屯蘭礦地質構造對鉆屑瓦斯解吸指標的影響

張軍龍 李建軍 魯博

（1.山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司，山西 晉城 048006； 2.國家能源煤與煤層氣共采技術重點實驗室，山西 晉城 0482043； 3.中北大學理學院，山西 太原 030051）

煤與瓦斯突出事故是影響煤礦安全生產的主要因素之一。隨著礦井向深部開采，井下地應力、瓦斯壓力及瓦斯含量增加，之前沒有出現過瓦斯突出危險性的礦井也已變成突出礦井。突出多發生在地質構造附近，因此地質構造成為防突的基礎和重點。屯蘭礦屬于煤與瓦斯突出礦井，地質構造屬于簡單～中等，在生產過程中遭遇各類地質構造（圖1），采取了多種安全措施，積累了一些經驗。本文在前期工作的基礎上，通過對比屯蘭礦不同地質構造條件下的鉆屑瓦斯解吸指標，總結出兩者之間的關系，并利用它們的相關性指導礦井掘進防突工作，取得了較好的效果。

圖1 屯蘭礦地質構造及工作面位置示意圖

1 鉆屑瓦斯解吸指標

鉆屑解吸指標是按照特定粒徑的煤樣的瓦斯解吸規律判斷突出危險性發生可能性的一種預測指標，其中K1、△h2是我國突出礦井中最常使用的兩個工作面突出預測指標[1]。

鉆屑瓦斯解吸指標值K1是表征煤的瓦斯解吸速度快慢的特性系數，反映了煤層瓦斯含量及卸壓初期瓦斯解吸速度的大小。K1值越大表明瓦斯解吸速度越大，煤層中積聚的瓦斯就越多，煤層突出危險性就越大。因該值測定操作簡單易行而得到了廣泛的應用[2]。

2 地質構造與指標K1 值關系

選擇構造相對簡單和中等的典型工作面為例，對簡單和中等的地質構造條件下的鉆屑瓦斯解吸指標進行分析，討論兩者的關系，從而應用到未來施工的工作面。

（1）簡單構造區

A 工作面走向長2590m，傾斜長220m，工作面內1、2、3 號煤合并，煤巖總厚度4.16～5.14m，平均厚度為4.65m，底板標高770～842m。煤層整體呈向斜構造，核部距巷口約1200m，軸向NW312°，東翼煤層傾角較大整體呈5°，西翼煤層傾角較小整體呈2°。有兩個小型正斷層，走向NE。

皮帶順槽巷K1值主要分布在0.12～0.17 之間，最大值0.25，距巷口353m，毗鄰斷層F1。最小值0.07和次小值0.08，距巷口900m 和1410m，可能與煤層產狀變陡有關。向斜核部為0.14，相對較低。

軌道順槽巷K1值主要分布在0.13～0.20 之間，最大值0.25，距巷口1605m，毗鄰斷層F2。最小值0.08，距巷口1870m 左右，可能與陷落柱有關。向斜核部為0.09，為次小值。斷層F1 附近K1值0.21，也有增大現象。

當巷道開始掘進時，瓦斯含量達到4.8m3/t，相應的鉆屑瓦斯解吸指標K1達0.13。隨著掘進在向斜核部前、中，通過核部后，瓦斯含量逐步下降至4.5m3/t ，然后逐漸增加，可達6.2m3/t，與K1值的變化基本吻合。說明向斜核部裂隙封閉，瓦斯和K1值降低。

（2）復雜構造區

B 工作面走向長1070 m（圖2），傾斜長260m，2、3 號煤巖總厚度為4.35～5.00m，平均厚為4.70m，底板標高770～842m。煤層整體呈向斜構造，核部距巷口約450～500m，軸向NE。巷道掘進時揭露有近20 個小型斷層，走向NE40°～53°，斷距主要集中在1.5m，最大斷距達11m。

皮帶順槽巷K1值主要分布在0.13～0.17 之間，有兩個最大值0.20，距巷口433m和550m，毗鄰斷層。最小值為0.10，距巷口810m 左右，位于向斜核部。

軌道順槽巷K1值主要分布在0.13 ～0.18 之間，最大值0.26 和次大值0.25，距巷口172m 和420m，均毗鄰斷層。最小值0.08，距巷口660m 左右，靠近向斜核部。兩條巷道斷層附近K1值均有明顯增大現象。

當巷道開始掘進時，瓦斯含量達到7.1m3/t，相應的鉆屑瓦斯解吸指標K1達0.17，隨著掘進在斷層前、中，通過斷層后，瓦斯含量逐步下降至5.9m3/t 然后逐漸增加，可達6.3～7.5m3/t，與K1值的變化基本吻合。說明斷層附近裂隙增多、瓦斯和K1值增大。斷層寬度和K1增大值正相關。

3 應用

C 工作面位于B 工作面西側（圖2），B 工作面構造以寬緩向斜的背景下疊加了多條NW 向斷層為主，這種構造向西延伸到達C 工作面，所以C 工作面具有相似的地質構造，B 工作面的生產為C 工作面生產提供了有利的經驗。在C 工作面掘進過程中，當K1＞0.2 時說明靠近斷層，此時應加強防突和加強支護等工作，做好安全措施。

圖2 工作面構造和鉆屑瓦斯解吸指標示意圖

4 結論

（1）屯蘭礦屬于煤與瓦斯突出礦井，采用鉆屑解吸指標K1判斷突出危險性發生的可能性。利用這種方法，間接提高了生產工作效率，降低了煤與瓦斯突出危險，取得了很好的實用效果。

（2）在屯蘭礦，通過不同構造條件下的鉆屑解吸指標變化的對比，總結了兩者之間的相關性，認識到了地質構造是影響鉆屑解吸指標的重要因素。

（3）在NE 向斷層附近指標K1值明顯增大，NW 向斜軸部附近明顯減小。其原因可能是在現今NW 向拉張應力場作用下，NE 向構造以引張為主，煤層松軟，裂隙增多，瓦斯增大。NW 向構造以擠壓為主，裂隙封閉，瓦斯降低。