地质构造和开采对瓦斯涌出的影响

1、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200240m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

2、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6080密度为24。1条/km2，展布长度7 361.5m/ 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

3、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2k6024#轴流式通风机排风。排风量为5 1000m3/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1 710 m3/min，负压610pa，东一采区由kbz-12.5轴流式通风机排风，风量1 320 m3/min，负压930

4、pa。立井总排风量为10 680 m3/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：煤的变质程度；煤层露头；煤层的赋存深度；围岩性质；地质构造；煤层倾角；水文地质条件；含煤地层煤层

5、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30120m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80230m，面积3.2 km2。岩浆岩覆盖在煤田上部

6、，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/m3min-1持续时间/d喷出瓦斯量/m3min-1备注1东一采三路3#/运输下山3#裂隙39510900.68573 440与f16断层连同2东一采三路3#/切割上山3#裂隙33010900.433722 910与f14断层连同3东一采右一卷6d平巷6d断层23930901.23051 840与f16断层连同4西三采右六

7、车场岩断层305951.290155 520与f6e断层连同5西三采右六水仓8#断层304951.560129 600与f6e断层连同6西三采反上胶带道3#断层428952.075216 600与f6e断层连同7西三采反上绞车道2#断层460951.12641 184与f6e断层连同8西三采反上风道3#断层440951.44794 752与f6e断层连同9西三采300回风道3#断层508951.4156314 496与f6e断层连同10西三采300大巷3#断层459950.312051 840与f6e断层连同11运输石门岩断层496952.54616 500与f6e断层连同在西三采区岩浆侵入时

8、，因受到上部巨厚的（1 500m）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515m，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70110m。为

9、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：煤、岩的瓦斯含量；开采规模；开采顺序与回采方法；生产工艺；地面大气压变化；风量变化；采区通风系统；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67d后

10、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45d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

11、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/m3t-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q4q2/q1q3/q1q4/q11西三采3#/-230与-260顺槽8.896.7022.131.3752

12、49353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8.106.2021.326.476263297是3西三采3#/-180与-240顺槽6.55.3014.216.782218256是4东一采3#/-110与-150顺槽7.15.8017.323.482243330是5西三采3#/-260与-290顺槽9.36.1011.317.466121187非6西二采2#/-140与顺槽4.63.706.910.480150226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