平煤集團十礦煤與瓦斯突出地質原因分析
許偉功1,郭德勇1,程 偉2,和德江2
(1.中國礦業大學北京校區,北京100083;2.平頂山煤業集團,河南平頂山467000)
摘 要:通過對平頂山十礦煤與瓦斯突出的地質原因03manbetx ,找出突出與瓦斯賦存狀態、地質構造、煤層厚度、煤體結構聯係的規律性,以指導今後的生產,同時為其它井田提供生產實踐的經驗。
關鍵詞:突出;瓦斯賦存;地質構造;煤層厚度;煤體結構
中圖分類號:TD713 文獻標識碼:B 文章編號:1003-496X(2006)03-0054-03
煤與瓦斯突出是煤礦中一種極其複雜的地質自然災害,輕者影響正常的生產循環,重者危及人身安全和國家財產。隨著礦井開采深度的不斷加大,煤與瓦斯突出已愈來愈成為影響和製約生產的重要因素。大量的調查結果都肯定了瓦斯突出分布的不均衡性。這種不均衡性與地質條件的差異性有著密切的聯係。國內外研究成果表明:地質條件對煤與瓦斯突出的分區分帶具有明顯的控製作用。
1 礦井概況
十礦位於河南省平頂山市東部,井田東西走向長
礦井開采二疊係山西組己組煤層和下石盒子組戊組煤層,己組寬自上而下為己15、己16、己173層。戊組煤自上而下為戊8、戊9、戊103層。井田範圍內,由於成煤環境的變化,而使各煤層間距時小時大,煤層也時分時合。煤層頂底板岩性均為砂質泥岩。
戊8、戊9、戊10煤種為肥煤,己15、己16、己17煤種為焦煤或1/3焦煤。井田位於李口向斜西翼中東段井田發育2個北西剪切帶:其一為原十一礦逆斷層與郭莊背斜斷褶帶;其二為牛莊逆斷層與十礦向斜斷褶帶,它們成為十礦井田的主幹構造。
井田開拓方式為豎、斜井綜合開拓,多水平上下山開采,采煤方法為走向長壁全麵垮落法,通風方式為分區抽出式通風。
2 礦井的瓦斯概況
(1)瓦斯湧出。2004年礦井瓦斯等級鑒定:全礦井相對瓦斯湧出量為
(2)煤與瓦斯突出現狀。十礦是目前平頂山礦區突出最嚴重的礦井之一。第一次煤與瓦斯突出發生於
3 煤與瓦斯突出的地質原因
煤與瓦斯突出發生的控製因素(見圖1)包括工程因素和地質因素。工程因素在煤與瓦斯突出過程中起誘發作用。十礦由於放炮或割煤而引起的煤與瓦斯突出發生次數占總數的78.2%,其它原因而引起的突出次數占總數的21.8%。地質因素則是煤與瓦斯突出發生的必要條件。瓦斯賦存條件、井田地質構造、煤層厚度及其變化、煤體結構是控製煤與表1 平煤十礦煤與瓦斯突出基本情況瓦斯突出現象發生及其分布的主要地質因素。
圖1 煤與瓦斯突出因素框圖
3.1 瓦斯賦存的地質條件
十礦井田含煤岩係總厚度
戊組煤與己組煤分屬二疊係下石盒子組和山西組。研究表明,戊組煤屬三角洲相沉積,己組煤屬濱海相沉積。二疊係山西組和下石盒子組含煤較好,厚度大,含煤係數高,岩性、岩相比較穩定,煤層的頂底板一般為0.1~
井田範圍內煤層埋深和地質構造對瓦斯賦存有重要影響。井田處於李口複式向斜的西翼中東段,整個煤層埋藏呈西南高東北低趨勢,但受十礦向斜、郭莊背斜、原十一礦逆斷層和牛莊逆斷層的影響,局部也出現反常現象。生產實踐和研究證明,戊組(見圖2)和己組煤層瓦斯含量明顯受控於煤層埋深和地質構造影響。十礦井田87%的煤與瓦斯突出發生埋深>
圖2 平煤十礦戊9-10煤層瓦斯地質簡圖
3.2 地質構造對煤與瓦斯突出的影響十礦的地質構造條件比相鄰一礦、八礦和十二礦都要複雜。李口複式向斜的次級構造———十礦向斜、郭莊背斜、原十一礦逆斷層、牛莊逆斷層形成十礦獨有的壓性或壓扭性地質構造。這種地質構造一是瓦斯排放條件比較困難,有利於瓦斯保存,二是屬構造應力集中地帶,為煤與瓦斯突出的發生提供了動力。
十礦煤與瓦斯突出都發生在郭莊背斜東北翼,宏觀上受井田內主幹構造影響。統計表明十礦井田內煤與瓦斯突出受斷層控製見表2。在所有的46次
突出中,
3.3 煤厚及其變化對煤與瓦斯突出的影響煤層厚度的大小與生成的瓦斯量多少有關,厚煤帶也為瓦斯儲集提供了場所,煤厚對煤與瓦斯突出影響很大,十礦井田內丁、戊、己煤組發生突出均為合層煤層,單一煤層從未發生過突出。現場資料顯示,井田內單一煤層厚度一般不超過
圖3 十礦已15-16-22230風巷突出點地質平剖麵示意圖
3.4 煤體結構對煤與瓦斯突出的影響在地質構造應力作用下,煤體較其它岩層更易遭到破壞,極易破碎。被破壞的層位層理紊亂、煤質鬆軟,習慣上稱這種煤為軟煤。由於軟煤的煤體原生結構遭受構造作用破壞,也叫構造斷。構造煤的空隙率大,瓦斯含量大,透氣性差,一般能保持較高的瓦斯壓力。構造煤結構先前不同程度地遭受破壞,抵禦外力作用的能力大大降低,同時構造煤有利於顆粒移動。由於十礦井田受十礦向斜、郭莊背斜、原十一礦逆斷層、牛莊逆斷層的影響,十礦範圍內順層斷層發育,煤體層間滑動,使戊9-10、己15-16煤層呈現“硬-軟-硬”的煤體結構特征。十礦所有突出煤層含有軟煤分層,軟煤厚度1.0~
4 結 論
(1)十礦井田戊組和己組煤層瓦斯含量受煤層埋深、十礦向斜、郭莊背斜控製。
(2)十礦井田煤與瓦斯突出宏觀受主幹構造控製,同時與井田內順層斷層發育有關。
(3)井田內厚度<
(4)在戊9-10煤層分叉合並線附近是煤與瓦斯突出帶,其它煤層分叉合並線附近可能成煤與瓦斯突出危險帶。
(5)突出點附近構造煤增厚,為煤與瓦斯突出提供了足夠的瓦斯和力學條件。構造煤厚度增加,突出的危險性增大,構造煤愈厚,突出的強度也愈大。
參考文獻:
〔1〕 焦作礦業學院瓦斯地質研究室.瓦斯地質概論〔M〕.北京.煤炭工業出版社.1990.
〔2〕 郭德勇,韓德馨,張建國.平頂山礦區構造煤分布規律及成因研究〔J〕.煤炭學報,2002,27(3):249-253.
〔3〕 〔3〕 曹運興,彭立運.順層斷層的基本類型及其對瓦斯突出帶的控製作用〔J〕.煤炭學報,1995,20(4):413-417.〔4〕 郝吉生,袁崇孚,張子戊.構造煤及其對煤與瓦斯突出的控製作用〔J〕.焦作工作學院報,2000,19(6):403-406.
〔5〕 程五一,馬 平.用地質構造及煤體結構特性預測煤層突出危險〔J〕.遼寧工程技術大學學報,1999,85(5):50-52.
〔6〕 郭德勇,韓德馨.地質構造控製煤和瓦斯突出作用類型研究〔J〕.煤炭學報,1998,23(4):337-341.
作者簡介:許偉功(1967-),男,河南許昌人,地質工程師,1991年畢業於焦作礦業學院,現在中國礦業大學(北京)攻讀工程碩士研究生,工作於平煤集團十礦,長期從事礦井地質和瓦斯地質工作。