地质构造和开采对瓦斯涌出的影响.docx
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地质构造和开采对瓦斯涌出的影响
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地质构造和开采对瓦斯涌出的影响
1井田概况
张新煤矿井田位于鸡西煤盆地南部条带中部的主背斜的南翼。
含煤地层为中生界上侏罗纪鸡西群城子河含煤组。
城子河含煤组共有30个煤层，在张新矿井田内，可采煤层自上而下依次是8#、7#、7#下、6D上、6D下、6C、6B、6A、3#、2#、1#共11层可采煤层，底板间距在200～240m之间，是主要含煤段，其间以中砂岩、细砂岩、粉砂岩、煤组成；含有泥岩及凝灰岩夹层。
井田呈东西走向倾向南，属缓倾斜的单斜煤层，北有平阳一麻山逆断层，东有落差为500m北东向F49断层，井田内除平阳一麻山逆断层外，共有大中型断支75条，性质均为正断层，无褶曲。
在煤层走向剖面上，地堑、地垒相间排列。
断层走向北东落差大于北西落差，从断层的力学性质分析都属于张性和张扭性，断层面倾角60°～80°密度为24。
1条/km2，展布长度7361.5m/km2。
井田内主采煤层有8#、6D、6C、6A、3#、2#，共6层。
煤层厚度由西向东逐渐变薄，3#层由西三的2.4m，到东西只有0.9m。
其余各层在东四都大部有可采。
井田内煤层大都是弱粘结煤，各煤层的煤尘都具有爆炸性，煤尘爆炸指数均在30％以上。
2矿井生产情况
张新煤矿立井是多水平开拓，一水平是一对立井和分区斜井联合开拓，二水平为暗斜井延深。
井田内按断层自然划分为7个采区，即西三、西二、西一、东一、东二、东三、东四。
立井地面标高为＋220m，一水平标高±0m，开采深度170m，二标高－300m，垂深300m。
立井设计生产能力及核定能力为45万t/a，1992年实际生产能力创历史最高为58万t，左右。
巷道掘进均采用钻爆法，采煤工作面都是走向长壁后退式，工作面使用单位液压支柱支护，采空区全部陷落法处理。
3矿井通风瓦斯情况
3.1矿井通风情况
立井采用分区对角抽出的通风方式。
西二、西三采区由2K60－№24#轴流式通风机排风。
排风量为51000m3/min,负压2.5Pa，西一采区由4-72-20离心式通风机排风，排风量为1710m3/min，负压610Pa，东一采区由KBZ-12.5轴流式通风机排风，风量1320m3/min，负压930Pa。
立井总排风量为10680m3/min。
3.2矿井瓦斯情况
自移交生产以后，从1967年开始有瓦斯煤尘鉴定成果表。
从历年瓦斯鉴定为高瓦斯矿井后，以后一直是高瓦斯矿井，相对瓦斯涌出量和绝对瓦斯涌出量的总趋势是上升的。
说明随着开采深度的增加，煤层中的瓦斯含量是逐渐增加的。
4瓦斯地质对瓦斯涌出的影响
煤层瓦斯含量的大小，决定于成煤过程中产生的瓦斯量和煤层保存瓦斯的条件，由于成煤过程中产生的瓦斯量远远超过煤层的保存能力。
因此，瓦斯含量的大小主要取决于煤炭生产后保存瓦斯的条件，主要因素有以下几个方面：
①煤的变质程度；②煤层露头；③煤层的赋存深度；④围岩性质；⑤地质构造；⑥煤层倾角；⑦水文地质条件；⑧含煤地层煤层累积厚度。
对于张新煤矿来说，影响各采区瓦斯含量的主要因素是煤层露头、围岩性质、地质构造、含煤地层的煤层累积厚度4个方面。
因为在同一生产时期，开采深度相差不大，同一井田内的煤炭变质程度、煤层倾角、水文地质条件无明显差异。
根据历年瓦斯鉴定情况扯，从东向西瓦斯相对涌出量（即瓦斯含量）是呈逐渐增加的。
这与从东向西煤层厚度逐渐增大是相一致的。
因此，在同一井田内，煤岩层中的瓦斯含量与煤层厚度成正比。
在立井东一、西三采区，形成煤田之后，都有岩浆活动。
东一采区上部覆盖一层厚度在30～120m的火山岩，面积4km2。
西三采区在8#上部，岩浆以岩床形成侵入，厚度80～230m，面积3.2km2。
岩浆岩覆盖在煤田上部，对下部煤层起着封闭作用，使煤、岩层及断层带内的瓦斯不易释放，从而大量储存起来，一旦被揭露，就会大量涌出（喷出）。
我矿在生产过程中，发生的11次较大的瓦斯喷出都是在西三和东一区域，喷出情况汇总表见表1。
表1瓦斯喷出情况汇总表
序号
地点
层别
地质
条件
垂深/m
喷出浓度
/％
绝对涌出量/m3·min-1
持续时间
/d
喷出瓦斯量
/m3·min-1
备注
1
东一采三路3#/运输下山
3#
裂隙
395
10～90
0.6
85
73440
与F16断层连同
2
东一采三路3#/切割上山
3#
裂隙
330
10～90
0.43
37
22910
与F14断层连同
3
东一采右一卷6D平巷
6D
断层
239
30～90
1.2
30
51840
与F16断层连同
4
西三采右六车场
岩
断层
305
95
1.2
90
155520
与F6E断层连同
5
西三采右六水仓
8#
断层
304
95
1.5
60
129600
与F6E断层连同
6
西三采反上胶带道
3#
断层
428
95
2.0
75
216600
与F6E断层连同
7
西三采反上绞车道
2#
断层
460
95
1.1
26
41184
与F6E断层连同
8
西三采反上风道
3#
断层
440
95
1.4
47
94752
与F6E断层连同
9
西三采－300回风道
3#
断层
508
95
1.4
156
314496
与F6E断层连同
10
西三采－300大巷
3#
断层
459
95
0.3
120
51840
与F6E断层连同
11
运输石门
岩
断层
496
95
2.5
46
16500
与F6E断层连同
在西三采区岩浆侵入时，因受到上部巨厚的（1500m）穆棱组与桦山群覆盖层阻挡没有喷出地表，完整地封闭在地层中，形成岩床。
岩体的高温、高压对周围的岩体变质起到巨大作用，西三采区影响最突出的是8#层。
在接近岩体侵入处，依次变为天然焦、贫煤、瘦煤、肥煤。
从而使西三采区局部地区的8#层瓦斯含量特别高。
西部采区有较厚的冲积层覆盖，厚度在5～15m，冲积层为灰绿、黄褐色之腐植土、砂质粘土、淤泥等组成。
冲积层下层的洪积层为风化碎玄武岩砾块及少量粗砂和亚粘土。
煤层露头没有露出地表，煤层中瓦斯释放受到阻碍；东部采区地貌为丘陵，没有冲积层覆盖，煤层露头露出地表，地表有大冲沟4条，加大了露头暴露面积，风化裂隙很发育，达70～110m。
为中等透气层，瓦斯释放条件好。
开采期间证明，东部煤层比西部煤层瓦斯含量小。
5开采对瓦斯涌出的影响
影响瓦斯涌出量主要有以下几个方面：
①煤、岩的瓦斯含量；②开采规模；③开采顺序与回采方法；④生产工艺；⑤地面大气压变化；⑥风量变化；⑦采区通风系统；⑧采空区封闭质量。
对于我矿现有的通风系统，长期观测总结瓦斯涌出规律，及时预测各采掘工作面的绝对瓦斯涌出量，合理分配风量是最切合实际的工作。
通过风年观测，现已发现采掘之间绝对瓦斯涌出的关系，为指导生产发挥过重要作用。
煤层中的瓦斯在自然状态下是以一定压力赋存煤体中的，掘进巷道时，瓦斯从崩落的煤炭及巷道四周向掘进空间涌出，瓦期的涌出速度与揭露时间基本是负指数关系，一般在6～7d后成恒定值，为此我们以观测掘进工作面50m以内瓦斯绝对涌出量来推断该范围内采煤时的绝对瓦斯涌出量。
巷道掘进后，在围岩中产生应力重新分布，使围岩发生变形，形成了非弹性变形区（裂隙区），弹性变形区和原岩应力区，掘进巷疲乏以后，在4～5d的时间内，瓦斯涌出主要来源于非弹性变形区及弹性变形区。
采煤工作面在老顶初次来压后，瓦斯涌出的主要来源可分为本层应力集中区，上、下临过层，而且由于产部因冒落形成冒落带、裂隙带、无裂隙沉降带。
如果按下行开采顺序，先采上层，逐步采下层，这样采面上部为采空区，瓦斯一般不易向开采空间涌出，由于现在提出经济可采煤层，经常出现违序开采，首采层成了“解放层”，造成瓦斯涌出异常高，配风困难。
通过分析，我们发现了掘采之间相对瓦斯涌出量存在相对固定的比例关系（见表2）。
表2中这个偏差值相差不大，最大与最小的偏差在实践中都可做出可靠的预测。
例如西三－140m与－150m采面初压后比值偏低是由于采面较长，达180m，而采动影响范围差别不大造成的。
回采期间的最大值均发生在跳面老顶初次来压后的一个月内，这是由于采空区断层煤柱被压垮后造成大量瓦斯涌出产生的。
表2采掘工作面瓦斯涌出情况对比表
观测地点
相对瓦斯涌出量/m3·t-1
比值/％
是否为首采面首采层
说明
掘进时
Q1
回采时
Q2
初压后Q3
最大值Q4
Q2/Q1
Q3/Q1
Q4/Q1
1
西三采3#/-230与-260顺槽
8.89
6.70
22.1
31.3
75
249
353
是
最大值均为断层，跳面，新面老顶初次来压后的一个月内观测值
2
西三采3#/140与-150顺槽
8.10
6.20
21.3
26.4
76
263
297
是
3
西三采3#/-180与-240顺槽
6.5
5.30
14.2
16.7
82
218
256
是
4
东一采3#/-110与-150顺槽
7.1
5.80
17.3
23.4
82
243
330
是
5
西三采3#/-260与-290顺槽
9.3
6.10
11.3
17.4
66
121
187
非
6
西二采2#/-140与顺槽
4.6
3.70
6.9
10.4
80
150
226
非
2#层底板为煤页互层
6应采取的安全技术措施
虽然我矿是高瓦斯矿井，但掘进过程中如果不发生瓦斯喷出，绝对瓦斯涌出量一般在0.6m3/min以下，按《煤矿安全规程》规定及实际情况，利用局部通风机排除完全可以满足需要，只是对喷出点可用风机吹散，并设消尘喷头对准喷出点喷水来消除隐患。
对首采层的首采面，如果观测瓦斯绝对涌出最较大，有造成回风巷瓦斯超限的可能性。
首先应考虑施工一条专用排瓦斯尾巷。
尾巷与回风巷之间每隔30～50m施工联络巷。
头一个联络巷距离开切眼应小于老顶初次来压步距，以便老顶初次来压后的大量瓦斯从尾排巷释放。
这样可以避免采面上隅角的瓦斯超限，为防止尾排巷内产生火花，要求尾排巷不用钢铁支护，撤除一切铁器，并在每个联络巷交岔口处设置净化喷雾，一是防止积尘，二也可以使巷道充分湿润，避免冒落岩石之间产生火花。
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