在Ⅲ-2斷裂影響區域一共發生了12次突出，突出煤量在120t以上的共有3次。因其活動性比較強，就使得煤與瓦斯突出的強度與次數都很大。Ⅲ-2斷裂影響區發生的突出情況見表1。

2.2.2斷裂交匯對煤與瓦斯突出影響分析

此區域共發生突出9次，這當中有3次煤的突出量多于142t(表2)。根據圖3可以看出，在斷裂Ⅳ-7與Ⅴ-3的交匯部分發生了2次突出；在Ⅳ-7與Ⅴ-12斷裂帶的交匯部分發生了3次突出；在Ⅴ-3與Ⅴ-12斷裂帶之間發生了4次突出。通過動力區劃方法，在1：5萬的地形圖上確定出了一條具有很強活動性的斷裂帶Ⅳ-7。這塊區域發生的絕大部分突出現象，基本是來自于Ⅳ-7斷裂帶的影響，Ⅳ-7、Ⅴ-3和Ⅴ-12這三個斷裂帶的交匯更是增加了煤與瓦斯突出的次數和強度。

經過上述分析，得知煤與地質動力區劃方法和瓦斯突出的發生，這兩部分對于確定活動斷裂帶有著很大的聯系。斷裂帶附近經常發生煤與瓦斯突出，尤其是多個斷裂帶的交匯部位更是突出的頻發地帶。大體來看，突出的強度與次數和斷裂的活動性呈正相關系。Ⅲ級的斷裂帶與Ⅳ級的斷裂帶比Ⅴ級的斷裂帶有更強的活動性，所以它的附近發生突出的強度更大，次數更多。通過圖中已經標注出的27次瓦斯突出，當中有23次是位于斷裂帶影響區或者是位于斷裂帶交匯部位，占總數的85.1%。

表2　斷裂交匯處瓦斯突出

圖3　21101突出區域位于多個斷裂影響區及其交匯部位附近

3　瓦斯參數的影響因素及分布規律研究

根據現有確定的資料和已知采煤工作面的相對瓦斯涌出量這兩部分因素求出的礦井瓦斯含量，又加上河南理工大學的瓦斯地質圖，通過回歸計算分析，我們繪制出了鶴壁礦區的瓦斯含量等值線圖(見圖4)。

在使用了煤與瓦斯突出多因素模式之后，通過運用識別概率的預測方法，掌握了鶴壁六礦二1煤層的分單元概率預測，找出了煤與瓦斯突出的安全區、威脅區和危險區。通過得出突出危險性概率值的分析統計結果，求出了鶴壁六礦二1煤層深部區域的突出危險性概率的最大值是0.81，最小值是0.16，井田東部的高應力區存在最大值，井田西部的低應力區存在最小值。

4　預測結果的使用檢驗

圖4　鶴壁六礦二1煤層瓦斯含量等值線圖

通過對全部井田的預測，檢驗結果大致分為了3個部分，第一部分是煤層淺部的安全區、第二部分是中部的突出威脅區、第三部分是深部的突出危險區。課題完成至2008年，發生了三次突出。（1）礦井3402工作面下順槽-365m標高于2006年3月6日發生了一次突出，煤體整外移平均達4m，推翻一架叉子棚，煤體暴露面呈整體，裂隙較為發育的整體塊狀煤，自然坍塌角45o，面煤較少，巷道幫壁，頂梁均無突出的煤塵，浮煤清理完后，窩頭暴露出，巖石頂板傾角約40o，支架下幫沿柱頭向柱根方向破巖約0.8m，沿棚梁方向約0.5m，上幫梁頭以上空0.9m到頂板，上幫空幫0.8m，向前空1.5m。（2）3105下順槽-431.4m標高2006年3月17日，發生一次突出。煤體整體外移30多噸，煤體有光澤，靠近頂部1米強度較低，手捏煤體易粉碎為面狀小顆料，下部較硬，手捏煤體不易粉碎；浮煤清理完后，窩頭暴露出，巖石頂板傾角約12o，巷中到上幫頂板脫落一層0.6米厚巖石，支架下幫梁頭見頂板巖石，上幫梁頭以上空0.3m到頂板，上幫空幫0.8m，向前空3.8m(破碎煤)。（3）2008年10 月13日22時41分，六礦21431綜采工作面發生煤與瓦斯突出事故，突出煤量約400t，瓦斯量51583m3。三次突出地點均位于模式識別確定的有危險的突出區域。通過結果我們可以看出來，這種使用檢驗的預測結對礦井處理煤與瓦斯防治突出的工作起到了很好的指導作用。

圖5　鶴壁六礦二1煤層突出危險性區域預測

P713[文獻碼]B

1000-405X（2016）-3-9-2

劉玉鼎（1982～），男，畢業于遼寧工程技術大學采煤專業，研究生，研究方向為采煤及安撤相關。