平煤集團(tuán)十礦煤與瓦斯突出地質(zhì)原因分析

1、 專(zhuān)業(yè)技術(shù)文件 / Technical documentation 編號(hào)： 平煤集團(tuán)十礦煤與瓦斯突出地質(zhì)原因分析Through the process agreement to achieve a unified action policy for different people, so as to coordinate action, reduce blindness, and make the work orderly.編制：_日期：_平煤集團(tuán)十礦煤與瓦斯突出地質(zhì)原因分析溫馨提示：該文件為本公司員工進(jìn)行生產(chǎn)和各項(xiàng)管理工作共同的技術(shù)依據(jù)，通過(guò)對(duì)具體的工作環(huán)節(jié)進(jìn)行規(guī)范、約束，以確保生產(chǎn)、管理

2、活動(dòng)的正常、有序、優(yōu)質(zhì)進(jìn)行。本文檔可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改和使用。 許偉功1,郭德勇1,程偉2,和德江2(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)北京校區(qū),北京100083;2.平頂山煤業(yè)集團(tuán),河南平頂山467000)摘要:通過(guò)對(duì)平頂山十礦煤與瓦斯突出的地質(zhì)原因分析,找出突出與瓦斯賦存狀態(tài)、地質(zhì)構(gòu)造、煤層厚度、煤體結(jié)構(gòu)聯(lián)系的規(guī)律性,以指導(dǎo)今后的生產(chǎn),同時(shí)為其它井田提供生產(chǎn)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞:突出;瓦斯賦存;地質(zhì)構(gòu)造;煤層厚度;煤體結(jié)構(gòu)中圖分類(lèi)號(hào):TD713文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1003-496X(2021)03-0054-03煤與瓦斯突出是煤礦中一種極其復(fù)雜的地質(zhì)自然災(zāi)害,輕者影響正常的生產(chǎn)循環(huán),重者危及人身安全和國(guó)

3、家財(cái)產(chǎn)。隨著礦井開(kāi)采深度的不斷加大,煤與瓦斯突出已愈來(lái)愈成為影響和制約生產(chǎn)的重要因素。大量的調(diào)查結(jié)果都肯定了瓦斯突出分布的不均衡性。這種不均衡性與地質(zhì)條件的差異性有著密切的聯(lián)系。國(guó)內(nèi)外研究成果表明:地質(zhì)條件對(duì)煤與瓦斯突出的分區(qū)分帶具有明顯的控制作用。1礦井概況十礦位于河南省平頂山市東部,井田東西走向長(zhǎng)5 km,南北傾斜寬6.5 km,井田面積32.5 km2,東西分別與一礦、八礦、十二礦相鄰。1958年開(kāi)工興建,1964年投產(chǎn),原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為120萬(wàn)t/a,經(jīng)1982年和1995年2次改擴(kuò)建后,生產(chǎn)能力可達(dá)300萬(wàn)t/a。十礦可采煤層有丁組、戊組、己組共3組,現(xiàn)開(kāi)采有戊、己2組,丁組煤層由于

4、內(nèi)灰高已經(jīng)停止回采,全礦共有己二、己四、北翼中區(qū)、北翼東區(qū)4個(gè)采區(qū)。礦井開(kāi)采二疊系山西組己組煤層和下石盒子組戊組煤層,己組寬自上而下為己15、己16、己173層。戊組煤自上而下為戊8、戊9、戊103層。井田范圍內(nèi),由于成煤環(huán)境的變化,而使各煤層間距時(shí)小時(shí)大,煤層也時(shí)分時(shí)合。煤層頂?shù)装鍘r性均為砂質(zhì)泥巖。戊8、戊9、戊10煤種為肥煤,己15、己16、己17煤種為焦煤或1/3焦煤。井田位于李口向斜西翼中東段井田發(fā)育2個(gè)北西剪切帶:其一為原十一礦逆斷層與郭莊背斜斷褶帶;其二為牛莊逆斷層與十礦向斜斷褶帶,它們成為十礦井田的主干構(gòu)造。井田開(kāi)拓方式為豎、斜井綜合開(kāi)拓,多水平上下山開(kāi)采,采煤方法為走向長(zhǎng)壁全面

5、垮落法,通風(fēng)方式為分區(qū)抽出式通風(fēng)。2礦井的瓦斯概況(1)瓦斯涌出。2021年礦井瓦斯等級(jí)鑒定:全礦井相對(duì)瓦斯涌出量為17.36 m3/t,絕對(duì)瓦斯涌出量89.13 m3/min 。1991年7月和2002年5月分別經(jīng)煤炭科學(xué)研究總院重慶分院、撫順?lè)衷鸿b定,十礦戊9-10煤層、己15-16煤層為突出煤層,十礦被定為突出礦井。(2)煤與瓦斯突出現(xiàn)狀。十礦是目前平頂山礦區(qū)突出最嚴(yán)重的礦井之一。第一次煤與瓦斯突出發(fā)生于1988年4月22日戊9-10-20210機(jī)川,截止到2021年8月10目共發(fā)生煤與瓦斯突出46次,其中24次發(fā)生在丁5-6煤層的丁5-6-21130采面,17次發(fā)生在戊9-10煤層,5

6、次發(fā)生在己15-16煤層,始突深度420 m。丁5-6煤層均發(fā)生在- 320 m左右,戊9-10煤層始突標(biāo)高-247 m,最深為-450 m,己15-16煤層始突標(biāo)高-316 m,最深-613 m。最大的一次突出是2021年7月28日在己15-16-24060機(jī)巷發(fā)生的,突出煤量483 t,噴出距離65 m,其中里部27 m為滿(mǎn)巷,突出瓦斯量為14 400 m3。46次煤與瓦斯突出的強(qiáng)度、突出深度、突出類(lèi)型、生產(chǎn)工藝統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。3煤與瓦斯突出的地質(zhì)原因煤與瓦斯突出發(fā)生的控制因素(見(jiàn)圖1)包括工程因素和地質(zhì)因素。工程因素在煤與瓦斯突出過(guò)程中起誘發(fā)作用。十礦由于放炮或割煤而引起的煤與瓦斯突出發(fā)生次

7、數(shù)占總數(shù)的78.2%,其它原因而引起的突出次數(shù)占總數(shù)的21.8%。地質(zhì)因素則是煤與瓦斯突出發(fā)生的必要條件。瓦斯賦存條件、井田地質(zhì)構(gòu)造、煤層厚度及其變化、煤體結(jié)構(gòu)是控制煤與表1平煤十礦煤與瓦斯突出基本情況瓦斯突出現(xiàn)象發(fā)生及其分布的主要地質(zhì)因素。 圖1煤與瓦斯突出因素框圖3.1瓦斯賦存的地質(zhì)條件十礦井田含煤巖系總厚度900 m左右。包括煤線(xiàn)在內(nèi)共80多個(gè)煤層。煤系地層為石炭二疊系。戊組煤與己組煤分屬二疊系下石盒子組和山西組。研究表明,戊組煤屬三角洲相沉積,己組煤屬濱海相沉積。二疊系山西組和下石盒子組含煤較好,厚度大,含煤系數(shù)高,巖性、巖相比較穩(wěn)定,煤層的頂?shù)装逡话銥?.1 0.3 m的炭質(zhì)泥巖,然

8、后為210 m的泥巖或砂質(zhì)泥巖,有時(shí)可達(dá)10 m以上,由于泥巖及砂質(zhì)泥巖的孔隙度低,透氣性能差,這就為戊組和己組煤生成的瓦斯保存下來(lái)提供了物質(zhì)條件。本礦井水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單,涌水量為150 m3/h左右(其中一水平50 m3/h、二水平100 m3/h)。井田戊組煤層和己組煤層屬中、高變質(zhì)程度。煤的變質(zhì)程度與瓦斯有密切關(guān)系。在煤化過(guò)程中,不斷產(chǎn)生瓦斯。煤的變質(zhì)程度越高,產(chǎn)生的瓦斯越多,隨著變質(zhì)程度的增加,煤的滲透率下降,煤的變質(zhì)程度越高,煤的吸咐能力越大,煤層中可以滯留更多的氣體。據(jù)研究表明:每生成1 t褐煤產(chǎn)生68 m3瓦斯,每生成1 t肥煤產(chǎn)生330 m3瓦斯。生產(chǎn)實(shí)踐也證明十礦井田的煤層瓦

9、斯含量隨著煤化程度的增高而增高,即:己組戊組丁組。井田范圍內(nèi)煤層埋深和地質(zhì)構(gòu)造對(duì)瓦斯賦存有重要影響。井田處于李口復(fù)式向斜的西翼中東段,整個(gè)煤層埋藏呈西南高東北低趨勢(shì),但受十礦向斜、郭莊背斜、原十一礦逆斷層和牛莊逆斷層的影響,局部也出現(xiàn)反常現(xiàn)象。生產(chǎn)實(shí)踐和研究證明,戊組(見(jiàn)圖2)和己組煤層瓦斯含量明顯受控于煤層埋深和地質(zhì)構(gòu)造影響。十礦井田87%的煤與瓦斯突出發(fā)生埋深500 m,也證明了瓦斯含量埋深的相關(guān)性。 圖2平煤十礦戊9-10煤層瓦斯地質(zhì)簡(jiǎn)圖3.2地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤與瓦斯突出的影響十礦的地質(zhì)構(gòu)造條件比相鄰一礦、八礦和十二礦都要復(fù)雜。李口復(fù)式向斜的次級(jí)構(gòu)造十礦向斜、郭莊背斜、原十一礦逆斷層、牛莊逆斷

10、層形成十礦獨(dú)有的壓性或壓扭性地質(zhì)構(gòu)造。這種地質(zhì)構(gòu)造一是瓦斯排放條件比較困難,有利于瓦斯保存,二是屬構(gòu)造應(yīng)力集中地帶,為煤與瓦斯突出的發(fā)生提供了動(dòng)力。十礦煤與瓦斯突出都發(fā)生在郭莊背斜東北翼,宏觀上受井田內(nèi)主干構(gòu)造影響。統(tǒng)計(jì)表明十礦井田內(nèi)煤與瓦斯突出受斷層控制見(jiàn)表2。在所有的46次突出中,20 m以?xún)?nèi)無(wú)斷層的突出16次,占總數(shù)的34.8%。說(shuō)明十礦井田內(nèi)斷層對(duì)煤與瓦斯突出有控制作用,并且順層斷層作用明顯,如丁5-6煤層順層斷層頂部形成一呈鏡面狀擦光面,其中一次動(dòng)力現(xiàn)象,形成沿鏡面長(zhǎng)15 m,寬 0.1 m的孔洞,煤與瓦斯突出總是以鏡面處為“突破點(diǎn)”。3.3 煤厚及其變化對(duì)煤與瓦斯突出的影響煤層厚度

11、的大小與生成的瓦斯量多少有關(guān),厚煤帶也為瓦斯儲(chǔ)集提供了場(chǎng)所,煤厚對(duì)煤與瓦斯突出影響很大,十礦井田內(nèi)丁、戊、己煤組發(fā)生突出均為合層煤層,單一煤層從未發(fā)生過(guò)突出?，F(xiàn)場(chǎng)資料顯示,井田內(nèi)單一煤層厚度一般不超過(guò)2.0 m,并且單一煤層中很少有軟煤分層發(fā)育。煤層厚度變化對(duì)煤與瓦斯突出也有明顯影響。以戊組煤為例,在所發(fā)生的17次突出中,發(fā)生在戊9或戊10煤層分叉合并線(xiàn)(夾矸0.2 m)100 m附近的達(dá)13次,占戊組突出總數(shù)的76.5%,形成分布于戊9與戊10煤層分叉合并線(xiàn)范圍100 m的弧形突出帶(見(jiàn)圖2)。2021年8月10日己15-16-22230風(fēng)巷突出點(diǎn)附近,在5.6m范圍內(nèi)煤層由2.35 m迅速

12、增加到3.5 m,巷道方向煤層傾角也由2.5增大至8.5,此次突出煤量240 t,涌出瓦斯量5 500 m3,30 m滿(mǎn)巷。井下揭煤資料證明己15-16煤層在此處與己17合層(見(jiàn)圖3)。所以筆者認(rèn)為:在十礦煤與瓦斯突出一般不發(fā)生在厚度低于2 m的單一煤層中,在煤層分叉合并線(xiàn)附近是煤與瓦斯突出危險(xiǎn)地帶。 圖3十礦已15-16-22230風(fēng)巷突出點(diǎn)地質(zhì)平剖面示意圖3.4煤體結(jié)構(gòu)對(duì)煤與瓦斯突出的影響在地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力作用下,煤體較其它巖層更易遭到破壞,極易破碎。被破壞的層位層理紊亂、煤質(zhì)松軟,習(xí)慣上稱(chēng)這種煤為軟煤。由于軟煤的煤體原生結(jié)構(gòu)遭受構(gòu)造作用破壞,也叫構(gòu)造斷。構(gòu)造煤的空隙率大,瓦斯含量大,透氣性差

13、,一般能保持較高的瓦斯壓力。構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)先前不同程度地遭受破壞,抵御外力作用的能力大大降低,同時(shí)構(gòu)造煤有利于顆粒移動(dòng)。由于十礦井田受十礦向斜、郭莊背斜、原十一礦逆斷層、牛莊逆斷層的影響,十礦范圍內(nèi)順層斷層發(fā)育,煤體層間滑動(dòng),使戊9-10、己15-16煤層呈現(xiàn)“硬-軟-硬”的煤體結(jié)構(gòu)特征。十礦所有突出煤層含有軟煤分層,軟煤厚度1.01.8 m。突出點(diǎn)附近軟煤分層厚度增加,如戊9-10-20210機(jī)巷突出點(diǎn)構(gòu)造煤厚達(dá) 3.6 m;己15-16-24060機(jī)巷突出點(diǎn)煤厚4.1 m全部為構(gòu)造煤。構(gòu)造煤為煤與瓦斯突出提供了足夠的瓦斯,是突出的必要條件。十礦目前的46次煤與瓦斯突出均發(fā)生在構(gòu)造煤中。4結(jié)論(

14、1)十礦井田戊組和己組煤層瓦斯含量受煤層埋深、十礦向斜、郭莊背斜控制。(2)十礦井田煤與瓦斯突出宏觀受主干構(gòu)造控制,同時(shí)與井田內(nèi)順層斷層發(fā)育有關(guān)。(3)井田內(nèi)厚度2 m的單一煤層一般不會(huì)發(fā)生突出,與煤層厚度不大和構(gòu)造煤不發(fā)育有關(guān),但隨著開(kāi)采深度的增加有可能發(fā)生突出。(4)在戊9-10煤層分叉合并線(xiàn)附近是煤與瓦斯突出帶,其它煤層分叉合并線(xiàn)附近可能成煤與瓦斯突出危險(xiǎn)帶。(5)突出點(diǎn)附近構(gòu)造煤增厚,為煤與瓦斯突出提供了足夠的瓦斯和力學(xué)條件。構(gòu)造煤厚度增加,突出的危險(xiǎn)性增大,構(gòu)造煤愈厚,突出的強(qiáng)度也愈大。參考文獻(xiàn):1焦作礦業(yè)學(xué)院瓦斯地質(zhì)研究室.瓦斯地質(zhì)概論M.北京.煤炭工業(yè)出版社.1990.2 郭德勇,韓德馨,張建國(guó).平頂山礦區(qū)構(gòu)造煤分布規(guī)律及成因研究J.煤炭學(xué)報(bào),2002,27(3):249-253.3 3曹運(yùn)興,彭立運(yùn).順層斷層的基本類(lèi)型及其對(duì)瓦斯突出帶的控制作用J.煤炭學(xué)報(bào),1995,20(4):413-417.4郝吉生,袁崇孚,張子戊.構(gòu)造煤及其對(duì)煤與瓦斯突出的控制作用J.焦作工作學(xué)院報(bào),2000,19