屯蘭井田瓦斯地質規律研究及防治技術探討

焦治平，冀學宏

(西山煤電(集團)公司屯蘭礦，山西 古交 030206)

·問題探討·

屯蘭井田瓦斯地質規律研究及防治技術探討

焦治平，冀學宏

(西山煤電(集團)公司屯蘭礦，山西 古交 030206)

介紹了屯蘭井田內地質構造的發育規律，對煤層賦存規律和構造規律進行了分析，預測出瓦斯動力現象的分布區域，提出瓦斯綜合防治技術。

瓦斯;突出;地質規律;防治

我國瓦斯地質學科重要創始人河南理工大學瓦斯地質研究所所長張子敏教授說“瓦斯地質理論是瓦斯治理最重要的基礎”，瓦斯地質學中對瓦斯的定義:“瓦斯是煤在地質歷史演化過程中形成的氣體地質體，它儲存在煤層及其圍巖中，受地質條件控制，存在明顯的規律性。”《中國煤層瓦斯分布特征》提出:幾乎所有的煤與瓦斯突出都間接或直接地與地質構造有關，煤與瓦斯突出動力災害主要發生在構造復雜區和構造煤發育區。對于生產礦井而言，研究礦井、采區、采面的瓦斯地質規律，只有厘清了瓦斯地質規律，瓦斯涌出量預測、煤與瓦斯突出危險性預測、瓦斯抽采率預測、瓦斯的綜合治理等工作才能做到有的放矢。因此，存在突出危險的礦井應重視瓦斯地質規律的分析研究，要充分認識到其規律性對煤礦安全生產的現實意義。通過對屯蘭井田煤層賦存規律和構造規律分析，預測出瓦斯動力現象的分布區域，初步總結出屯蘭井田瓦斯賦存和分布規律，并為礦井的瓦斯綜合治理提供參考依據。

1 礦井瓦斯地質概況

屯蘭礦地處西山煤田的西北部，礦井2011年產量300萬t，絕對瓦斯涌出量207.05 m3/min，相對涌出量34.04 m3/t。2011年礦井瓦斯等級鑒定為瓦斯突出礦井，地層走向北西30°～60°，傾向南西，傾角5°～10°，呈一由北東向南西傾伏的波浪狀單斜構造，地質儲量10.28 億 t，可采儲量 6.28 億 t。

2 礦井地質特征

1.1 煤層及煤質

本區煤系地層為山西組和太原組，含煤層13層，主要開采二疊系下統山西組的2+3號煤層和石炭系上統太原組的8號、9號煤層。2+3號煤厚1.47～5.22 m，平均3.27 m;8 號煤厚 1.15 ～5.81 m，平均3.45 m，9 號煤厚 0.43 ～2.88 m，平均 1.65 m，全區穩定可采。各煤層煤質變化規律明顯，縱向上自上而下變質程度逐漸加深，橫向上自西北向東南變質逐漸加深，煤種由肥煤、焦煤到瘦煤依次排列。

1.2 井田構造

屯蘭井田褶曲不發育，比較明顯的有西部邊緣的鮮則背斜、元家山向斜和東南部的東大嶺向斜。斷層較多，斷距5 m以上者66條，最大斷距達180 m，北東35°～65°者居多，占2/3，區內斷層均有明顯的規律性，以成組出現為其特點，帶有壓扭性質，均屬高角度正斷層，構造綱要圖見圖1。

1.3 地質力學分析

西山煤田的地質構造屬新華夏系次一級多字型構造盆地的一部分，屯蘭井田受南北向一對力偶作用，產生壓性結構面—北北東向的褶曲:鮮則背斜、元家山向斜和東南部的東大嶺向斜顯示了這一特征。與此同時產生了一對北東50°和北西35°的X節理，它們應屬第一序次構造。區內近70條斷層，斷層走向以北東35°～65°者居多，為本區主要斷層走向，斷層面一般緊閉，摩擦鏡面、擦痕和斷層透鏡體常見，從結構面上的很多現象觀察，充分顯示了壓性特征，封閉性較好，北東向的壓扭性斷層如風坪嶺斷層、古交斷層、頭南峁斷層、土地溝斷層等這些大斷裂的產生應屬第二次序構造。從節理統計看，主要有兩組，一組北東50°，另一組北西35°，且兩組節理發育程度不同，前者發育密集，后者比較稀疏，節理面平直而緊閉，應為一對共軛扭性裂面。

圖1 屯蘭井田構造綱要圖

3 地質因素對瓦斯賦存規律的影響及預測

1)隨著開采深度的增加，突出的危險性增大，屯蘭井田內地勢西南高，東北低，最高處在大東磨上附近，標高1 400 m，最低處在古交附近汾河河床，標高970 m，以2+3、8號煤層為例，煤層底板標高分別為560～920 m、480～840 m，2+3號煤開采深度為68～732 m，8號煤開采深度為146～821 m，呈現埋藏深度由東北向西南逐漸增厚，從近年來開采情況分析，東北部的北一盤區為無突出危險區，向西南瓦斯壓力和瓦斯含量明顯增大，與瓦斯賦存規律吻合，即煤層埋深是影響瓦斯含量和涌出量的主控因素，可進一步推測井田內西南部的南四、南五、南七盤區存在瓦斯突出危險性。

2)突出多發生在地質構造附近，如斷層、褶曲，90%以上的突出發生在向斜軸部、扭轉地帶、斷層和褶曲附近。屯蘭井田內橫穿于南四、南五盤區中部的東大嶺向斜軸部，由于受南北向擠壓作用，產生壓性結構面，煤體遭受破壞，煤層厚度較厚，區域內3～8 m的斷層發育，屬于應力集中區，可確定為瓦斯突出的危險區，該區域內12503工作面已回采，采前12503順槽施工過程中多次出現瓦斯超限及小型突出現象，也驗證了東大嶺向斜軸部，斷層發肓，煤層疏軟，存在明顯的瓦斯動力現象。12503工作面(掘進期間)瓦斯異常涌出區域圖見圖2。12503順槽掘進接近向斜軸部時瓦斯突出統計見表1。

圖2 12503工作面瓦斯小型突出區域圖

表1 12503順槽掘進接近向斜軸部時瓦斯突出統計

4 瓦斯綜合防治技術探討

根據國內外統計資料，突出地點僅占采掘面積的7%～15%。如果不加區別地把所有的地點都按突出區域對待，將嚴重制約礦井生產能力的發揮。瓦斯地質學的理論來源于生產實踐，只有摸清礦井瓦斯地質規律，才能厘清瓦斯賦存和煤與瓦斯突出危險性的分區和分帶特征。《防治煤與瓦斯突出規定》中，區域預測一般采用瓦斯地質分析結合瓦斯參數測定的方法。而其綜合治理應以區域性“四位一體”為主(即突出危險性預測、區域性防治措施、區域性效果檢驗和區域性驗證)，局部“四位一體”為輔的瓦斯治理技術體系。

目前，屯蘭礦瓦斯抽采治理方法主要有上鄰近層瓦斯抽采本煤層瓦斯抽采、下鄰近層瓦斯抽采、采空區抽采及地面鉆孔抽采等，危險區域實施保護層開采。這些方法的應用，一定程度解決了生產中的棘手問題，但也存在一些局限性，如對煤層中瓦斯賦存規定只有概況性認識，受地質構造、特殊地質條件影響的煤層瓦斯賦存規律不清楚，井田內反應煤層突出危險性大小的實測煤層瓦斯壓力數據較少，瓦斯抽放的針對性不強，對基礎參數的測定、收集整理不夠重視等，均不同程度地制約了瓦斯的綜合治理的發展。

解決瓦斯與安全生產矛盾的根本途徑，必須從基礎入手，才能保證綜合治理的主動地位。而其防治技術必須遵循以下規律:

1)建立瓦斯治理的綱領性文件，即瓦斯治理中長期規劃，編制完成后，礦井的采掘部署，工作面接替的調整都應圍繞瓦斯中長期規劃開展，才能夠為未來采區的瓦斯治理提供時間和空間保障。

2)高度重視基礎資料的收集，實際工作中能夠直觀系統反應瓦斯賦存規律的，主要依據瓦斯壓力和瓦斯含量作為最重要的預測指標來判定區域范圍內是否具有突出危險性。而瓦斯地質圖是研究和揭示瓦斯地質規律以指導瓦斯預測和防災減災的基礎性圖件，有了這些圖件，才能使瓦斯地質資料得到高度集中并不斷積累、補充和完善。

3)與科研院所合作，開展煤層裂隙的收集整理、調查研究。

煤層中裂隙(節理或斷層)對煤層瓦斯的生儲、聚集及抽采起著直接或間接的控制作用。通過對屯蘭2#、8#煤層破壞類型進行觀察，煤體多為亮煤或半亮煤，煤塊層理結構明顯，通常伴生有大量次生節理端面，無構造影響段煤體硬度較大，而在構造影響區域，煤體硬度低，呈碎片狀，其原生結構已不存在，用手可捻成粉末，不難確定煤體破壞帶，突出危險性高出正常區域。屯蘭井田內北北東向的斷層及煤層裂隙的發育，不難發現瓦斯抽采鉆孔的布置，在充分考慮煤層中主節理及構造方向后，抽采效果將更為有效可靠。

4)開展掘進工作面水力超前卸壓和采煤工作面煤層注水。

屯蘭井田內煤層頂底板多為泥巖，砂質泥巖或細砂巖、泥巖互層，煤層的透氣性差，屬于難抽放煤層，且具有煤塵爆炸危險性，采用高壓注水可壓裂煤體，濕潤煤體，改變煤體的力學性質，達到快速釋放瓦斯的效果。注水設備可選用專用注水泵，必須有泄壓閥，注水孔可選用已布置的抽采鉆孔，孔間距為3 m/個，注水壓力為3～5 MPa，瞬時壓力可達10 MPa以上，選擇利用瓦斯抽采鉆孔注水，需解決好封孔及注水過程中工作面滲漏水，并開展效果檢驗。

5 結論

屯蘭井田內南四、南五盤區沿東大嶺向斜軸部將是近期區域防突的重點;古交斷層、土地溝斷層、王芝茂斷層控制著瓦斯的賦存，井田內的北一盤區埋藏淺，陷落柱發育，不利于煤層瓦斯的保存。總之，瓦斯地質規律研究是瓦斯預測、治理的基礎，隨著綜合治理技術體系的形成與井上井下瓦斯治理模式相結合，不斷完善瓦斯地質圖，瓦斯地質規律將會越來越清晰，治理的效果也會得到不斷的檢驗。

［1］ 張子敏.瓦斯地質學［M］.徐州:中國礦業大學出版社，2009:112－115.

Gas Geology Rule Research and Prevention and Control Technology in Tunlan Field

Jiao Zhi－ping，Ji Xue－hong

Introduces the development regularity of geological structure in Tunlan field，the occurrence regularity and the structure rule of coal seam was analyzed，and the distribution area of gas power phenomenon was predicted，puts forward the gas comprehensive prevention and control technology.

Gas;Outstanding;Geological law;Prevention and control

TD713

A

1672－0652(2012)08－0049－03

2012－07－29

焦治平(1968—)，男，山西臨猗人，1993年畢業于山西礦業學院，工程師，主要從事煤礦生產技術管理工作(E －mail)depkjzp@163.com