2023年《安全管理论文》之安林煤矿瓦斯地质规律探讨.docx

安林煤矿瓦斯地质规律探讨 ：通过现场多年的实践和观测，提出了瓦斯地质规律，对划分煤与突出危险、威胁区域具有一定的指导意义。 关键词：瓦斯地质；突出；断层 1概况 河南省浚县安林煤矿位于太行山东麓安阳——鹤壁煤田中北部，井田边界均以大断层构成自然边界。现设计生产能力30万t/a，开采煤层属二叠系下统山西组二1煤，煤厚平均4.4m，煤质为无烟煤。该井田北部受浆岩侵入的影响，沿岩浆岩侵入边缘形成天然焦。井田为一单斜构造，其中断裂构造比较发育，并伴有石棺向斜等褶曲。 安林矿是一个煤与突出较为严重的矿井，目前，矿井相对瓦斯涌出量为28m3/t，最大相对瓦斯涌出量为43.37m3/t。从1975年-2022年7月先后发生煤与突出74次，总突出煤量为5471t，其中100-500t的大型突出共有16次，占总突出次数的21.6％，最大突出强度为450t，始突深度262 m，最大瓦斯涌出量为18万m3。 瓦斯地质规律是研究瓦斯形成、分布、赋存和变化的根本规律。根据现有的资料，结合井下观测和实验室实验，从瓦斯与地质角度进行分析，探讨突出的分布与诸地质因素之间的内在联系及规律，以提高预报的准确性，确保矿井平安生产。 2煤与瓦斯突出具有明显的特征 突出多集中在中部F40和F39两条断层之间，南部石棺向斜附近。北部六、八采区至今尚未发生突出，如图1所录。 （1）突出具有明显的区域性。在开采的3个采区中，只有三采区发生过煤与瓦斯突出，而六、八采区未发生过煤与瓦斯突出。而且三采区和六、八采区分布区域明显。在历届共统计的74次的突出中，都位于6号勘探线以南，而以北从未发生过突出。 （2）突出主要发生在三采区的无烟煤中。在6号勘探经以南，煤质主要以无烟煤为主，该煤质松软、粒状成块状构造，性脆。强度较低，瓦斯涌出量大，突出频繁。而且地质构造较多、煤厚不均，易发生突出；相反在六、八采区，煤以天然焦为主，该煤为钢灰色，致密、光泽黯淡成块状，硬度及比重较大，瓦斯量涌出小。特别是在煤层揭露后，其煤的强度明显增加。 （3）突出强度不大危险性小。安林煤矿在掘进面发生过2次强度为400t左右突出以外，发生的74次突出的强度都不大，一般都在50t左右。 （4）突出类型以压出型为主。在所统计的70屡次突出中。突出类型以瓦斯喷出和压出为主，从突出的物质源分析，突出的主动力以瓦斯和地质构造的原因所造成。 （5）突出主要发生在掘进面。从统计突出资料可以看出，发生突出点以掘进面为主，工作面未发生突出现象。据统计，至今该井已有8a没有发生过煤与突出现象，并且矿井瓦斯涌出量也大大降低。 3地质因素对出分布的影响 （1）从整个矿井来看，主要开采山西组二1煤层，煤质属高变质无烟煤，据整个安阳矿区煤变质分析可知，其煤变质作用是以区域深成变质和区域热力变质相互迭加作用为主，仅在井田北部存在明显的接触变质作用。因此，这种区域深成变质和区域热力变质缓慢的相互迭加作用是形成无烟煤这一构造煤和瓦斯含量最大的主要根源，三采区煤层瓦斯含量为18.150m3/t。 （2）山西组二1煤的聚煤环境属滨海平原型，其顶底板岩性以泥岩、粉砂岩和钙泥质胶结的中细砂岩为主，这种岩性组合形式对煤层形成了透气性较差的相对保护层，在无断裂构造或影响较小的地段，煤层通常比较枯燥，开采过程中无淋水现象，这说明三采区二1煤围岩的岩性组合形式有效阻止了煤层中瓦斯向外逸散和运移，故此形成的瓦斯得以较好的保存。煤层透气性系数λ＝3.145m2/MPa2·d。 （3）地质构造是影响瓦斯保存的重要条件之一。它一方面可以改变煤层的赋存形态及煤层本身的煤体结构；另一方面可以改变煤层围岩的透气性能。本井田总体为一单斜构造，地层走向呈箕状波形变化。其内的中小型断裂构造比较发育，同时还有一些为宽缓的背向斜。在目前开范围内的中型断裂构造有F39、F40、F41、F42等断层。其各自特征见表1。 表1 地质构造特征表 见表 这些断层是燕山运动早、中期太行山隆起活动的逆断层，燕山末期至喜山早期挤压活动被拉张活动所取代，向压性、压扭性正断层演化成现今看到的正断层。构造挤压活动使得煤层具有高吸附瓦斯和封存瓦斯的能力；构造挤压剪切作用形成的压性、压扭性构造及其运动使得煤层发生强烈韧塑性破坏和变形，形成了发育的“构造煤〞。正是这些压性、压扭性构造活动造成F39和F40之间的部位发生煤与瓦斯突出的根源。一、二采区和106采区位于F39和F40两个断层之间。突出次数为24次，占总突出次数的32.4%，最大突出强度410t。 煤与瓦斯突出与褶皱构造之间的关系也是极其密切的。煤层在褶皱形成过程中由于韧性剪切、塑性流动而形成构造煤的“煤包〞附近通常是发生严重煤与突出的部位。三采区位于石棺向斜内，在向斜轴部形成了厚度较大的“煤包〞，正是这“煤包〞形成了三采区厚度大于0.3 m软分层，煤的平均稳固性系数o 0.12~0.4，是三采区发生煤与突出的主要根源。三采区突出次数50次，占总突出次数的67.6％，最大突出强度450t。 矿井北部岩浆岩侵入二1煤层中，对瓦斯的分布也有明显的影响。北部岩浆的侵入属燕山晚期的产物（同位素年龄为1.17～0.87亿a），其岩性为闪长斑岩，大多数是沿二1煤顶板侵入。由于煤层受岩浆侵入的破坏，煤在高温高压条件上下有机质结构发生了变化。煤中芳香族稠环的缩合程度迅速增高，碳环网格变大，排列更加紧密而规那么。煤中的微孔隙骤然减少而开始向晶体格子化转变，形成视电阻率较小的天然焦、天然半焦、超无烟煤。最终导致大幅度降低其对瓦斯的吸附能力。与此同时，煤层中的一局部甲烷还可以同岩浆岩热液中的硫酸盐作用生成碳酸盐矿物。现场揭露的天然焦、天然半焦及无烟煤中发现有较多的方解石脉及薄膜可证实这一点。以上这些均导致煤中瓦斯含量的减少，故此形成了矿井北部的低瓦斯带，八采区于井田北部。曾对六采区26021工作面取样测得ΔP＝14，＝1.1,计算K＝13 地质构造也控制突出分布，突出的地质条件和突出煤体结构特征是实现突出预测的得要技术途径。从突出的角度研究地质构造时，不仅要研究地质构造的性质和特征，而且应结合煤的岩石组成、物理化学性质、煤的原始结构特征和煤层及围岩的力学性质，从而查明不同地质条件下构造破坏煤的形成和分布特征，这样更有利于准确地进行突出预测。 4结论 根据对安林煤矿煤与瓦斯突出特点的分析，得出突出分布具有很显示的分带性，突出的分带受以下地质因素决定： （1）煤变质作用是造成突出区域的内在因素之一，三采区具明显突出，而六、八采区无突出危险。 （2）地质构造作用的破坏是影响瓦斯保存的重要条件之一，岩浆岩的侵入造成煤质的分带，也造成瓦斯的分带。 （3）地质构造控制突出区域的开展，在中部F40和F39两条断层之间，南部石棺向斜附近是主要的突出区域。 （4）地质构造是影响瓦斯保存的重要条件之一，它改变了煤层的赋存形态及煤层本身的煤体结构，同时改变了煤层围岩的透气性能。 （刘继认，王启明，冯军）