桑樹坪煤礦煤與瓦斯突出規(guī)律分析

1、桑樹坪煤礦煤與瓦斯突出規(guī)律分析    桑樹坪煤礦是一個年產(chǎn)300萬t、具有煤與瓦斯突出危險的礦井，1997年礦井建成投產(chǎn)以來，煤與瓦斯突出時有發(fā)生，嚴重影響煤礦生產(chǎn)安全。隨著采掘深度的加大和采掘速度的不斷提高，煤與瓦斯突出等煤巖災(zāi)害動力現(xiàn)象日趨嚴重。因此，進行煤與瓦斯突出規(guī)律分析研究，找出影響煤與瓦斯突出的因素，對有效地防治煤與瓦斯突出，消除或降低煤與瓦斯突出事故造成的危害，具有重要的現(xiàn)實意義。1 井田概況桑樹坪煤礦地處陜西省韓城市北部，屬渭北石炭二疊紀煤田東北端，面積63km2。井田為一走向北東、傾向北西的單斜構(gòu)造，受東部邊緣韓城大斷層影響，邊淺部煤層

2、傾角10°左右，深部3°5°。井田內(nèi)中小型褶曲、斷層均很發(fā)育，斷層密度為32.5條/km2。井田含煤地層為二疊系山西組及石炭系太原組，含煤9層(1、2、3、5、7、8、9、11、12)，其中3號煤、11號煤為主采煤層，2號煤局部可采。3號煤厚5m，煤層瓦斯含量10.23 m3/t;11號煤厚3.3 m，煤層瓦斯含量9.27 m3/t;2號煤厚1.0 m，煤層瓦斯含量8.74 m3t。礦井采用聯(lián)合開拓(平硐-斜井)。平硐礦井絕對瓦斯涌出量20.80 m3/min，相對瓦斯涌出量10.35 m3/t;斜井礦井絕對瓦斯涌出量4.98 m3/min，相對瓦斯涌出量42.2

3、8 m3/t。平硐采用對角式通風(fēng)，斜井采用分區(qū)式通風(fēng)。2 煤與瓦斯突出類型及突出強度特征桑樹坪煤礦1998年至2004年5月共發(fā)生強度不同的煤與瓦斯突出48次，按突出類型及突出強度統(tǒng)計分析如下。2.1 煤與瓦斯突出類型表1 煤與瓦斯突出類型突出類型突出次數(shù) / 次突出強度 /t瓦斯涌出量 /m3壓出364 22042.36810 28 0004 717.94突出1293 1 100478.925 600 66 78427 635.50由表1可以看出，桑樹坪煤礦煤與瓦斯壓出較多，共36次，占總突出數(shù)的75%，突出強度較小，平均突出強度 42.36 t，平均瓦斯涌出量4 717.94 m3，突出強

4、度超過100t的僅有3次;煤與瓦斯突出12次，占總突出次數(shù)的25%，但突出強度較大，平均突出強度478.92 t，平均瓦斯涌出量27 635.50 m3。從壓出和突出次數(shù)所占總突出次數(shù)百分比看，桑樹坪煤礦煤與瓦斯突出多為以地應(yīng)力主要作用力的壓出。2.2 煤與瓦斯突出強度表2 煤與瓦斯突出強度突出強度 /t突出次數(shù) / 次占總數(shù)比例 / %< 5050 100100 300300 600600 1 000> 1 000286543158.312.510.58.36.32.1表2中煤與瓦斯突出強度分布特征顯示，小于100 t的突出共34次，占總突出次數(shù)的70.8%。因此，桑樹坪煤礦煤與

5、瓦斯突出以強度<100 t的突出主為。3 煤與瓦斯突出與各種影響因素的關(guān)系3.1 突出強度及瓦斯涌出量與開采深度的關(guān)系表3 突出強度及瓦斯涌出量與開采深度的關(guān)系開采深度 /m突出次數(shù) / 次突出強度 /t瓦斯涌出量 /m3< 400400 600600 800202534 22047.343 1 100227.4812 549212.67820 28 0004 595.85810 66 78413 961.604 766 49 30920 173.67從表3中數(shù)據(jù)可以看出，隨著開采深度的加大，突出強度及瓦斯涌出量明顯增大。實測資料顯示，桑樹坪煤礦煤層瓦斯壓力梯度平均1.15MPa/

6、hm，當采深大于400mm時，煤與瓦斯突出的頻度提高，突出強度增大。例如，采深>415 m的4137回風(fēng)巷掘進過程中，共發(fā)生煤與瓦斯突出6次，其中5次突出強度超過200 t，最大強度為810 t最大瓦斯涌出量為66 784m3。3.2 突出強度及瓦斯涌出量與采掘工程類型的關(guān)系表4 突出強度及瓦斯涌出量與采掘工程類型的關(guān)系采掘工程類型突出次數(shù) / 次突出強度 /t瓦斯涌出量 /m3平巷石門采面333124 810152.7541 1 100540.333 22050.83810 66 78413 961.602 100 42 00023 366.67130 28 0006 402.84從表

7、4中突出次數(shù)看，平巷突出量多，占總突出次數(shù)的68.8%;采煤工作面突出次之，占總突出次數(shù)的25%;石門最少，占總突出次數(shù)的6.2%。但從突出強度看，石門突出強度最大，平巷突出強度次之，采煤工作面突出強度最小。石門突出強度是采煤工作面突出強度的10.63倍，平巷突出強度是采煤工作面突出強度的3倍。由此可以看出，桑樹坪煤礦巷道發(fā)生煤與瓦斯突出的危險性遠元大于采煤工作面。3.3 突出強度及瓦斯涌出量與作業(yè)方式的關(guān)系從表5中突出次數(shù)看，放炮和架棚引發(fā)突出并列首位，均占總突出次數(shù)的37.5%;采煤機割煤引發(fā)突出次之，占總突出次數(shù)的18.75%;無作業(yè)與打鉆引發(fā)突出最少。但從突出強度看，無作業(yè)突出強度最大

8、，放炮與架棚突出強度相近，采煤機割煤突出強度最小。桑樹坪煤礦無作業(yè)突出和架棚突出強度較大。研究發(fā)現(xiàn)，當煤體結(jié)構(gòu)完整時，放炮使煤體破壞，裂隙增多，有利于瓦斯排放;當煤體結(jié)構(gòu)破壞嚴重，為碎粉煤，糜棱煤時，放炮使媒體內(nèi)部裂隙閉合或被煤泥充填，煤層透氣孔生變差，不利于瓦斯排放，造成煤層瓦斯含量增大，瓦斯壓力升高，當瓦斯壓力達到一定程度時，發(fā)生煤與瓦斯突出。因此，可以認為，放炮既有誘導(dǎo)煤與瓦斯突出的作用，又有延緩煤與瓦斯突出的作用。表5 突出強度及瓦斯涌出量與作業(yè)方式的關(guān)系作業(yè)方式突出次數(shù) / 次突出強度 /t瓦斯涌出量 /m3放炮采煤機割煤架棚打鉆無作業(yè)189181214 810161.613 220

9、45.784 610140.60773 120671.50810 28 5948 774.22877 28 0005 907.671 287 66 78412 757.334 76613 969 42 0007 984.503.4 突出強度及瓦斯涌出量與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系表6 突出強度及瓦斯涌出量與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系構(gòu)造類型突出次數(shù) / 次突出強度 /t瓦斯涌出量 /m3斷層及層滑構(gòu)造褶曲煤厚變化無構(gòu)造115131930 12041.7325 1 100532.604 361114.313 810159.87820 8 9003 710.451 393 42 00020 717.40877 66 78

10、414 053.79820 49 30913 755 118表6顯示，在各種構(gòu)造因素中，褶曲部位煤與瓦斯突出強度最大，在發(fā)生的5次突出中，有4次突出強度超過200t，其中+300 m軌道石門發(fā)生的強度為1 100 t的煤與瓦斯突出是近年來最強的一次;無構(gòu)造突出強度排次之;煤厚變化突出強度排第三;斷層及層滑構(gòu)造突出強度最小。桑樹坪煤礦無構(gòu)造突出強度較大，突出次數(shù)較多，其原因是這類突出多發(fā)生在深部或煤體結(jié)構(gòu)破壞嚴重的部位。因此，可以認為，桑樹坪煤礦煤與瓦斯突出與地質(zhì)構(gòu)造聯(lián)系密切，但在采深>400 m及煤體結(jié)構(gòu)破壞嚴重的無構(gòu)造部位，煤與瓦斯突出的危險性依然很大。3.5 突出強度及瓦斯涌出預(yù)兆的

11、關(guān)系表7 突出強度及瓦斯涌出量與突出預(yù)兆的關(guān)系突出預(yù)兆突出次數(shù) / 次突出強度 /t瓦斯涌出量 /m3響煤炮片幫、掉碴煤結(jié)構(gòu)紊亂頂板來壓噴頂夾鉆瓦斯異常瓦斯忽大忽小無預(yù)兆301115353364 549159.874 549207.073 22045.6025 480180.333 24371.204 549108.255 360128.6725 1 100246820 66 78411 993.131 929 49.30913 755.18820 28 0004 648.81 596 26 00010 457877 13 9695 707.802 481 49 30919 5691 393

12、11 4835 852810 4 2009 620.83由表7可以看出，87.5%的煤與瓦斯突出有突出預(yù)兆，并且突出預(yù)兆的種類及特征與突出強度和突出時間有密切聯(lián)系;當有響煤炮、片幫掉碴、頂板來壓及瓦斯異常等預(yù)兆時，突出強度較大;煤炮聲為單個，由遠而近，強度由小到大，突出可以有在數(shù)小時后發(fā)生，突出強度較大;煤炮聲為群炮，頻率很高，強度很大，突出很快就要發(fā)生;當瓦斯異?；蛲咚购龃蠛鲂。矣忻簤m及瓦斯冷風(fēng)出現(xiàn)時，突出可能在數(shù)秒或數(shù)分鐘內(nèi)立刻發(fā)生;突出預(yù)兆種類越多，突出發(fā)生的時間越近;突出預(yù)兆越提前，越明顯，突出強度就越大。因此，掌握突出預(yù)兆的種類及特征，對煤與瓦斯突出預(yù)測，防止突出造成人身傷亡事故，具有重要的現(xiàn)實意義。4 結(jié)論通過對桑樹坪煤礦近6年來48次煤與瓦斯突出進行分析，可初步得出如下結(jié)論：(1)桑樹坪煤礦75%的煤與瓦斯突出為以地應(yīng)力為主導(dǎo)的煤與瓦斯壓出，突出強度一般<100 t。(2)各種巷道掘進中發(fā)生的煤與瓦斯突出強度大、頻度高、危害嚴重;工作面采過程中發(fā)生的煤與瓦斯突出多為小型壓出。(3)放炮突出