鶴壁礦區(qū)地質構構造對煤與瓦斯突出的控制

1、 專業(yè)技術文件 / Technical documentation 編號： 鶴壁礦區(qū)地質構構造對煤與瓦斯突出的控制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：_鶴壁礦區(qū)地質構構造對煤與瓦斯突出的控制溫馨提示：該文件為本公司員工進行生產(chǎn)和各項管理工作共同的技術依據(jù)，通過對具體的工作環(huán)節(jié)進行規(guī)范、約束，以確保生產(chǎn)、

2、管理活動的正常、有序、優(yōu)質進行。本文檔可根據(jù)實際情況進行修改和使用。 td=“14252” 鶴壁煤業(yè)（集團）公司所屬8對生產(chǎn)礦井均為高瓦斯礦井, 其中南部3對礦井為煤與瓦斯突出礦井。自1970年六礦第一次出煤與瓦斯突出以來。共發(fā)生包括突出、壓出、傾出在內突出事故63起, 給安全生產(chǎn)和職工的生命安全造成嚴重威脅。為探索突出規(guī)律及發(fā)生突出的主導因素。有效防治煤與瓦斯突出事故, 本文著重從地質角度分析鶴壁礦區(qū)地質構造對煤與瓦斯突出的控制作用。 1鶴壁礦區(qū)與瓦斯突出的基本情況 鶴壁礦區(qū)煤與瓦斯空出均發(fā)生在石門揭煤及煤巷掘進, 基本情況出表1。 表1石門揭煤煤巷掘進突出情況表 鶴壁礦區(qū)突出, 壓出、傾出

3、3種類型的動力現(xiàn)象均發(fā)生過, 其中典型突出所占比例較大, 約為74%；壓力、傾力分別占5%、21%。突出誘導因不以放炮為主, 統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2。 表2 不同作業(yè)突出比例 煤巷突出中托頂煤掘進煤巷所占比例較大, 沿頂掘進煤巷所占例較??；上山掘進煤巷所占比例較大, 下山煤巷及近水平煤巷所占比例較小。 2 突出井礦區(qū)的區(qū)域構造背景 鶴壁礦區(qū)西依太行山新華夏系隆起帶, 東臨華北平原新華夏系沉降帶, 地質歷史時期遭受燕山和喜山等多次構造運動。礦區(qū)內主采煤層為二1煤, 平均煤厚8m。煤層直接頂為薄層狀砂質泥巖, 老頂為細粒、中細粒砂巖。礦區(qū)整體為一單斜構造, 區(qū)內次一級構造復雜, 以斷層褶曲為主。礦區(qū)內8條

4、規(guī)模較大的傾伏向、背斜相間出現(xiàn), 多為北東向。礦區(qū)內還有為數(shù)不多的次一級短軸褶曲及非對稱形狀的鞍狀構造, 受拉長斷層影響失去了完整的幾何外形。礦區(qū)內斷層均為高角度正斷層, 落差大于100 m 的18條, 走向以北東向或北北東向為主。大斷層兩盤往往發(fā)育多條階梯狀小斷層, 形成較寬的斷層破碎帶。除斷層外, 在煤層及煤層頂?shù)装逯蠿共軛剪節(jié)理、裂隙也非常發(fā)育, 造成煤巖破碎。 礦區(qū)的控制性地質造為青羊口斷層, 為京廣大斷裂伴生斷層。該斷層走向長100多km, 最大落差達1000m, 北北向東向延伸。該斷層與礦區(qū)最南部的十礦距離最近, 在十礦深部穿過, 向北逐漸偏離礦區(qū)。礦區(qū)的一級斷層造為賈家地塹和F4

5、0斷層組, 累計落差均在200m以上, 將礦區(qū)分成相對獨立的三部分:南部為六礦、八礦、十礦3對礦井, 中部為三礦、二礦2對礦井、北部為二礦、四礦、九礦3對礦井。在兩級斷層構造作用下, 南部三對礦井與中部、北部相比瓦斯地質條件出現(xiàn)較大差異: （1）井田內地質構造復雜程度明顯不同。南部3對礦井井田內斷層相互切割穿插較多, 北部5對礦井則較少；南部3對礦井井田內, 尤其是六礦井田內較多不同方向的褶曲相互交叉, 形成穹隆或構造盆地, 北部5對礦井則較少。 （2）南部3對礦井煤層產(chǎn)狀變化大, 傾角明顯變大, 深部普遍達30, 局部達50北部5對礦井煤傾角一般在20以下。煤層傾角增大使自重應力成為煤與瓦斯

6、突出的誘導因素, 托頂煤上山掘進時成其明顯, 十礦曾經(jīng)發(fā)生的“9.25”、“3.19”、“4.10”3次突出事故都是頂煤冒落誘發(fā)造成的。 （3）南部3對礦區(qū)井井田內煤厚度變化大, 薄煤帶、厚煤帶相對較多, 局部煤層厚度變化在012m之間, 與平均煤厚8m相比懸殊。煤厚變化帶往往是嚴重突出危險帶。 3地質構造對突出的控制作用 綜合分析鶴壁礦區(qū)煤與瓦斯突出事故特點, 基本是受地質構造控制的。地質構造通過控制構造煤發(fā)育程度及發(fā)育范圍、地應力分布情況、瓦斯的賦存運移, 控制煤與瓦斯突出。 3.1 地質構造對煤物理力學性質的影響極其嚴重, 主要通過構造煤的發(fā)育程度及分布范圍表現(xiàn)出來。與北部5對礦井相比,

7、 南部3對礦井構造煤的發(fā)育非常明顯, 非常普遍。觀測表明, 南部3對礦井在斷層附近及向、背斜軸部, 構造煤普遍發(fā)育；在非構造帶由于南部3對礦井距離煤層底板1.5m2.0m處的夾矸厚度只有北部5對礦井的0.30.5倍, 巖石力學強度嚴重降低, 在較強烈的地質構造影響下, 在煤層內部發(fā)生大面積的層滑構造。這是一種煤層層位不發(fā)生錯動, 但煤層頂?shù)装灏l(fā)生相對位移的層間滑動構造, 厚度較小的夾矸由于與上、下煤層的粘結力弱常常發(fā)揮滑動面的作用。受層滑構造作用在煤層底部形成普遍發(fā)育構造煤。采用四類構造煤分類法, 在斷層附近及向、背斜軸部整個煤層都是、類構造煤且發(fā)育基本都是、類構造煤。實測表明, 各礦井類煤（

8、非構造煤）的煤強度基本相同, 堅固性系數(shù)為0.41!0.55。 實測表明, 南部3對礦井的類煤至類煤的煤強度（?值）差別明顯, 見表3。 表3 南部3對礦井的?值 構造煤的存在降低了煤強度, 即降低了阻止突出發(fā)生的阻力。南部3對礦井非常明顯、非常普遍的構造煤成為煤與瓦斯突出的因素之一。 3.2 地質構造對地應力的控制作用 地質歷史時期的燕山和雪中喜山2次主要構造運動六礦井田疊加, 造成南部3對礦井地應力明顯偏大。六礦地應力實測值表明, 重直應力為金尼克理論值的1.051.78倍, 而水平應力為金屬尼克理論值的2.694.76倍, 且分布很不均勻。應力實測值還表明六礦井田煤系地層內存在較大剪應力

9、。殘余構造應力的存在起到了激發(fā)突出的作用, 極大地增加了煤與瓦斯突出的危險性。計算結果表明, 六礦井田內磚瓦向壓縮狀態(tài)煤體的彈性潛能約為與瓦斯內能的4倍, 是破碎煤體、激發(fā)突出的主要動力, 為煤與瓦斯突出主要激發(fā)因素。 構造應力還通過采掘活動形成的支承應力, 造成應力的進一步疊加, 激發(fā)突出。六礦發(fā)生的“912”及“125”突出事故都是支承應力作用結果?！?12”事故為:某工作面開采頂分層時的因處理斷層留下20m30m, 下分層孤島掘進行15m后, 正處于孤島中部, 發(fā)生了突出事故, 突出煤量85t, 瓦斯量1800m3；”125“事故為:為改造某工作面上順槽, 在距原煤層底板上順槽2.5m處

10、并行補掘一條由底找板2m處, 炮后發(fā)生了突出事故, 突出煤量140t, 瓦斯量2600m3。2次事故的噸煤突出瓦斯量都只是略高于噸煤瓦斯含量, 與典型突出的噸煤瓦斯出量（噸煤瓦斯含量的59倍）相比相差較多, 因此突出動力主要是支承應力。 3.3 地質構造對瓦斯的控制作用 地質構造對瓦斯的控制作用主要表現(xiàn)在瓦斯含量、瓦斯壓力、瓦斯放散速度等方面。各礦井實測瓦斯壓力及吸附瓦斯含量見表4。 表4 各礦瓦斯壓力, 吸附瓦斯量測定表 實測結果顯示, 瓦斯壓力與地質構造、煤層埋深關系密切。隨著埋深增加, 瓦斯壓力增大；南部3支礦井構造復雜, 煤層透氣性差, 瓦斯含量與埋深、煤質關系密切。隨著埋深增加, 瓦

11、斯含量增大；十礦煤層含水量較高, 總體而言, 鶴壁礦區(qū)現(xiàn)開采水平瓦斯壓力與瓦斯含量普遍高于發(fā)生突出的臨界值, 因此, 控制瓦斯突出發(fā)生的是采掘活動中瓦斯放散速度。 構造煤的發(fā)育程度決定著采掘過程中瓦斯放散初速度。實測的瓦斯散初速度（P）見表5。 表5 礦井瓦斯初速度與煤類型關系 實測數(shù)據(jù)表明, 類構造煤的放散初速度為類煤的23倍。構造煤受到采掘集中應力后破壞、變形、卸壓, 吸附瓦斯快速解吸, 形成大量的有強烈膨脹能的游離瓦斯, 在集中應力的激發(fā)下搬運、破碎煤體, 促進煤與瓦斯突出的發(fā)生、發(fā)展。 4結語 （1）鶴壁礦區(qū)內南部3對礦井發(fā)生煤與瓦斯突出, 北部5對礦井不發(fā)生, 是區(qū)域地質構造控制作用的結果。地質構造通過對構造煤、地應力及瓦斯的控制作用的結果。地質構造通過對構造煤、地應力及瓦斯的控制, 控制煤與瓦斯突出。在現(xiàn)開采水平構造煤的發(fā)育程度及規(guī)模是發(fā)生煤與瓦斯突出的關鍵因素。 （2）構造煤發(fā)育部位是鶴壁礦區(qū)防突重點, 需加強構造帶及底分層煤巷掘