鑫隆礦區煤與瓦斯突出的主要規律

王百戰，王 江

(三門峽龍王莊煤業有限責任公司，河南 澠池 472434)

煤與瓦斯突出事故一直以來都是煤礦生產領域最為嚴重的動力災害，由于其影響因素的復雜性、后果的災難性以及事故的難預測性和突發性，嚴重制約著煤礦的正常發展以及職工的生命財產安全[1-2]. 隨著我國近幾年煤炭開采深度不斷增加，發生煤與瓦斯突出的可能性也越來越大。因此，進行煤與瓦斯突出的主要規律研究非常迫切[3-4].

國內外眾多學者對此進行了專題研究。胡千庭等[5]基于力學機理對煤與瓦斯突出過程進行了研究，得出采掘工作面周圍巖體原始應力遭破壞失穩和煤巖體的迅速拋出是發生煤與瓦斯突出的的主要原因。鮮學福、李成武等[6-7]結合理論算法和現場實例對煤與瓦斯突出過程機理進行了解釋，并得出瓦斯是煤與瓦斯突出能量的主要來源。韓軍等[8]通過對我國華北、華南等7個礦區進行實地勘察并對數據進行系統分析得出，地應力是誘發煤與瓦斯突出的關鍵因素，且在突出礦井中水平地應力普遍較高。李小雙等[9]基于實驗室平臺分析得出，煤與瓦斯突出現象是一種復雜的力學行為，是煤體、瓦斯壓力和地應力等因素耦合作用下產生的。雷文杰等[10-12]通過相似模擬對煤與瓦斯突出過程微震響應特征進行了專題研究，并得出臨突前的調整期是預測煤與瓦斯突出事故的關鍵時段，此過程中微震響應事件呈現出低能量高密度性。

由于煤與瓦斯突出事件的高度復雜性和地域分布差異性，目前尚未形成統一規范的理論體系能夠對煤與瓦斯突出事件進行普遍的闡述。根據資料記載顯示，鑫隆礦區歷史記載突出次數高達112次，突出總煤量高達12 778 t，單次最大突出瓦斯涌出量高達167 425 m3，多次煤與瓦斯突出的發生，影響了鑫隆礦區的安全生產。該礦區的突出事故大多為小型突出、中型突出和次大型突出，如果能有效地利用歷史突出資料，充分挖掘其內部規律，對避免安全事故的發生有重大的意義。因此，基于鑫隆礦區6對礦井中，4對煤與瓦斯突出礦井所發生的動力現象統計數據，對該礦區煤與瓦斯突出的一般特征及其分布規律進行統計分析。

1 煤與瓦斯突出的一般特征

鑫隆礦區作為典型的煤與瓦斯突出礦區，區域構造復雜，井田內局部發育有小落差、隱伏斷層，并伴有次一級褶曲。煤層平均煤厚2.3 m，傾角7°～11°. 鏡煤組最大反射率2.86%，平均密度1.56×103kg/ m3；其頂板、底板都為粉砂質泥巖、細砂巖，平均密度2.54×103kg/m3，孔隙率6.2%，單軸抗壓、抗拉強度分別為12.3 MPa、1.9 MPa. 鑫隆礦區瓦斯動力災害嚴重，煤層瓦斯含量16.8～18.6 m3/t，瓦斯壓力0.9～1.4 MPa，礦井在首采工作面掘進和回采期間發生多起煤與瓦斯突出事故。

1.1 始突深度

該礦業所屬煤礦由于煤層及瓦斯賦存條件、開采條件與技術的不同，其始突深度也呈現不同規律。對龍山煤礦、大眾煤礦和銅冶煤礦3對突出礦井始突深度、始突標高的近幾年數據進行統計，見表1. 其中，始突深度最大的是大眾煤礦，始突深度為304 m，最小的為龍山煤礦，始突深度為155 m.

表1 煤與瓦斯突出深度表

1.2 突出強度

突出煤量是表征突出強度的重要參數之一，理論條件下，可根據突出煤量的多少來劃分突出強度等級，一般可劃分為5種類型。對鑫隆礦業龍山煤礦、大眾煤礦、銅冶煤礦和果園煤礦4對突出礦井的歷史記載資料進行統計分析，得出其突出強度情況，見表2.

表2 突出數據統計表

以最為典型的龍山煤礦為例，5種突出強度類型均有發生記錄，其中，按照其發生次數進行排序為：小型突出(47.6%)>次大型突出(25.7%)>中型型突出(22.9%)>大型及特大型突出(3.8%). 大眾煤礦、果園煤礦、銅冶煤礦的突出強度規律分析也滿足此特征。

1.3 突出頻度

理論上以單位時間(一般為年)內突出的平均次數來表征突出頻度。對龍山煤礦、大眾煤礦和銅冶煤礦的資料進行統計分析，其突出頻度結果見表3.

表3 煤與瓦斯突出頻度表

由表3結果可知，龍山煤礦突出頻度最高，說明該礦受煤與瓦斯突出的災害影響嚴重，相比之下大眾煤礦與銅冶煤礦頻度稍低，突出頻度受礦井地質條件、煤層瓦斯賦存條件的影響。

1.4 突出壓力

理論上利用突出點在臨突前的瓦斯壓力表征突出壓力。對受瓦斯災害影響最為嚴重的龍山煤礦的瓦斯壓力資料進行統計分析，并進行預測，其結果見表4，圖1.

表4 龍山煤礦瓦斯壓力表

圖1 埋深與瓦斯壓力趨勢圖

根據表4及圖1可知，龍山煤礦的始突深度為215 m，且突出處的瓦斯壓力約為0.8 MPa.

1.5 突出類型

煤與瓦斯突出分為突出、壓出和傾出3種類型。對近幾年鑫隆礦區的煤與瓦斯突出類型進行統計，得出結果見表5.

表5 煤與瓦斯突出類型表

由表5可知，鑫隆礦區所屬礦井的主要突出類型以突出為主。其中，龍山煤礦突出次數占總次數的83%，大眾煤礦為87.5%，銅冶煤礦為65.2%，果園煤礦為65%. 可見，龍山煤礦和大眾煤礦受突出影響較多。

2 煤與瓦斯突出的分布規律

基于鑫隆礦區煤與瓦斯突出的一般規律分析結果，選取受煤與瓦斯突出影響最為嚴重的龍山煤礦為對象，從煤與瓦斯突出發生地點及作業方式兩方面，對該礦區煤與瓦斯突出的分布規律進行分析。

2.1 煤與瓦斯突出發生地點分布特征

1) 在巷道掘進過程中易發生煤與瓦斯突出現象。對龍山煤礦有準確巷道類型記錄的80次突出發生部位及其強度、次數進行統計，其結果見表6.

由表6可知，龍山煤礦煤與瓦斯突出一般發生在平巷中，71.25%占比且其發生強度較上山掘進巷道稍大。因此，在以后的實際生產中應有針對性地對該區域采取一定的防范措施。

2) 突出常發生在地質構造帶及煤層傾角突然變化處。通過對龍山煤礦有準確巷道類型記錄的80次

表6 突出強度同巷道類型表

突出部位的地質構造進行統計，具體統計數據見表7.

表7 突出部位統計數據表

通過表7可知，突出的發生受地質構造影響較大，斷層對突出的影響最大占53.6%，其次是煤傾角變化及褶曲。

2.2 現場作業對煤與瓦斯突出的影響

對龍山煤礦作業方式引發突出數據進行統計，其結果見表8.

表8 作業方式引發突出統計數據表

現場作業也是誘發突出的主要方式。根據表8可知，放炮由于巨大的沖擊破壞作用，是最主要的作業誘導方式，在全部作業誘導方式中占比74.67%.

3 討論與分析

鑫隆礦區作為典型的突出礦區，通過對其突出一般規律進行系統分析，并結合其突出發生的一般分布規律，可以得出發生煤與瓦斯突出的原因在于其地質條件和作業方式，其中斷層、煤層傾角忽變和褶曲的存在是造成該煤與瓦斯突出的地質因素，也是其內部因素。其次，就其現場擾動方面，該礦區采用炮采掘進，其巨大的沖擊破壞作用，構成了現場煤與瓦斯突出的外部誘因。

4 結 論

1) 小型、中型突出是鑫隆礦區煤與瓦斯突出的的主要形式，從其突出發生的突出強度、始突深度、突出壓力和突出頻度等方面分析，得出該礦區突出事故介于嚴重突出與一般突出之間。

2) 通過系統分析得出，鑫隆礦區煤與瓦斯突出大多發生于平巷，占比高達71%以上。因此，實際生產應針對性地對該區域采取一定的防范措施。炮采產生的瞬時能量釋放會使得破碎煤層和圍巖的穩定性驟降，建議根據前方煤壁和圍巖的穩定性決定每次炮采的裝藥量，防止打破其承受極限。

3) 從龍山煤礦基礎資料得出，鑫隆礦區煤與瓦斯突出的分布具有明顯的規律特征。其中斷層、煤層傾角忽變和褶曲的存在是造成鑫隆礦區煤與瓦斯突出的內部因素，炮采掘進因其巨大的沖擊破壞作用，是鑫隆礦區煤與瓦斯突出的外部誘因。