贵州某煤矿掘进工作面瓦斯突出主控因素分析

文精贵 潘福东 邓成海 韦恩光

摘 要：本文以贵州某煤矿为工程研究对象，阐述了该矿开拓方式、煤层赋存特征、地质构造等工程概况，在此基础上，根据煤与瓦斯突出“综合作用假说”，分析了地质构造、构造煤、煤层厚度和倾角、顶底板岩性、埋藏深度等主控因素对瓦斯突出的影响。

关键词：综合作用假说;瓦斯突出;主控因素

1、引言

貴州省煤矿煤层条件复杂，基本为高瓦斯矿井，每年发生的煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等事故的数量及伤亡人数在全国瓦斯事故中均处于前列，是我国煤矿瓦斯灾害防治的重点区域。国家安监总局领导在六盘水市煤矿视察时指出，要立足煤层赋存情况和生产技术条件，探究瓦斯事故根源，遏制重特大事故的发生。

目前，关于煤与瓦斯突出的机理研究很多，国内外学者提出了多个假说，虽然均由一定的理论支撑，能够解释部分煤与瓦斯突出发生的过程，但均不能解释已发生的全部事故动力现象。多个假说中，国内外学者支持较多的是“综合作用假说”。由于煤与瓦斯突出的根本原因不明晰，因此很难找到事故发生的根源，也就难以制定针对性的防治措施。

2、工程概况

贵州某煤矿地处高原山地，矿区内地表起伏大，最大海拔相差300m左右。矿井可采储量约2600万吨，设计生产能力60万t/a。井田开拓方式为斜井开拓，单水平上下山开采，中央并列抽出式通风，划分为两个采区，采用走向长壁采煤法开采，工作面斜长150～200m，全部垮落法处理采空区。

矿区内含煤地层为龙潭煤组，可采及局部可采煤层共6层，主采11#煤层，各煤层特征如表1所示。

井田范围内断层较多，落差较大的断层有18条，对生产影响较大的是F89和F89-1，但未发现较大的褶皱、陷落柱等构造，因此总体而言，井田地质构造中等。

3、某矿煤与瓦斯突出主控因素分析

煤矿生产条件复杂，诸多因素对煤与瓦斯突出产生影响，但诱发煤与瓦斯突出的关键因素究竟是什么？目前学术界仍没有统一见解。根据“综合作用假说”，煤与瓦斯突出是瓦斯压力、矿山压力、煤和围岩自重综合作用于采掘工作面，导致煤与瓦斯突出事故发生。下面，笔者将针对该矿主采的11号煤层，分析其埋藏深度、地质构造、断层发育、煤层厚度和倾角、地板岩性、构造煤等对瓦斯赋存及煤与瓦斯突出的影响。

（1）地质构造

地质构造对煤层的赋存状态和围岩透气性影响显著，同时影响煤体的结构。断层可分为张性、张扭性、压性及压扭性断层几类，对于张性和张扭性断层，由于宏观表现为开放性，对瓦斯的排放起到促进作用;而压性、压扭性断层宏观表现为封闭性断层，对瓦斯排放起到抑制作用。因此，在开放性断层附近瓦斯含量较小，而封闭性断层附近瓦斯含量较大。

该矿11号煤层在采掘过程中发现3个较大的正断层，在断层面上附着一层细腻柔软构造膜泥，厚度不均，在其余小断层带发现构造软泥填满岩石孔隙。同时，在断盘附近发育有小断裂或节理、裂隙，对瓦斯的赋存和逸散起到两个相反的作用，一方面有利于瓦斯赋存，同时也有助于瓦斯逸散。

（2）构造煤

构造煤的显著特征是内表面积较大，对瓦斯的集聚显然是有力的，容易形成弱面区域。

在该矿掘进迎头所取煤样发现，主采煤层颜色呈黑色，半暗光泽，有部分条带分布，强度较软，普氏硬度系数f仅为0.15，用手轻捻就会成为粉末，属于强烈破坏煤。以往的实践表明，煤体破坏程度越大，煤与瓦斯突出的危险性也就越大。

（3）煤层厚度和倾角

该矿11号煤煤层厚度变化大，最薄处仅有0.93m，而最厚处达到6.23m。煤厚变化会引起地应力变化，如图1所示。当厚度由大到小变化时，地应力水平分量逐渐增大，而瓦斯含量和瓦斯压力则随之减小，此时突出类型以压出型为主;反之，当煤层厚度由小变大时，地应力在水平方向的分力指向巷道里端，从力的作用角度来看，这个水平分力对瓦斯突出具有抑制作用，但同时也有利于瓦斯含量的积聚，增大瓦斯含量，进而更容易导致瓦斯突出。

此外，该矿11号煤层倾角为7～29°，平均21°，但整体变化比较平缓，对瓦斯压力和瓦斯含量的影响不大。

（4）顶底板岩性

受地质构造活动的挤压、拉伸等作用影响，煤层顶底板岩层中存在大量空隙、裂隙，作为顶底板岩层中瓦斯赋存和流动的通道，若岩体中孔隙率较大，即岩层中空隙结构广泛发育，则煤层瓦斯会通过这些孔隙流动到其他连通区域，甚至释放到地表，不利于瓦斯的集聚。

（5）埋藏深度

该矿在煤与瓦斯突出防治中采用埋深作为主要研究参数。根据“综合假说”煤与瓦斯突出机理，煤层内大量积聚弹性势能和瓦斯内能以及煤层瓦斯吸附能力的增加，增大了煤与瓦斯突出的危险性。

4、结语

本文简要介绍了贵州某矿的煤系地层及煤质、矿区地质构造情况，分析研究了11号煤层瓦斯赋存规律，指出瓦斯含量、压力分布的受埋藏深度，围岩岩性，地质构造和构造煤等因素的影响。

参考文献：

[1] 刘彦伟. 煤粒瓦斯放散规律机理与动力学模型研究[D]. 焦作： 河南理工大学， 2011.

[2] 杜泽生， 罗海珠， 孙波. 基于四率法的煤与瓦斯突出预测敏感指标的确定[J]. 煤炭科学技术， 2010，7（7）： 44-47.

[3] 赵孟军， 宋岩， 苏现波. 沁水盆地煤层气藏演化的关键时期分析[J]. 科学通报， 2011， 27（7）： 110-114.

[4] 张雷林， 秦波涛， 陶文枝， 等. 新集二矿突出预测敏感性指标及其临界值确定[J]. 煤矿安全， 2012， 43（11）： 163-167.

作者简介：

文精贵（2000.08），男，贵州龙里人，本科在读，主要从事采矿工程方面的学习和研究工作

项目基金：国家级大学生创新创业训练计划项目（201910977003）

（六盘水师范学院矿业与土木工程学院   贵州  六盘水  553004）