鶴壁礦區地質構構造對煤與瓦斯突出的控製

　　鶴壁煤業（集團）公司所屬8對生產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。共發生包括突出、壓出、傾出在內突出02manbetx.com 63起，給安全生產和職工的生命安全造成嚴重威脅。為探索突出規律及發生突出的主導因素。有效防治煤與瓦斯突出02manbetx.com ，本文著重從地質角度03manbetx 鶴壁礦區地質構造對煤與瓦斯突出的控製作用。

　　1鶴壁礦區與瓦斯突出的基本情況

　　鶴壁礦區煤與瓦斯空出均發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



鶴壁礦區突出，壓出、傾出3種類型的動力現象均發生過，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，統計數據見表2。

　　表2 不同作業突出比例



　　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小；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 突出井礦區的區域構造背景

鶴壁礦區西依太行山新華夏係隆起帶，東臨華北平原新華夏係沉降帶，地質曆史時期遭受燕山和喜山等多次構造運動。礦區內主采煤層為二₁煤，平均煤厚8m。煤層直接頂為薄層狀砂質泥岩，老頂為細粒、中細粒砂岩。礦區整體為一單斜構造，區內次一級構造複雜，以斷層褶曲為主。礦區內8條規模較大的傾伏向、背斜相間出現，多為北東向。礦區內還有為數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。礦區內斷層均為高角度正斷層，落差大於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，在煤層及煤層頂底板中X共軛剪節理、裂隙也非常發育，造成煤岩破碎。

礦區的控製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。礦區的一級斷層造為賈家地塹和F40斷層組，累計落差均在200m以上，將礦區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較大差異：

（1）井田內地質構造複雜程度明顯不同。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突出的誘導因素，托頂煤上山掘進時成其明顯，十礦曾經發生的“9.25”、“3.19”、“4.10”3次突出02manbetx.com 都是頂煤冒落誘發造成的。

（3）南部3對礦區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0~12m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製作用

綜合03manbetx 鶴壁礦區煤與瓦斯突出02manbetx.com 特點，基本是受地質構造控製的。地質構造通過控製構造煤發育程度及發育範圍、地應力分布情況、瓦斯的賦存運移，控製煤與瓦斯突出。

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育程度及分布範圍表現出來。與北部5對礦井相比，南部3對礦井構造煤的發育非常明顯，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，構造煤普遍發育；在非構造帶由於南部3對礦井距離煤層底板1.5m~2.0m處的夾矸厚度隻有北部5對礦井的0.3~0.5倍，岩石力學強度嚴重降低，在較強烈的地質構造影響下，在煤層內部發生大麵積的層滑構造。這是一種煤層層位不發生錯動，但煤層頂底板發生相對位移的層間滑動構造，厚度較小的夾矸由於與上、下煤層的粘結力弱常常發揮滑動麵的作用。受層滑構造作用在煤層底部形成普遍發育構造煤。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Ⅲ、Ⅳ類構造煤且發育基本都是Ⅲ、Ⅳ類構造煤。實測表明，各礦井Ⅰ類煤（非構造煤）的煤強度基本相同，堅固性係數為0.41!~0.55。

實測表明，南部3對礦井的Ⅰ類煤至Ⅳ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製作用

地質曆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1.05~1.78倍，而水平應力為金屬尼克理論值的2.69~4.76倍，且分布很不均勻。應力實測值還表明六礦井田煤係地層內存在較大剪應力。殘餘構造應力的存在起到了激發突出的作用，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煤體的彈性潛能約為與瓦斯內能的4倍，是破碎煤體、激發突出的主要動力，為煤與瓦斯突出主要激發因素。

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，激發突出。六礦發生的“9·12”及“12·5”突出事故都是支承應力作用結果。“9·12”事故為：某工作麵開采頂分層時的因處理斷層留下20m×30m，下分層孤島掘進行15m後，正處於孤島中部，發生了突出事故，突出煤量85t，瓦斯量1800m³；”12·5“事故為：為改造某工作麵上順槽，在距原煤層底板上順槽2.5m處並行補掘一條由底找板2m處，炮後發生了突出事故，突出煤量140t，瓦斯量2600m³。2次事故的噸煤突出瓦斯量都隻是略高於噸煤瓦斯含量，與典型突出的噸煤瓦斯出量（噸煤瓦斯含量的5~9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製作用

地質構造對瓦斯的控製作用主要表現在瓦斯含量、瓦斯壓力、瓦斯放散速度等方麵。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、煤層埋深關係密切。隨著埋深增加，瓦斯壓力增大；南部3支礦井構造複雜，煤層透氣性差，瓦斯含量與埋深、煤質關係密切。隨著埋深增加，瓦斯含量增大；十礦煤層含水量較高，總體而言，鶴壁礦區現開采水平瓦斯壓力與瓦斯含量普遍高於發生突出的臨界值，因此，控製瓦斯突出發生的是采掘活動中瓦斯放散速度。

構造煤的發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（ΔP）見表5。

表5 礦井瓦斯初速度與煤類型關係



實測數據表明，Ⅳ類構造煤的放散初速度為Ⅰ類煤的2~3倍。構造煤受到采掘集中應力後破壞、變形、卸壓，吸附瓦斯快速解吸，形成大量的有強烈膨脹能的遊離瓦斯，在集中應力的激發下搬運、破碎煤體，促進煤與瓦斯突出的發生、發展。

4結語

（1）鶴壁礦區內南部3對礦井發生煤與瓦斯突出，北部5對礦井不發生，是區域地質構造控製作用的結果。地質構造通過對構造煤、地應力及瓦斯的控製作用的結果。地質構造通過對構造煤、地應力及瓦斯的控製，控製煤與瓦斯突出。在現開采水平構造煤的發育程度及規模是發生煤與瓦斯突出的關鍵因素。

（2）構造煤發育部位是鶴壁礦區防突重點，需加強構造帶及底分層煤巷掘進的防突工作。同暗無天日，應積極研究地質構造的預測探測技術，為搞好煤與瓦斯突出預測預報提供地質資料。

（3）防治煤與瓦斯突出需采取卸壓與增強綜合防突技術，即通過排放鑽孔和瓦斯抽放，降低地應力、瓦斯壓力和瓦斯含量，相應增加構造煤強度。同時提高巷道支護強度，保證發生突出的阻力大於動力，防治煤與瓦斯突出事故，實現安全生產。