煤礦地質構造與瓦斯災害的預測

張 崗

(山西陽泉煤業(集團)有限責任公司二礦，山西 陽泉 045000)

0 引言

瓦斯事故是煤礦事故中發生最為頻繁的一種。瓦斯事故的影響面積很大，還有很強的破壞力，會為人民及國家帶來巨大的損失。因此對于瓦斯災害進行相關研究是很有必要的。

1 煤礦地質構造與瓦斯災害的關系

在形成煤礦資源的時候，由于高溫和高壓環境下的物理及化學作用，會伴隨著形成一種無色無味的氣體，這種氣體就是瓦斯。當瓦斯含量增加到一定程度就很容易發生燃燒或者爆炸。瓦斯災害事故的發生，不僅與瓦斯自身的特點有關，還與其他因素有關。在褶曲或者斷層地質構造的煤礦中進行開采時，很容易發生瓦斯以及煤的突出，導致瓦斯災害事故的發生。

1.1 褶曲構造與瓦斯災害的關系

對于褶曲地質構造來說，中小型的斜軸部、背斜的傾伏段和煤層變化比較大的地方，就是瓦斯比較集中的地方。研究人員在山西陽泉礦統計了北頭嘴井的突出情況，研究數據顯示，在中型褶曲中，向斜軸的突出次數所占比例為83.9%，翼部占16.1%，背斜軸并沒有突出；在小型褶曲中，向斜軸的突出次數所占比例為15.7%，翼部占23.1%，背斜軸占61.2%。通過對數據的研究分析可以發現，在開采的過程中，瓦斯的突出主要集中在褶曲的向斜和背斜構造中，這些部位的瓦斯含量較高，壓力較大，當開采的工作面靠近這些構造時，增強了移動支撐壓力，再加上放炮的振動影響，很容易發生瓦斯爆炸事故[1]。褶曲的構造如圖1所示。

圖1 褶曲構造圖

1.2 斷層構造與瓦斯災害的關系

斷層構造的封閉性和透氣性都會影響到瓦斯的含量。開放性比較好的斷層，無論透氣性的好壞，瓦斯的含量都比較低，突出的危險性比較小；封閉性的斷層在透氣性比較低時，會在一定程度上阻止瓦斯的排放，因此，瓦斯的含量會比較高，壓力也比較大，從而增加了瓦斯的突出性危險。另外，斷層的規模比較大，斷距較長時，突出危險性會更大。研究人員在北票礦區對瓦斯的突出情況和斷層的關系進行了研究，研究數據顯示，當斷距小于10 m時，突出次數為268，平均強度為28.4 t/次；當斷距在10～20 m內，突出次數為43，平均強度為29.8 t/次；當斷距大于20 m時，突出次數為80，平均強度為44.55 t/次。通過對數據的研究分析可以發現，在斷距小于10 m的時候，突出次數最多，但是強度較小；在遠離斷層的時候，突出的強度增大。這是因為斷層間的相對擠壓，改變了塊段內煤層的厚度和產狀，嚴重破壞了煤體的結構，從而增大了瓦斯的含量和壓力，很容易發生瓦斯爆炸事故[2]。

2 瓦斯的預測與預防

2.1 瓦斯的預測方法

礦山統計法：礦山統計法是應用最為廣泛的瓦斯預測方法，該方法預測的結果直觀可靠，但是預測的深度不能超過150 m，因此，礦山統計法通常用于礦井的深度瓦斯預測。礦山統計法主要分2步進行，①收集往年的通風瓦斯資料報表，主要是使用追蹤法來收集相關的資料數據；②將收集到的資料數據錄入到計算機中，通過計算機的相關軟件進行數據的濾波整理，在整理的過程中要注意消除開采技術及自然因素的不利影響，接下來計算出瓦斯的預測深度及梯度的涌出量，這樣可以有效降低計算的誤差，得到正確的瓦斯預測結果。

含量法：含量法的原理是通過勘查和分析煤層的瓦斯含量和殘余的含量，依據煤層的瓦斯含量、鄰近層的瓦斯涌出率以及煤層的配采情況和采掘的比例，來計算出煤礦回采、掘進過程和整個礦井中的瓦斯涌出量。雖然含量法的使用比較簡單，易于操作，但是很容易受到相關因素的影響，比如，瓦斯源的厚度比例、瓦斯的涌出率和煤層配采及采掘的比例等等。

2.2 瓦斯災害的預防措施

防止瓦斯積聚：主要從以下4方面入手，①保持良好的通風，這是有效防止瓦斯積聚的最基本的方法，特別是在放炮的過程中，要保持通風的連續性；可以選擇機械通風的方法。該方法可以保證通風的風速和風量，有效避免漏風、循環風的出現；另外，在進行機械通風時，要注意保持風筒末端和工作面之間的距離；②正確處理局部積存的瓦斯，在實際的開采中，煤礦頂板冒落的空洞內、采掘機械切割部分的附近以及回采工作面的采空區邊界位置等，都是瓦斯容易積存的地方，要及時地處理掉這些積存的瓦斯，降低煤層內瓦斯的含量在安全范圍內；③進行煤層高負壓瓦斯抽采降低煤層瓦斯含量，確保工作面開采時瓦斯涌出量處在安全范圍內；通過低負壓抽采，使工作面上隅角瓦斯不超限，保障開采工作的安全進行；④裝備煤礦安全檢測監控系統，用科技手段檢測煤礦環境，出現瓦斯超限、報警撤出工作面人員并自動切斷工作面電源防止電氣火花；⑤加強管理，安排專門的檢查人員按時地檢查瓦斯的含量和通風情況，對于重點的瓦斯工作面，要增加檢查的次數，嚴格按照瓦斯檢查的制度進行工作，確保開采工作的安全[3]。

防止瓦斯引燃：主要從3方面入手，①嚴格檢查作業人員和入井人員，嚴禁入井人員身上帶有煙草或引火工具進入井下；在井下禁止使用電爐，更不可以明火作業，如果要進行井下的燒焊工作時，要嚴格按照相關規定操作設備，同時要注意防治機械摩擦火花的產生；另外，要重點防范礦井下的火區，加強對該區域的管理；②維護好機電設備的防爆性能，在目前的開采工作中，會在礦井內使用大量的電器設備，在一定程度上增加了電氣火花引燃瓦斯的可能性，因此，開采人員要正確安裝和使用井下的電器設備，而且要經常對電器設備進行檢查和養護，保證電器設備的性能完好，避免電器設備溫度過高而引燃瓦斯現象的出現；③要在采掘工作面內的電器設備上安裝帶有延時功能的風電閉鎖裝置，還要在瓦斯含量高的采掘工作面內，安裝上帶有自動檢測功能的報警斷電裝置[4]。

3 結語

煤礦的瓦斯會受到煤礦地質構造的影響。通過對煤礦地質構造與瓦斯災害預測的研究，可以有效地減少瓦斯爆炸事故的發生，保障了煤礦工作的安全進行，從而促進了煤炭行業的可持續發展。希望本文可以為相關人員研究煤礦地質構造和瓦斯災害的預測提供參考[5]。