桑树坪煤矿煤与瓦斯突出规律分析

1、桑树坪煤矿煤与瓦斯突出规律分析    桑树坪煤矿是一个年产300万t、具有煤与瓦斯突出危险的矿井，1997年矿井建成投产以来，煤与瓦斯突出时有发生，严重影响煤矿生产安全。随着采掘深度的加大和采掘速度的不断提高，煤与瓦斯突出等煤岩灾害动力现象日趋严重。因此，进行煤与瓦斯突出规律分析研究，找出影响煤与瓦斯突出的因素，对有效地防治煤与瓦斯突出，消除或降低煤与瓦斯突出事故造成的危害，具有重要的现实意义。1 井田概况桑树坪煤矿地处陕西省韩城市北部，属渭北石炭二叠纪煤田东北端，面积63km2。井田为一走向北东、倾向北西的单斜构造，受东部边缘韩城大断层影响，边浅部煤层

2、倾角10°左右，深部3°5°。井田内中小型褶曲、断层均很发育，断层密度为32.5条/km2。井田含煤地层为二叠系山西组及石炭系太原组，含煤9层(1、2、3、5、7、8、9、11、12)，其中3号煤、11号煤为主采煤层，2号煤局部可采。3号煤厚5m，煤层瓦斯含量10.23 m3/t;11号煤厚3.3 m，煤层瓦斯含量9.27 m3/t;2号煤厚1.0 m，煤层瓦斯含量8.74 m3t。矿井采用联合开拓(平硐-斜井)。平硐矿井绝对瓦斯涌出量20.80 m3/min，相对瓦斯涌出量10.35 m3/t;斜井矿井绝对瓦斯涌出量4.98 m3/min，相对瓦斯涌出量42.2

3、8 m3/t。平硐采用对角式通风，斜井采用分区式通风。2 煤与瓦斯突出类型及突出强度特征桑树坪煤矿1998年至2004年5月共发生强度不同的煤与瓦斯突出48次，按突出类型及突出强度统计分析如下。2.1 煤与瓦斯突出类型表1 煤与瓦斯突出类型突出类型突出次数 / 次突出强度 /t瓦斯涌出量 /m3压出364 22042.36810 28 0004 717.94突出1293 1 100478.925 600 66 78427 635.50由表1可以看出，桑树坪煤矿煤与瓦斯压出较多，共36次，占总突出数的75%，突出强度较小，平均突出强度 42.36 t，平均瓦斯涌出量4 717.94 m3，突出强

4、度超过100t的仅有3次;煤与瓦斯突出12次，占总突出次数的25%，但突出强度较大，平均突出强度478.92 t，平均瓦斯涌出量27 635.50 m3。从压出和突出次数所占总突出次数百分比看，桑树坪煤矿煤与瓦斯突出多为以地应力主要作用力的压出。2.2 煤与瓦斯突出强度表2 煤与瓦斯突出强度突出强度 /t突出次数 / 次占总数比例 / %< 5050 100100 300300 600600 1 000> 1 000286543158.312.510.58.36.32.1表2中煤与瓦斯突出强度分布特征显示，小于100 t的突出共34次，占总突出次数的70.8%。因此，桑树坪煤矿煤与

5、瓦斯突出以强度<100 t的突出主为。3 煤与瓦斯突出与各种影响因素的关系3.1 突出强度及瓦斯涌出量与开采深度的关系表3 突出强度及瓦斯涌出量与开采深度的关系开采深度 /m突出次数 / 次突出强度 /t瓦斯涌出量 /m3< 400400 600600 800202534 22047.343 1 100227.4812 549212.67820 28 0004 595.85810 66 78413 961.604 766 49 30920 173.67从表3中数据可以看出，随着开采深度的加大，突出强度及瓦斯涌出量明显增大。实测资料显示，桑树坪煤矿煤层瓦斯压力梯度平均1.15MPa/

6、hm，当采深大于400mm时，煤与瓦斯突出的频度提高，突出强度增大。例如，采深>415 m的4137回风巷掘进过程中，共发生煤与瓦斯突出6次，其中5次突出强度超过200 t，最大强度为810 t最大瓦斯涌出量为66 784m3。3.2 突出强度及瓦斯涌出量与采掘工程类型的关系表4 突出强度及瓦斯涌出量与采掘工程类型的关系采掘工程类型突出次数 / 次突出强度 /t瓦斯涌出量 /m3平巷石门采面333124 810152.7541 1 100540.333 22050.83810 66 78413 961.602 100 42 00023 366.67130 28 0006 402.84从表

7、4中突出次数看，平巷突出量多，占总突出次数的68.8%;采煤工作面突出次之，占总突出次数的25%;石门最少，占总突出次数的6.2%。但从突出强度看，石门突出强度最大，平巷突出强度次之，采煤工作面突出强度最小。石门突出强度是采煤工作面突出强度的10.63倍，平巷突出强度是采煤工作面突出强度的3倍。由此可以看出，桑树坪煤矿巷道发生煤与瓦斯突出的危险性远元大于采煤工作面。3.3 突出强度及瓦斯涌出量与作业方式的关系从表5中突出次数看，放炮和架棚引发突出并列首位，均占总突出次数的37.5%;采煤机割煤引发突出次之，占总突出次数的18.75%;无作业与打钻引发突出最少。但从突出强度看，无作业突出强度最大

8、，放炮与架棚突出强度相近，采煤机割煤突出强度最小。桑树坪煤矿无作业突出和架棚突出强度较大。研究发现，当煤体结构完整时，放炮使煤体破坏，裂隙增多，有利于瓦斯排放;当煤体结构破坏严重，为碎粉煤，糜棱煤时，放炮使媒体内部裂隙闭合或被煤泥充填，煤层透气孔生变差，不利于瓦斯排放，造成煤层瓦斯含量增大，瓦斯压力升高，当瓦斯压力达到一定程度时，发生煤与瓦斯突出。因此，可以认为，放炮既有诱导煤与瓦斯突出的作用，又有延缓煤与瓦斯突出的作用。表5 突出强度及瓦斯涌出量与作业方式的关系作业方式突出次数 / 次突出强度 /t瓦斯涌出量 /m3放炮采煤机割煤架棚打钻无作业189181214 810161.613 220

9、45.784 610140.60773 120671.50810 28 5948 774.22877 28 0005 907.671 287 66 78412 757.334 76613 969 42 0007 984.503.4 突出强度及瓦斯涌出量与地质构造的关系表6 突出强度及瓦斯涌出量与地质构造的关系构造类型突出次数 / 次突出强度 /t瓦斯涌出量 /m3断层及层滑构造褶曲煤厚变化无构造115131930 12041.7325 1 100532.604 361114.313 810159.87820 8 9003 710.451 393 42 00020 717.40877 66 78

10、414 053.79820 49 30913 755 118表6显示，在各种构造因素中，褶曲部位煤与瓦斯突出强度最大，在发生的5次突出中，有4次突出强度超过200t，其中+300 m轨道石门发生的强度为1 100 t的煤与瓦斯突出是近年来最强的一次;无构造突出强度排次之;煤厚变化突出强度排第三;断层及层滑构造突出强度最小。桑树坪煤矿无构造突出强度较大，突出次数较多，其原因是这类突出多发生在深部或煤体结构破坏严重的部位。因此，可以认为，桑树坪煤矿煤与瓦斯突出与地质构造联系密切，但在采深>400 m及煤体结构破坏严重的无构造部位，煤与瓦斯突出的危险性依然很大。3.5 突出强度及瓦斯涌出预兆的

11、关系表7 突出强度及瓦斯涌出量与突出预兆的关系突出预兆突出次数 / 次突出强度 /t瓦斯涌出量 /m3响煤炮片帮、掉碴煤结构紊乱顶板来压喷顶夹钻瓦斯异常瓦斯忽大忽小无预兆301115353364 549159.874 549207.073 22045.6025 480180.333 24371.204 549108.255 360128.6725 1 100246820 66 78411 993.131 929 49.30913 755.18820 28 0004 648.81 596 26 00010 457877 13 9695 707.802 481 49 30919 5691 393

12、11 4835 852810 4 2009 620.83由表7可以看出，87.5%的煤与瓦斯突出有突出预兆，并且突出预兆的种类及特征与突出强度和突出时间有密切联系;当有响煤炮、片帮掉碴、顶板来压及瓦斯异常等预兆时，突出强度较大;煤炮声为单个，由远而近，强度由小到大，突出可以有在数小时后发生，突出强度较大;煤炮声为群炮，频率很高，强度很大，突出很快就要发生;当瓦斯异常或瓦斯忽大忽小，且有煤尘及瓦斯冷风出现时，突出可能在数秒或数分钟内立刻发生;突出预兆种类越多，突出发生的时间越近;突出预兆越提前，越明显，突出强度就越大。因此，掌握突出预兆的种类及特征，对煤与瓦斯突出预测，防止突出造成人身伤亡事故，具有重要的现实意义。4 结论通过对桑树坪煤矿近6年来48次煤与瓦斯突出进行分析，可初步得出如下结论：(1)桑树坪煤矿75%的煤与瓦斯突出为以地应力为主导的煤与瓦斯压出，突出强度一般<100 t。(2)各种巷道掘进中发生的煤与瓦斯突出强度大、频度高、危害严重;工作面采过程中发生的煤与瓦斯突出多为小型压出。(3)放炮突出