論地質構造對煤和瓦斯突出的控制作用

李東慧，張 虎，趙 慧

1.山東省煤田地質規劃勘察研究院，山東泰安 271000 2.山東省地質科學實驗研究院，山東濟南 250013

0 引言

“煤與瓦斯突出”在近年來瓦斯事故中比例趨升，危害極大。目前國際上還沒有找到有效的防治“煤與瓦斯突出”的辦法，隨著開采深度的加大，“煤與瓦斯突出”事故呈持續上升趨勢我國50%左右的煤礦是高瓦斯礦井，60%～70%的煤礦是在復雜和極復雜的構造條件下進行開采的。因此，做好煤與瓦斯突出預測預報，不僅對提高礦井的經濟效益，而且對提高礦井的安全和社會效益有著重大的現實意義。本文就地質構造對煤和瓦斯突出的控制作用進行深入的探討。

1 煤和瓦斯突出的巨大危害

煤與瓦斯突出是一種復雜的構造與物理現象，外力誘發“煤與瓦斯突出”，就如同突然打開了可樂瓶蓋，煤層中蘊蓄的一氧化碳等有害氣體攜帶著煤與碴石驟然涌出，躲避不及的人們可能被掩埋，高濃度的瓦斯迅速充盈巷道，空氣中的氧氣迅速降到不能保障人類生存的12%以下，無法避開的人們因缺氧窒息而死。此時如果有電器火花或其他細微的明火，又可能導致燃燒或爆炸、擴大危害。以某省為例，統計數據顯示，2009年該省發生的煤礦事故中，瓦斯事故67起，死亡200人。在各類事故中，瓦斯事故起數雖然位居第二，但每起瓦斯事故的平均傷亡人數卻高居榜首。統計數據還顯示，“煤與瓦斯突出”事故的危害性日趨嚴重。湖南煤業2 000個左右的礦井中，有高瓦斯礦井900個，占礦井總數的43%，其中突出礦井約有400個占19%。2005年至209年，該省發生的173起重特大煤礦事故中，死亡1 026人。其中重大事故149起、死亡664人，重大事故中瓦斯爆炸34起、死亡170人，煤與瓦斯突出58起、死亡288人，瓦斯窒息17起、死亡67人；特大事故24起、死亡362人，其中瓦斯爆炸6起、死亡85人，煤與瓦斯突出11起、死亡179人。

2 煤與瓦斯突出的預兆

煤與瓦斯突出的預兆分為無聲預兆和有聲預兆兩類。

2.1 無聲預兆

1）煤層結構變化，層理紊亂，煤層由硬變軟、由薄變厚，傾角由小變大，煤由濕變干，光澤暗淡，煤層頂、底板出現斷裂，煤巖嚴重破壞等；2）工作面煤體和支架壓力增大，煤壁外鼓、掉碴、煤塊進出等；3）瓦斯增大或忽小忽大，煤塵增多。

2.2 有聲預兆

煤爆聲、悶雷聲、深部巖石或煤層的破裂聲、支柱折斷等。每次突出前都有預兆出現，但出現預兆的種類和時間是不同的，熟悉和掌握預兆，對于及時撤出人員、減少傷亡具有重要的意義。

3 地質構造對煤和瓦斯突出的影響

煤與瓦斯突出基本特征有：突出的煤向外拋出距離較遠，具有分選現象。拋出的煤堆積角小于煤的自然安息角。拋出的煤破碎程度高，含有大量的塊煤和手捻無粒感的煤粉。有明顯的動力效應，破壞支架，推倒礦車，破壞和拋出安裝在巷道內的設施。有大量的瓦斯涌出，瓦斯涌出量遠遠超過突出煤的瓦斯含量，有時會使風流逆轉。

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范圍表現出來。我們以某礦區為例，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；在非構造帶由于南部3對礦井距離煤層底板1.5m～2.0m處的夾矸厚度只有北部5對礦井的0.3～0.5倍，巖石力學強度嚴重降低，在較強烈的地質構造影響下，在煤層內部發生大面積的層滑構造。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，厚度較小的夾矸由于與上、下煤層的粘結力弱常常發揮滑動面的作用。

3.2 地質構造對地應力的控制作用

地質歷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系地層內存在較大剪應力。殘余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。

4 煤與瓦斯突出的一般規律

1）突出與地質構造的關系,突出多發生在地質構造帶內，如斷層、褶曲和火成巖侵入區附近。

2）突出與瓦斯的關系,煤層中的瓦斯壓力與含量是突出的重要因素之一。一般說來，瓦斯壓力和瓦斯含量越大，突出的危險性越大。但突出與煤層的瓦斯含量和瓦斯壓力之間，沒有固定的關系。瓦斯壓力低、含量小的煤層可以發生突出；反之，瓦斯壓力高，含量大的煤層也可能不突出，因為突出是多種因素綜合作用的結果。

3）突出與地壓的關系,地壓愈大，突出的危險性愈大。當深度增加時，突出的次數和強度都可能增加；在集中壓力區內突出的危險性增加。

4）突出與煤層構造的關系,煤層構造主要指煤的破壞類型和煤的強度。一般情況下煤的破壞類型愈高強度愈小，突出的危險性愈大。故突出多發生在軟煤層或軟分層中。

5）突出與圍巖性質的關系,若煤層頂底板為堅硬而致密的巖層且厚度較大時，其集中應力較大，瓦斯不易排放，故突出危險性愈大；反之則小。若頂底板中具有容易風化和遇水變軟的巖層時，將減少突出危險性。

6）突出與水文地質的關系,實踐表明，煤層比較濕潤，礦井涌水量較大，則突出危險性較小；反之則大，這是由于地下水流動，可帶走瓦斯，溶解某些礦物，給瓦斯流動創造了條件。

7）突出具有延期性突出的延期性變化就是震動放炮后沒有誘導突出而相隔一段時間后才發生突出。其延遲時間從幾分鐘到幾小時。

5 結論

地應力、瓦斯、煤體結構性能這三者與地質構造有直接的聯系，斷裂等地質構造的形成又和構造應力不可分割，活動斷裂構造又制約著構造應力場的分布，因此，礦區應力的分布情況對瓦斯含量、瓦斯壓力、煤體的破壞等都有一定控制作用。

[1]劉昭倫.地質構造對煤與瓦斯突出的控制作用[J].科技資訊，2006(8)：142-144.

[2]曹東棟.鋼筋保護層的作用及控制[J].黑龍江科技信息，2007(8)：130-132.

[3]黃德策.鋼筋保護層的作用及控制[J].黑龍江科技信息，2007(22)：115-118.

[4]趙曉丹，李敬東.建筑工程鋼筋保護層的作用及控制[J].科技促進發展，2008(9)：108-109.

[5]黃婷婷，王磊.談礦山地質構造與瓦斯突出地段的控制[J].今日科苑，2009(10)：136-138.