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(gè)年產(chǎn)300 萬 t 、具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)的礦井，1997年礦井建成投產(chǎn)以來，煤與瓦斯突出時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)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(dòng)力現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。因此，進(jìn)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(duì)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(shí)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(jì)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，邊淺部煤層傾角 10°左右，深部 3&#

2、176;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(hào)煤、11 號(hào)煤為主采煤層， 2 號(hào)煤局部可采。 3 號(hào)煤厚 5m，煤層瓦斯含量 10.23m3/t ；11 號(hào)煤厚 3.3m，煤層瓦斯含量 9.27m3/t ；2號(hào)煤厚 1.0m，煤層瓦斯含量 8.74m3t。礦井采用聯(lián)合開拓（平硐 -斜井）。平硐礦井絕對(duì)瓦斯涌出量20.80m3/min ，相對(duì)瓦斯涌出量10.35m3/t ；斜井礦井絕對(duì)瓦斯涌出量4.98m3/min ，相對(duì)瓦斯涌出量42.

3、28m3/t 。平硐采用對(duì)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(qiáng)度特征桑樹坪煤礦 1998 年至 2004 年 5 月共發(fā)生強(qiáng)度不同的煤與瓦斯突出48次，按突出類型及突出強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)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(qiáng)度 /t瓦斯涌出量 /m3壓出36422042.36810280004717.94突出12931100478.9256006678427635.50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(qiáng)度較小，平均突出強(qiáng)度 42.36t，平均瓦斯涌出量4717.94m3，突出強(qiáng)度超

4、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(qiáng)度較大，平均突出強(qiáng)度 478.92t，平均瓦斯涌出量 27635.50m3。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(qiáng)度表 2 煤與瓦斯突出強(qiáng)度突出強(qiáng)度 換行 /t突出次數(shù) / 次占總數(shù)比例 / 505010010030030060060010001000286543158.312.510.58.36.32.1表 2 中煤與瓦斯突出強(qiáng)度分布特征顯示，小于100t 的突出共 34 次，占總突出次數(shù)的70.8。因此，桑樹坪煤礦煤與瓦斯突出以強(qiáng)度

5、100t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(qiáng)度及瓦斯涌出量與開采深度的關(guān)系表 3 突出強(qiáng)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(qiáng)度 /t瓦斯涌出量 /m340040060060080020253422047.3431100227.48換行 12549212.67820280004595.858106678413961.6047664930920173.67從表 3 中數(shù)據(jù)可以看出，隨著開采深度的加大，突出強(qiáng)度及瓦斯涌出量明顯增大。實(shí)測資料顯示，桑樹坪煤礦煤層瓦斯壓力梯度平均1.15MPa/hm，當(dāng)采深大于400mm 時(shí)，煤與瓦斯突出的頻度提高

6、，突出強(qiáng)度增大。例如，采深415m 的 4137 回風(fēng)巷掘進(jìn)過程中，共發(fā)生煤與瓦斯突出 6 次，其中 5 次突出強(qiáng)度超過200t，最大強(qiáng)度為 810t 最大瓦斯涌出量為66784m3。3.2 突出強(qiáng)度及瓦斯涌出量與采掘工程類型的關(guān)系表 4 突出強(qiáng)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(qiáng)度 /t瓦斯涌出量 /m3平巷石門采面333124810152.75411100540.33322050.838106678413961.6021004200023366.67130280006402.84從表 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

7、，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(qiáng)度看，石門突出強(qiáng)度最大，平巷突出強(qiáng)度次之，采煤工作面突出強(qiáng)度最小。 石門突出強(qiáng)度是采煤工作面突出強(qiáng)度的10.63倍，平巷突出強(qiáng)度是采煤工作面突出強(qiáng)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(xiǎn)性遠(yuǎn)元大于采煤工作面。3.3 突出強(qiáng)度及瓦斯涌出量與作業(yè)方式的關(guān)系換行 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(jī)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(qiáng)度看，無作業(yè)突出強(qiáng)度最大，放炮與架棚突出強(qiáng)度相近，采煤機(jī)割煤突出強(qiáng)度最小。桑樹坪煤礦無作業(yè)突

8、出和架棚突出強(qiáng)度較大。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)煤體結(jié)構(gòu)完整時(shí)，放炮使煤體破壞，裂隙增多，有利于瓦斯排放； 當(dāng)煤體結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重， 為碎粉煤，糜棱煤時(shí)，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(dāng)瓦斯壓力達(dá)到一定程度時(shí)，發(fā)生煤與瓦斯突出。因此，可以認(rèn)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(qiáng)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(qiáng)度 /t瓦斯涌出量 /m3放炮采煤機(jī)割煤架棚打鉆無作業(yè)189181214810161.61322045.784610140.60773120671.50810285

9、948774.22877280005907.67128766784換行 12757.33476613969420007984.503.4 突出強(qiáng)度及瓦斯涌出量與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系表 6 突出強(qiáng)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(qiáng)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11513193012041.73251100532.604361114.313810159.8782089003710.4513934200020717.408776678414053.798204930913755118表 6 顯示，在各種構(gòu)造因素中，褶曲部位煤與瓦斯突出強(qiáng)度最大，在發(fā)生的

10、 5 次突出中，有 4 次突出強(qiáng)度超過 200t，其中 300m 軌道石門發(fā)生的強(qiáng)度為 1100t 的煤與瓦斯突出是近年來最強(qiáng)的一次； 無構(gòu)造突出強(qiáng)度排次之；煤厚變化突出強(qiáng)度排第三；斷層及層滑構(gòu)造突出強(qiáng)度最小。桑樹坪煤礦無構(gòu)造突出強(qiáng)度較大，突出次數(shù)較多，其 換行 原因是這類突出多發(fā)生在深部或煤體結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重的部位。因此，可以認(rèn)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 400m 及煤體結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重的無構(gòu)造部位，煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性依然很大。3.5 突出強(qiáng)度及瓦斯涌出預(yù)兆的關(guān)系表 7 突出強(qiáng)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(qiáng)度 /t瓦斯涌出量 /m3響煤炮片

11、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)兆301115353364549159.874549207.073220換行 45.6025480180.33324371.204549108.255360128.672511002468206678411993.13192949.30913755.18820280004648.815962600010457877139695707.8024814930919569139311483585281042009620.83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(qiáng)度和突出時(shí)間有密切聯(lián)系；當(dāng)有響煤

12、炮、片幫掉碴、頂板來壓及瓦斯異常等預(yù)兆時(shí)，突出強(qiáng)度較大；煤炮聲為單個(gè)，由遠(yuǎn)而近，強(qiáng)度由小到大，突出可以有在數(shù)小時(shí)后發(fā)生，突出強(qiáng)度較大；煤炮聲為群炮，頻率很高，強(qiáng)度很大，突出很快就要發(fā)生；當(dāng)瓦斯異常或瓦斯忽大忽小，且有煤塵及瓦斯冷風(fēng)出現(xiàn)時(shí)，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(shí)間越近；突出預(yù)兆越提前，越明顯，突出強(qiáng)度就越大。因此，掌握突出預(yù)兆的種類及特征，對(duì)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(shí)意義。4 結(jié)論通過對(duì)桑樹坪煤礦近 6 年來 48 次煤與瓦斯突出進(jìn)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(qiáng)度一般 100t。（2）各種巷道掘進(jìn)中發(fā)生的煤與瓦斯突出強(qiáng)度大、 頻度高、危害嚴(yán)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）放炮突出和炮后延期突出