貴州某煤礦掘進工作面瓦斯突出主控因素分析

文精貴 潘福東 鄧成海 韋恩光

摘 要：本文以貴州某煤礦為工程研究對象，闡述了該礦開拓方式、煤層賦存特征、地質構造等工程概況，在此基礎上，根據(jù)煤與瓦斯突出“綜合作用假說”，分析了地質構造、構造煤、煤層厚度和傾角、頂?shù)装鍘r性、埋藏深度等主控因素對瓦斯突出的影響。

關鍵詞：綜合作用假說;瓦斯突出;主控因素

1、引言

貴州省煤礦煤層條件復雜，基本為高瓦斯礦井，每年發(fā)生的煤與瓦斯突出、瓦斯爆炸等事故的數(shù)量及傷亡人數(shù)在全國瓦斯事故中均處于前列，是我國煤礦瓦斯災害防治的重點區(qū)域。國家安監(jiān)總局領導在六盤水市煤礦視察時指出，要立足煤層賦存情況和生產技術條件，探究瓦斯事故根源，遏制重特大事故的發(fā)生。

目前，關于煤與瓦斯突出的機理研究很多，國內外學者提出了多個假說，雖然均由一定的理論支撐，能夠解釋部分煤與瓦斯突出發(fā)生的過程，但均不能解釋已發(fā)生的全部事故動力現(xiàn)象。多個假說中，國內外學者支持較多的是“綜合作用假說”。由于煤與瓦斯突出的根本原因不明晰，因此很難找到事故發(fā)生的根源，也就難以制定針對性的防治措施。

2、工程概況

貴州某煤礦地處高原山地，礦區(qū)內地表起伏大，最大海拔相差300m左右。礦井可采儲量約2600萬噸，設計生產能力60萬t/a。井田開拓方式為斜井開拓，單水平上下山開采，中央并列抽出式通風，劃分為兩個采區(qū)，采用走向長壁采煤法開采，工作面斜長150～200m，全部垮落法處理采空區(qū)。

礦區(qū)內含煤地層為龍?zhí)睹航M，可采及局部可采煤層共6層，主采11#煤層，各煤層特征如表1所示。

井田范圍內斷層較多，落差較大的斷層有18條，對生產影響較大的是F89和F89-1，但未發(fā)現(xiàn)較大的褶皺、陷落柱等構造，因此總體而言，井田地質構造中等。

3、某礦煤與瓦斯突出主控因素分析

煤礦生產條件復雜，諸多因素對煤與瓦斯突出產生影響，但誘發(fā)煤與瓦斯突出的關鍵因素究竟是什么？目前學術界仍沒有統(tǒng)一見解。根據(jù)“綜合作用假說”，煤與瓦斯突出是瓦斯壓力、礦山壓力、煤和圍巖自重綜合作用于采掘工作面，導致煤與瓦斯突出事故發(fā)生。下面，筆者將針對該礦主采的11號煤層，分析其埋藏深度、地質構造、斷層發(fā)育、煤層厚度和傾角、地板巖性、構造煤等對瓦斯賦存及煤與瓦斯突出的影響。

（1）地質構造

地質構造對煤層的賦存狀態(tài)和圍巖透氣性影響顯著，同時影響煤體的結構。斷層可分為張性、張扭性、壓性及壓扭性斷層幾類，對于張性和張扭性斷層，由于宏觀表現(xiàn)為開放性，對瓦斯的排放起到促進作用;而壓性、壓扭性斷層宏觀表現(xiàn)為封閉性斷層，對瓦斯排放起到抑制作用。因此，在開放性斷層附近瓦斯含量較小，而封閉性斷層附近瓦斯含量較大。

該礦11號煤層在采掘過程中發(fā)現(xiàn)3個較大的正斷層，在斷層面上附著一層細膩柔軟構造膜泥，厚度不均，在其余小斷層帶發(fā)現(xiàn)構造軟泥填滿巖石孔隙。同時，在斷盤附近發(fā)育有小斷裂或節(jié)理、裂隙，對瓦斯的賦存和逸散起到兩個相反的作用，一方面有利于瓦斯賦存，同時也有助于瓦斯逸散。

（2）構造煤

構造煤的顯著特征是內表面積較大，對瓦斯的集聚顯然是有力的，容易形成弱面區(qū)域。

在該礦掘進迎頭所取煤樣發(fā)現(xiàn)，主采煤層顏色呈黑色，半暗光澤，有部分條帶分布，強度較軟，普氏硬度系數(shù)f僅為0.15，用手輕捻就會成為粉末，屬于強烈破壞煤。以往的實踐表明，煤體破壞程度越大，煤與瓦斯突出的危險性也就越大。

（3）煤層厚度和傾角

該礦11號煤煤層厚度變化大，最薄處僅有0.93m，而最厚處達到6.23m。煤厚變化會引起地應力變化，如圖1所示。當厚度由大到小變化時，地應力水平分量逐漸增大，而瓦斯含量和瓦斯壓力則隨之減小，此時突出類型以壓出型為主;反之，當煤層厚度由小變大時，地應力在水平方向的分力指向巷道里端，從力的作用角度來看，這個水平分力對瓦斯突出具有抑制作用，但同時也有利于瓦斯含量的積聚，增大瓦斯含量，進而更容易導致瓦斯突出。

此外，該礦11號煤層傾角為7～29°，平均21°，但整體變化比較平緩，對瓦斯壓力和瓦斯含量的影響不大。

（4）頂?shù)装鍘r性

受地質構造活動的擠壓、拉伸等作用影響，煤層頂?shù)装鍘r層中存在大量空隙、裂隙，作為頂?shù)装鍘r層中瓦斯賦存和流動的通道，若巖體中孔隙率較大，即巖層中空隙結構廣泛發(fā)育，則煤層瓦斯會通過這些孔隙流動到其他連通區(qū)域，甚至釋放到地表，不利于瓦斯的集聚。

（5）埋藏深度

該礦在煤與瓦斯突出防治中采用埋深作為主要研究參數(shù)。根據(jù)“綜合假說”煤與瓦斯突出機理，煤層內大量積聚彈性勢能和瓦斯內能以及煤層瓦斯吸附能力的增加，增大了煤與瓦斯突出的危險性。

4、結語

本文簡要介紹了貴州某礦的煤系地層及煤質、礦區(qū)地質構造情況，分析研究了11號煤層瓦斯賦存規(guī)律，指出瓦斯含量、壓力分布的受埋藏深度，圍巖巖性，地質構造和構造煤等因素的影響。

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作者簡介：

文精貴（2000.08），男，貴州龍里人，本科在讀，主要從事采礦工程方面的學習和研究工作

項目基金：國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（201910977003）

（六盤水師范學院礦業(yè)與土木工程學院? ?貴州? 六盤水? 553004）