地质构造和开采对瓦斯涌出的影响

地质构造和开采对瓦斯涌出的影响地质构造和开采对瓦斯涌出的影响 1 井田概况 张新煤矿井田位于鸡西煤盆地南部条带中部的主背斜的南翼 含煤地层为中生界上侏罗纪鸡西群城子河含煤组 城子河含煤 组共有 30 个煤层 在张新矿井田内 可采煤层自上而下依次是 8 7 7 下 6d 上 6d 下 6c 6b 6a 3 2 1 共 11 层可采煤层 底板间距在 200 240m 之间 是主要含煤段 其 间以中砂岩 细砂岩 粉砂岩 煤组成 含有泥岩及凝灰岩夹 层 井田呈东西走向倾向南 属缓倾斜的单斜煤层 北有平阳一麻 山逆断层 东有落差为 500m 北东向 f49 断层 井田内除平阳 一麻山逆断层外 共有大中型断支 75 条 性质均为正断层 无 褶曲 在煤层走向剖面上 地堑 地垒相间排列 断层走向北 东落差大于北西落差 从断层的力学性质分析都属于张性和张 扭性 断层面倾角 60 80 密度为 24 1 条 km2 展布长度 7 361 5m km2 井田内主采煤层有 8 6d 6c 6a 3 2 共 6 层 煤层厚 度由西向东逐渐变薄 3 层由西三的 2 4m 到东西只有 0 9m 其余各层在东四都大部有可采 井田内煤层大都是弱粘结煤 各煤层的煤尘都具有爆炸性 煤 尘爆炸指数均在 30 以上 2 矿井生产情况 张新煤矿立井是多水平开拓 一水平是一对立井和分区斜井联 合开拓 二水平为暗斜井延深 井田内按断层自然划分为 7 个 采区 即西三 西二 西一 东一 东二 东三 东四 立井 地面标高为 220m 一水平标高 0m 开采深度 170m 二标 高 300m 垂深 300m 立井设计生产能力及核定能力为 45 万 t a 1992 年实际生产能 力创历史最高为 58 万 t 左右 巷道掘进均采用钻爆法 采煤 工作面都是走向长壁后退式 工作面使用单位液压支柱支护 采空区全部陷落法处理 3 矿井通风瓦斯情况 3 1 矿井通风情况 立井采用分区对角抽出的通风方式 西二 西三采区由 2k60 24 轴流式通风机排风 排风量为 5 1000m3 min 负压 2 5pa 西一采区由 4 72 20 离心式通风机排风 排风量为 1 710 m3 min 负压 610pa 东一采区由 kbz 12 5 轴流式通风机排风 风量 1 320 m3 min 负压 930pa 立井总排风量为 10 680 m3 min 3 2 矿井瓦斯情况 自移交生产以后 从 1967 年开始有瓦斯煤尘鉴定成果表 从历 年瓦斯鉴定为高瓦斯矿井后 以后一直是高瓦斯矿井 相对瓦 斯涌出量和绝对瓦斯涌出量的总趋势是上升的 说明随着开采 深度的增加 煤层中的瓦斯含量是逐渐增加的 4 瓦斯地质对瓦斯涌出的影响 煤层瓦斯含量的大小 决定于成煤过程中产生的瓦斯量和煤层 保存瓦斯的条件 由于成煤过程中产生的瓦斯量远远超过煤层 的保存能力 因此 瓦斯含量的大小主要取决于煤炭生产后保 存瓦斯的条件 主要因素有以下几个方面 煤的变质程度 煤层露头 煤层的赋存深度 围岩性质 地质构造 煤层倾角 水文地质条件 含煤地层煤层累积厚度 对于张新煤矿来说 影响各采区瓦斯含量的主要因素是煤层露 头 围岩性质 地质构造 含煤地层的煤层累积厚度 4 个方面 因为在同一生产时期 开采深度相差不大 同一井田内的煤炭 变质程度 煤层倾角 水文地质条件无明显差异 根据历年瓦斯鉴定情况扯 从东向西瓦斯相对涌出量 即瓦斯 含量 是呈逐渐增加的 这与从东向西煤层厚度逐渐增大是相 一致的 因此 在同一井田内 煤岩层中的瓦斯含量与煤层厚 度成正比 在立井东一 西三采区 形成煤田之后 都有岩浆活动 东一 采区上部覆盖一层厚度在 30 120m 的火山岩 面积 4km2 西 三采区在 8 上部 岩浆以岩床形成侵入 厚度 80 230m 面 积 3 2 km2 岩浆岩覆盖在煤田上部 对下部煤层起着封闭作用 使煤 岩 层及断层带内的瓦斯不易释放 从而大量储存起来 一旦被揭 露 就会大量涌出 喷出 我矿在生产过程中 发生的 11 次 较大的瓦斯喷出都是在西三和东一区域 喷出情况汇总表见表 1 表 1 瓦斯喷出情况汇总表 序号 地点 层别 地质 条件 垂深 m 喷出浓度 绝对涌出量 m3 min 1 持续时间 d 喷出瓦斯量 m3 min 1 备注 1 东一采三路 3 运输下山 3 裂隙 395 10 90 0 6 85 73 440 与 f16 断层连同 2 东一采三路 3 切割上山 3 裂隙 330 10 90 0 43 37 22 910 与 f14 断层连同 3 东一采右一卷 6d 平巷 6d 断层 239 30 90 1 2 30 51 840 与 f16 断层连同 4 西三采右六车场 岩 断层 305 95 1 2 90 155 520 与 f6e 断层连同 5 西三采右六水仓 8 断层 304 95 1 5 60 129 600 与 f6e 断层连同 6 西三采反上胶带道 3 断层 428 95 2 0 75 216 600 与 f6e 断层连同 7 西三采反上绞车道 2 断层 460 95 1 1 26 41 184 与 f6e 断层连同 8 西三采反上风道 3 断层 440 95 1 4 47 94 752 与 f6e 断层连同 9 西三采 300 回风道 3 断层 508 95 1 4 156 314 496 与 f6e 断层连同 10 西三采 300 大巷 3 断层 459 95 0 3 120 51 840 与 f6e 断层连同 11 运输石门 岩 断层 496 95 2 5 46 16 500 与 f6e 断层连同 在西三采区岩浆侵入时 因受到上部巨厚的 1 500m 穆棱组 与桦山群覆盖层阻挡没有喷出地表 完整地封闭在地层中 形 成岩床 岩体的高温 高压对周围的岩体变质起到巨大作用 西三采区影响最突出的是 8 层 在接近岩体侵入处 依次变为 天然焦 贫煤 瘦煤 肥煤 从而使西三采区局部地区的 8 层 瓦斯含量特别高 西部采区有较厚的冲积层覆盖 厚度在 5 15m 冲积层为灰绿 黄褐色之腐植土 砂质粘土 淤泥等组成 冲积层下层的洪积 层为风化碎玄武岩砾块及少量粗砂和亚粘土 煤层露头没有露 出地表 煤层中瓦斯释放受到阻碍 东部采区地貌为丘陵 没 有冲积层覆盖 煤层露头露出地表 地表有大冲沟 4 条 加大 了露头暴露面积 风化裂隙很发育 达 70 110m 为中等透气 层 瓦斯释放条件好 开采期间证明 东部煤层比西部煤层瓦 斯含量小 5 开采对瓦斯涌出的影响 影响瓦斯涌出量主要有以下几个方面 煤 岩的瓦斯含量 开采规模 开采顺序与回采方法 生产工艺 地面大 气压变化 风量变化 采区通风系统 采空区封闭质量 对于我矿现有的通风系统 长期观测总结瓦斯涌出规律 及时 预测各采掘工作面的绝对瓦斯涌出量 合理分配风量是最切合 实际的工作 通过风年观测 现已发现采掘之间绝对瓦斯涌出 的关系 为指导生产发挥过重要作用 煤层中的瓦斯在自然状态下是以一定压力赋存煤体中的 掘进 巷道时 瓦斯从崩落的煤炭及巷道四周向掘进空间涌出 瓦期 的涌出速度与揭露时间基本是负指数关系 一般在 6 7d 后成 恒定值 为此我们以观测掘进工作面 50m 以内瓦斯绝对涌出量 来推断该范围内采煤时的绝对瓦斯涌出量 巷道掘进后 在围岩中产生应力重新分布 使围岩发生变形 形成了非弹性变形区 裂隙区 弹性变形区和原岩应力区 掘进巷疲乏以后 在 4 5d 的时间内 瓦斯涌出主要来源于非 弹性变形区及弹性变形区 采煤工作面在老顶初次来压后 瓦 斯涌出的主要来源可分为本层应力集中区 上 下临过层 而 且由于产部因冒落形成冒落带 裂隙带 无裂隙沉降带 如果 按下行开采顺序 先采上层 逐步采下层 这样采面上部为采 空区 瓦斯一般不易向开采空间涌出 由于现在提出经济可采 煤层 经常出现违序开采 首采层成了 解放层 造成瓦斯 涌出异常高 配风困难 通过分析 我们发现了掘采之间相对 瓦斯涌出量存在相对固定的比例关系 见表 2 表 2 中这个 偏差值相差不大 最大与最小的偏差在实践中都可做出可靠的 预测 例如西三 140m 与 150m 采面初压后比值偏低是由于采 面较长 达 180m 而采动影响范围差别不大造成的 回采期间 的最大值均发生在跳面老顶初次来压后的一个月内 这是由于 采空区断层煤柱被压垮后造成大量瓦斯涌出产生的 表 2 采掘工作面瓦斯涌出情况对比表 观测地点 相对瓦斯涌出量 m3 t 1 比值 是否为首采面首采层 说明 掘进时 q1 回采时 q2 初压后 q3 最大值 q4 q2 q1 q3 q1 q4 q1 1 西三采 3 230 与 260 顺槽 8 89 6 70 22 1 31 3 75 249 353 是 最大值均为断层 跳面 新面老顶初次来压后的一个月内观测值 2 西三采 3 140 与 150 顺槽 8 10 6 20 21 3 26 4 76 263 297 是 3 西三采 3 180 与 240 顺槽 6 5 5 30 14 2 16 7 82 218 256 是 4 东一采 3 110 与 150 顺槽 7 1 5 80 17 3 23 4 82 243 330 是 5 西三采 3 260 与 290 顺槽 9 3 6 10 11 3 17 4 66 121 187 非 6 西二采 2 140 与顺槽 4 6 3 70 6 9 10 4 80 150 226 非 2 层底板为煤页互层 6 应采取的安全技术措施 虽然我矿是高瓦斯矿井 但掘进过程中如果不发生瓦斯喷出 绝对瓦斯涌出量一般在 0 6m3 min 以下 按 煤矿安全规程 规定及实际情况 利用局部通风机排除完全可以满足需要 只 是对喷出点可用风机吹散 并设消尘喷头对准喷出点喷水来消 除隐患 对首采层的首采面 如