地質構造和開采對瓦斯湧出的影響

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1 井田概況

張新煤礦井田位於雞西煤盆地南部條帶中部的主背斜的南翼。含煤地層為中生界上侏羅紀雞西群城子河含煤組。城子河含煤組共有30個煤層，在張新礦井田內，可采煤層自上而下依次是8^#、7^#、7^#下、6D上、6D下、6C、6B、6A、3^#、2^#、1^#共11層可采煤層，底板間距在200～240m之間，是主要含煤段，其間以中砂岩、細砂岩、粉砂岩、煤組成；含有泥岩及凝灰岩夾層。

井田呈東西走向傾向南，屬緩傾斜的單斜煤層，北有平陽一麻山逆斷層，東有落差為500m北東向F49斷層，井田內除平陽一麻山逆斷層外，共有大中型斷支75條，性質均為正斷層，無褶曲。在煤層走向剖麵上，地塹、地壘相間排列。斷層走向北東落差大於北西落差，從斷層的力學性質03manbetx 都屬於張性和張扭性，斷層麵傾角60°～80°密度為24。1條/km²，展布長度7 361.5m/ km2 。

井田內主采煤層有8#、6D、6C、6A、3#、2#，共6層。煤層厚度由西向東逐漸變薄，3#層由西三的2.4m，到東西隻有0.9m。其餘各層在東四都大部有可采。

井田內煤層大都是弱粘結煤，各煤層的煤塵都具有爆炸性，煤塵爆炸指數均在30％以上。

2 礦井生產情況

張新煤礦立井是多水平開拓，一水平是一對立井和分區斜井聯合開拓，二水平為暗斜井延深。井田內按斷層自然劃分為7個采區，即西三、西二、西一、東一、東二、東三、東四。立井地麵標高為＋220m，一水平標高±0m，開采深度170m，二標高－300m，垂深300m。

立井設計生產能力及核定能力為45萬t/a，1992年實際生產能力創曆史最高為58萬t，左右。巷道掘進均采用鑽爆法，采煤工作麵都是走向長壁後退式，工作麵使用單位液壓支柱支護，采空區全部陷落法處理。

3 礦井通風瓦斯情況

3.1礦井通風情況

立井采用分區對角抽出的通風方式。西二、西三采區由2K60－№24#軸流式通風機排風。排風量為5 1000m3/min,負壓2.5Pa，西一采區由4-72-20離心式通風機排風，排風量為1 710 m3/min，負壓610Pa，東一采區由KBZ-12.5軸流式通風機排風，風量1 320 m3/min，負壓930Pa。

立井總排風量為10 680 m3/min。

3.2 礦井瓦斯情況

自移交生產以後，從1967年開始有瓦斯煤塵鑒定成果表。從曆年瓦斯鑒定為高瓦斯礦井後，以後一直是高瓦斯礦井，相對瓦斯湧出量和絕對瓦斯湧出量的總趨勢是上升的。說明隨著開采深度的增加，煤層中的瓦斯含量是逐漸增加的。

4 瓦斯地質對瓦斯湧出的影響

煤層瓦斯含量的大小，決定於成煤過程中產生的瓦斯量和煤層保存瓦斯的條件，由於成煤過程中產生的瓦斯量遠遠超過煤層的保存能力。因此，瓦斯含量的大小主要取決於煤炭生產後保存瓦斯的條件，主要因素有以下幾個方麵：①煤的變質程度；②煤層露頭；③煤層的賦存深度；④圍岩性質；⑤地質構造；⑥煤層傾角；⑦水文地質條件；⑧含煤地層煤層累積厚度。

對於張新煤礦來說，影響各采區瓦斯含量的主要因素是煤層露頭、圍岩性質、地質構造、含煤地層的煤層累積厚度4個方麵。

因為在同一生產時期，開采深度相差不大，同一井田內的煤炭變質程度、煤層傾角、水文地質條件無明顯差異。

根據曆年瓦斯鑒定情況扯，從東向西瓦斯相對湧出量（即瓦斯含量）是呈逐漸增加的。這與從東向西煤層厚度逐漸增大是相一致的。因此，在同一井田內，煤岩層中的瓦斯含量與煤層厚度成正比。

在立井東一、西三采區，形成煤田之後，都有岩漿活動。東一采區上部覆蓋一層厚度在30～120m的火山岩，麵積4km2。西三采區在8#上部，岩漿以岩床形成侵入，厚度80～230m，麵積3.2 km2。

岩漿岩覆蓋在煤田上部，對下部煤層起著封閉作用，使煤、岩層及斷層帶內的瓦斯不易釋放，從而大量儲存起來，一旦被揭露，就會大量湧出（噴出）。我礦在生產過程中，發生的11次較大的瓦斯噴出都是在西三和東一區域，噴出情況彙總表見表1。

表1 瓦斯噴出情況彙總表

序號

地點

層別

地質

條件

垂深/m

噴出濃度

/％

絕對湧出量/m³·min^-1

持續時間

/d

噴出瓦斯量

/m³·min^-1

備注

1

東一采三路3^#/運輸下山

3^#

裂隙

395

10～90

0.6

85

73 440

與F16斷層連同

2

東一采三路3^#/切割上山

3^#

裂隙

330

10～90

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td="14317">

0.43

37

22 910

與F14斷層連同

3

東一采右一卷6D平巷

6D

斷層

239

30～90

1.2

30

51 840

與F16斷層連同

4

西三采右六車場

岩

斷層

305

>95

1.2

90

155 520

與F6E斷層連同

5

西三采右六水倉

8^#

斷層

304

>95

1.5

60

129 600

與F6E斷層連同

6

西三采反上膠帶道

3^#

斷層

428

>95

2.0

75

216 600

與F6E斷層連同

7

西三采反上絞車道

2^#

斷層

460

>95

1.1

26

41 184

與F6E斷層連同

8

西三采反上風道

3^#

斷層

440

>95

1.4

47

94 752

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td="14317">與F6E斷層連同

9

西三采－300回風道

3^#

斷層

508

>95

1.4

156

314 496

與F6E斷層連同

10

西三采－300大巷

3^#

斷層

459

>95

0.3

120

51 840

與F6E斷層連同

11

運輸石門

岩

斷層

496

>95

2.5

46

16 500

與F6E斷層連同

在西三采區岩漿侵入時，因受到上部巨厚的（1 500m）穆棱組與樺山群覆蓋層阻擋沒有噴出地表，完整地封閉在地層中，形成岩床。岩體的高溫、高壓對周圍的岩體變質起到巨大作用，西三采區影響最突出的是8#層。在接近岩體侵入處，依次變為天然焦、貧煤、瘦煤、肥煤。從而使西三采區局部地區的8#層瓦斯含量特別高。

西部采區有較厚的衝積層覆蓋，厚度在5～15m，衝積層為灰綠、黃褐色之腐植土、砂質粘土、淤泥等組成。衝積層下層的洪積層為風化碎玄武岩礫塊及少量粗砂和亞粘土。煤層露頭沒有露出地表，煤層中瓦斯釋放受到阻礙；東部采區地貌為丘陵，沒有衝積層覆蓋，煤層露頭露出地表，地表有大衝溝4條，加大了露頭暴露麵積，風化裂隙很發育，達70～110m。為中等透氣層，瓦斯釋放條件好。開采期間證明，東部煤層比西部煤層瓦斯含量小。

5 開采對瓦斯湧出的影響

影響瓦斯湧出量主要有以下幾個方麵：①煤、岩的瓦斯含量；②開采規模；③開采順序與回采方法；④生產工藝；⑤地麵大氣壓變化；⑥風量變化；⑦采區通風係統；⑧采空區封閉質量。

對於我礦現有的通風係統，長期觀測 總結瓦斯湧出規律，及時預測各采掘工作麵的絕對瓦斯湧出量，合理分配風量是最切合實際的工作。通過風年觀測，現已發現采掘之間絕對瓦斯湧出的關係，為指導生產發揮過重要作用。

煤層中的瓦斯在自然狀態下是以一定壓力賦存煤體中的，掘進巷道時，瓦斯從崩落的煤炭及巷道四周向掘進空間湧出，瓦期的湧出速度與揭露時間基本是負指數關係，一般在6～7d後成恒定值，為此我們以觀測掘進工作麵50m以內瓦斯絕對湧出量來推斷該範圍內采煤時的絕對瓦斯湧出量。

巷道掘進後，在圍岩中產生應力重新分布，使圍岩發生變形，形成了非彈性變形區（裂隙區），彈性變形區和原岩應力區，掘進巷疲乏以後，在4～5d的時間內，瓦斯湧出主要來源於非彈性變形區及彈性變形區。采煤工作麵在老頂初次來壓後，瓦斯湧出的主要來源可分為本層應力集中區，上、下臨過層，而且由於產部因冒落形成冒落帶、裂隙帶、無裂隙沉降帶。如果按下行開采順序，先采上層，逐步采下層，這樣采麵上部為采空區，瓦斯一般不易向開采空間湧出，由於現在提出經濟可采煤層，經常出現違序開采，首采層成了“解放層”，造成瓦斯湧出異常高，配風困難。通過 03manbetx ，我們發現了掘采之間相對瓦斯湧出量存在相對固定的比例關係（見表2）。表2中這個偏差值相差不大，最大與最小的偏差在實踐中都可做出可靠的預測。例如西三－140m與－150m采麵初壓後比值偏低是由於采麵較長，達180m，而采動影響範圍差別不大造成的。回采期間的最大值均發生在跳麵老頂初次來壓後的一個月內，這是由於采空區斷層煤柱被壓垮後造成大量瓦斯湧出產生的。

表2 采掘工作麵瓦斯湧出情況對比表

觀測地點

相對瓦斯湧出量/m³·t^-1

比值/％

是否為首采麵首采層

說明

掘進時

Q₁

回采時

Q₂

初壓後Q₃

最大值Q₄

Q₂/Q₁

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td="14317">Q ₃/Q ₁

Q₄/Q₁

1

西三采3^#/-230與-260順槽

8.89

6.70

22.1

31.3

75

249

353

是

最大值均為斷層，跳麵，新麵老頂初次來壓後的一個月內觀測值

2

西三采3^#/140與-150順槽

8.10

6.20

21.3

26.4

76

263

297

是

3

西三采3^#/-180與-240順槽

6.5

5.30

14.2

16.7

82

218

256

是

4

東一采3^#/-110與-150順槽

7.1

5.80

17.3

23.4

82

243

330

是

5

西三采3^#/-260與-290順槽

9.3

6.10

11.3

17.4

66

121

187

非

6

西二采2^#/-140與順槽

4.6

3.70

6.9

10.4

80

150

226

非

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td="14317">2 ^#層底板為煤頁互層

6 應采取的 安全技術 措施

雖然我礦是高瓦斯礦井，但掘進過程中如果不發生瓦斯噴出，絕對瓦斯湧出量一般在0.6m3/min以下，按《 煤礦 安全 01manbetx 》規定及實際情況，利用局部通風機排除完全可以滿足需要，隻是對噴出點可用風機吹散，並設消塵噴頭對準噴出點噴水來消除隱患。

對首采層的首采麵，如果觀測瓦斯絕對湧出最較大，有造成回風巷瓦斯超限的可能性。首先應考慮施工一條專用排瓦斯尾巷。尾巷與回風巷之間每隔30～50m施工聯絡巷。頭一個聯絡巷距離開切眼應小於老頂初次來壓步距，以便老頂初次來壓後的大量瓦斯從尾排巷釋放。這樣可以避免采麵上隅角的瓦斯超限，為防止尾排巷內產生火花，要求尾排巷不用鋼鐵支護，撤除一切鐵器，並在每個聯絡巷交岔口處設置淨化噴霧，一是防止積塵，二也可以使巷道充分濕潤，避免冒落岩石之間產生火花。

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