斯派爾煤礦瓦斯動力現象及預測分析

摘 要：煤礦瓦斯動力是一種煤礦瓦斯涌出現象，具體是指存壓在煤層中的瓦斯向外涌出，產生了瓦斯動力，有瓦斯動力參與的瓦斯涌出被稱為瓦斯動力現象。煤與瓦斯現象是瓦斯涌出的一種重要現象，這種現象成因比較復雜，主要發生在巷道周圍，煤層會發生運動并產生聲響。許多煤礦都有發生煤與瓦斯現象，這種現象嚴重地危害了煤礦的安全生產，也會影響到煤礦工人的生命安全。很多礦井礦井瓦斯動力現象時有發生，甚至非常頻繁，瓦斯動力現象給很多煤礦帶來了嚴重的困擾，為此很多專家投入了大量的精力和金錢對此展開研究，但仍未能發現非常普遍性的規律。斯派爾煤礦的煤與瓦斯現象也經常發生，為了避免這種情況對電廠造成更大的損失，我們對斯派爾煤礦的瓦斯動力現象進行了研究，并在此基礎上展開預測研究。

關鍵詞：斯派爾煤礦；瓦斯動力現象；預測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.079

地質構造、煤體結構、煤層變化等因素都會影響到煤礦的煤與瓦斯動力現象，我們對斯派爾煤礦瓦斯動力現象進行分析及預測就要從這些因素入手，并希望通過研究分析可以有效預防這些問題的發生。

1 瓦斯動力現象及預測簡析

瓦斯動力現象最常見的就是煤與瓦斯突出，通常會發生在工人正在進行采掘作業時，從四周的煤層中突然有大量的煤與瓦斯噴出，煤與瓦斯突出正是指這一噴出過程的突然性與迅速性。瓦斯動力現象出現的原因非常復雜，既有地質應力變化的影響，也有瓦斯自身變化帶來的影響，而煤炭開采過程中導致的煤層變化也會對其產生非常大的影響。這些因素共同作用之下導致了瓦斯動力現象的發生，而一旦發生了煤與瓦斯突出現象，輕則破壞煤礦內的各種設備，重則導致人員傷亡，甚至會使整個礦井陷入癱瘓。瓦斯動力現象預測是瓦斯動力想象防治的最有效手段，國內外專家對很多煤礦進行了長時間的研究與分析，研究結果顯示并不是每個區域都會發生瓦斯動力現象，瓦斯動力現象只會發生在整個煤礦的20%左右區域內，而且通常會集中在某個條形區域內。這項研究也表明瓦斯動力現象是可以有針對性的進行預測的，對瓦斯動力現象可能高發的區域進行深入研究和預測，在煤層開采過程中準備得更加充分，在最大程度上避免瓦斯動力現象的發生，保護煤礦安全與工人人身安全。

2 斯派爾煤礦現狀簡介

斯派爾煤礦位于云南省富源縣境內，周圍有簡易公路，交通較方便，設計生產能力為30萬t/h，在2011年開始投產。經過勘探發現斯派爾煤礦的瓦斯含量比較高，屬于高瓦斯礦井，發生瓦斯動力現象的概率很高。但是斯派爾煤礦的勘探研究工作并不是很完全，還未能形成系統化的危險性研究報告。當前煤礦內主要使用鉆屑指標來對煤礦的危險性展開預測，這種預測方法并不是非常準確，很難實現瓦斯動力現象的準確預測。近年來，為了更好地完成相關預測分析工作，斯派爾煤礦投入了大量的物力財力，與國內科研機構展開合作，對是斯派爾煤礦的瓦斯動力想象展開了深入分析研究，希望可以尋找到斯派爾煤礦瓦斯突出現象的規律與易發區域，在此基礎上展開有效預測，確保整個煤礦的安全高效生產。

3 斯派爾煤礦瓦斯動力現象產生原因及規律分析

斯派爾煤礦發生瓦斯動力現象的原因與其獨特的煤層條件、地質條件、瓦斯情況以及采取方式都有著直接的關系，正因為如此，斯派爾煤礦瓦斯動力現象也有著它的客觀規律，本文主要從這幾個方面進行分析。

3.1 煤層深度影響

斯派爾煤礦的開采標高普遍在1500米以上，可開采煤層的煤層深度很深，這一深度的煤質承受了很大的煤質壓力，地質用力導致煤層之間非常緊密，瓦斯很難有效的透過煤層散出。根據現有的勘探結果顯示，斯派爾煤礦的煤層中瓦斯含量很高。隨著開采過程的不斷深入，瓦斯含量會不斷積聚，如果不能夠采取有效措施進行及時處理，這些積聚的瓦斯終會有一天在薄弱環節爆發出現，導致瓦斯動力想象的發生。斯派爾煤礦的生產工作已經步入正軌，但是瓦斯治理和監控措施還很不到位，瓦斯動力現象發生的風險正在不斷加大。根據已有的研究成果判斷，每一個煤礦都存在著瓦斯動力現象發生的臨界深度，當挖掘作業未達到這一深度不會發生瓦斯突出，而當挖掘深度超過這一臨界深入，如果未能采取有效措施進行愈發，發生瓦斯突出的概率將會大大攀升。斯派爾煤礦暫時還未發生過瓦斯突出現象，但是有檢測顯示斯派爾煤層出現過并不明顯的動力現象，這也說明該煤礦內的瓦斯突出風險正在增加。

3.2 斷層導致瓦斯動力現象風險加大

斯派爾煤礦的地址構造相對比較簡單，通過勘測發現斯派爾煤礦內部存在著多條斷層，斷層對于瓦斯動力現象有著很直接的影響，在過往的研究中我們可以發現，很多斷層區域非常容易發生瓦斯動力現象，因為這些區域也往往都是瓦斯容易聚集的區域，大量的瓦斯聚集在這些斷層周圍，一旦地質發生變動，就會導致瓦斯劇烈涌出，形成瓦斯動力現象。斯派爾煤礦的斷層統計情況如下表所示：

由上表我們可以看出，斷層附近的瓦斯含量普遍偏高，這正是由于地質走向所導致的。在采掘過程中也能夠明顯感覺的瓦斯濃度的增加，這就要求我們在地質斷層附近的掘進和開采工作要格外注意。根據過往的經驗可以看出，在斷層之間的巷道從事采掘工作時，瓦斯動力現象明顯增多，當巷道掘進越靠近斷層，瓦斯動力現象發生的概率也越高。

3.3 煤層厚度與瓦斯動力現象的關系

煤層厚度對瓦斯動力想象也有這非常重要的影響，因為煤層越厚，通常情況下瓦斯含量會越多，瓦斯的涌出難度也越大，而含煤地質層的情況比較復雜，也會導致瓦斯涌出困難，容易發生瓦斯動力現象。斯派爾煤礦的煤層總體比較簡單，地質厚度在249.83m至285.32m之間，平均厚度為252.02m，煤層平均厚度在1.5米到2.8米，各煤層之間差距不大。研究煤層所在位置的地質厚度、煤層厚度及其變化情況對于瓦斯動力研究有著非常重要的意義，因為這些因素對于瓦斯產生的數量和涌出速度都有著直接的作用，深入了解這些因素可以幫助我們定量分析瓦斯動力現象發生的概率。endprint

3.4 巷道掘進作業方式及其帶來的煤層結構變化

巷道掘進過程中會影響煤層及地質結構發生變化，在變化過程中非常容易引起瓦斯涌出，因此巷道的作業方式及支撐保護方式對動力瓦斯現象有著直接的影響。斯派爾煤礦在掘進過程中主要使用了放炮落煤的方式，并使用錨噴作為永久支護。經過實地調查研究發現，斯派爾煤礦巷道內的地質壓力非常明顯，在巷道掘進過程中礦井方面并未能采取有效措施進行預防，也未能采取有效措施促進瓦斯排放，使得很多瓦斯都停留在巷道周圍，這給巷道的安全帶來了極大的安全隱患，巷道內經常會發生瓦斯含量超標報警。之所以會產生這種情況，是因為斯派爾煤礦所使用的掘進方式比較落后，在放炮的瞬間地質應力急劇變化，瓦斯大量涌出，但是由于不同區域所受到的影響不同導致瓦斯涌出很不均勻，很多瓦斯會在未來持續涌出，很可能引發瓦斯動力現象。

3.5 瓦斯治理措施對瓦斯動力現象的影響

斯派爾煤礦在瓦斯治理方面存在很多不足，正如我們前文所述，斯派爾煤礦在巷道掘進過程中使用的掘進方式是瓦斯持續涌出的一個重要影響因素，為了更好地判斷巷道內瓦斯濃度的變化情況，我們對斯派爾煤礦110701巷道的瓦斯最大濃度情況進行了監控，具體情況如圖1，圖2所示：

由圖1，圖2我們能夠看出，斯派爾煤礦的瓦斯濃度在放炮后一直比較高，這正是因為在放炮后未能采取及時有效措施進行治理所導致的，這種情況非常容易產生瓦斯動力現象。

4 斯派爾煤礦瓦斯動力現象預測分析

4.1 區域地質構造形式分析

想要對煤礦的瓦斯動力現象進行預測，首先需要對煤礦的區域地質情況進行詳細研究，了解地質變化過程以及現在的地質情況，在此基礎上分析人類活動將對煤礦產生哪些影響。斯派爾煤礦的地質構造相對比較簡單，情況比較容易摸清，這給斯派爾煤礦瓦斯動力預測工作減輕了很大負擔。

4.2 巷道周邊區域煤層分析

巷道是煤礦工作展開的主要區域，很多掘進工作都是在煤礦附近展開的，巷道周圍的煤層及地質層對瓦斯涌出有著最直接的影響?；谶@種情況，研究巷道周圍區域煤質情況對瓦斯動力現象預測分析有著非常重要的效果，在完成了相關數據的采集和整理過程后可以使用數值模擬軟件對其進行深入分析，預測未來可能會發生的瓦斯動力現象。

4.3 瓦斯動力現象探測

傳統的瓦斯預測方法會在工作面及其周邊進行打孔作業，根據幾個預測孔中瓦斯含量的變化來預測可能存在瓦斯動力現象，通過這種方法預測后得到的結果比較片面，很難代表真實情況。這是因為瓦斯在整個煤層區域的分配是不均勻的，例如在煤礦斷層區域瓦斯濃度含量就很高，而其它區域通常比較低。所以瓦斯檢測過程和探測應該更加全面，而且要進行長期檢測，對于整個瓦斯動力進行實施檢測，確?？梢愿觿討B化的掌握整體情況。

4.4 使用電磁輻射技術進行全面預測

電磁輻射技術是近些年來發展起來的一種地質科學檢測技術，它可以對各種不穩定的地質變化包括煤質變化進行檢測。其主要工作原理是對地質變化過程中產生的能量外泄中的電磁輻射進行檢查，這種方式能夠很好地完成煤質及瓦斯的非接觸連續動態檢測。而且測試時間很短，操作非常簡單，費用很低，適用于斯派爾電廠的煤與瓦斯突出檢測，可以在瓦斯動力現象發生前做出及時預警。為了更好地研究斯派爾煤礦的瓦斯動力現象，未來我們還需要完成更多相關實驗，并展開現場測試，在此基礎上展開電磁輻射的測試工作，這也能夠更與實際情況相符，有效實現瓦斯動力現象預測。

5 結論

斯派爾煤礦雖然還未發生過瓦斯動力現象，但是由于其地質特點和巷道作業方式很容易導致風險積聚，為了確保斯派爾煤礦長期穩定生產，保護礦井和工人的安全，礦井方面應該不斷加大研究力度，采用更多有效措施對瓦斯動力現象進行預測。

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作者簡介：魯偉，男，山東棗莊人，副總經理，主要從事礦山開采及安全方面的管理工作。endprint