煤与瓦斯突出的地质因素

煤与瓦斯突出的地质因素煤与瓦斯突出是煤矿井下生产过程中发生的一种极其复杂的动力现象,是煤矿中的一种非常严重的自然灾害。影响煤与瓦斯突出的地质因素主要包括突出煤系和突出煤层的基本特性、煤层瓦斯含量和瓦斯压力、地应力、煤体结构、地质构造类型。1突出煤层的赋存情况从发生煤与瓦斯突出矿井统计资料分析,煤与瓦斯突出的发生既有煤层群的矿井,也有单一煤层的矿井。煤层的赋存情况非常复杂,既有急倾斜煤层,也有倾斜和缓斜煤层;既有薄煤层,也有中厚煤层和厚煤层。在同一矿井煤层倾角和厚度的变化较大。从煤层的赋存情况及区域地质构造来看,突出煤层分布在石炭纪、二叠纪及侏罗纪等煤系地层中,但以晚二叠纪的龙潭煤系占多数。与聚煤时期或成煤后期的构造运动相联系,在一个较大的区域,由于挤压作用、压扭作用,使地层内部的地应力处于紧张状态,未能得到释放,从而使煤层内的瓦斯不易释放,使得煤层内的瓦斯含量高。正断层一般是煤(岩)层受到张应力或张扭应力的作用而形成的,而煤层的正断层则是煤层在挤压过程中转化的局部张应力形成的。正断层虽然给瓦斯的赋存提供了一定的空间,瓦斯体积有所增加,但煤层内的瓦斯含量及瓦斯压力不会增加。当采掘活动经过该正断层时,煤层瓦斯的涌出量会有一定程度的增加,但发生煤与瓦斯突出的可能性不大。2断层、褶皱和煤与瓦斯突出的关系逆断层是煤(岩)层受到压应力或压扭应力的作用而形成的。此类断层附近的煤层受到不同程度的挤压、揉搓,使得煤体的原生结构和构造受到不同程度的破坏,这种破坏作用往往使得整个煤层或煤层的分层出现大量的带有微孔裂隙的粉煤,使煤的比表面积增加数倍。而这些微孔隙的透气性能极低,同时构造挤压产生的压应力和剪应力又使其发生动力变质作用,产生大量变质增生游离瓦斯,进入煤层微孔隙和构造裂隙中。煤体强度又随着吸附瓦斯量的增加而降低,当采掘活动进入该断层附近区域时,煤体原有的应力平衡状态被打破,煤体内的瓦斯压力远远大于采掘空间的大气压力,进而激发了瓦斯动力现象的发生。地质构造区域常常存在复杂的构造应力,一方面,有利于煤体弹性潜能的集中,增加了煤与瓦斯突出的危险性;另一方面,地质构造区域煤体结构破坏严重,往往伴生着构造软煤,使煤体的强度大幅度降低,造成抵抗煤与瓦斯突出的能力下降。利用断层落差的大小来判定煤层是否具有突出危险性,具有实际意义。重庆松藻煤电有限责任公司石壕煤矿在现场实际工作中采取的判识指标是:断层落差大于0.5m时,断层两侧各10m范围内划定为突出危险区;断层落差为1.0～2.0m时,断层两侧各15m范围内划定为突出危险区;断层落差大于2.0m时,断层两侧各20m范围内划定为突出危险区;其他区域划定为突出威胁区域。发生突出的区域均伴有断层、褶曲、煤层厚度变化和煤层结构受到破坏,其中在断层附近发生煤与瓦斯突出的次数几乎占总突出次数的40%～75%。因为在断层附近容易产生地应力的积累,而且距离断层越近,应力值越大,因为这些地方的岩(煤)层的强度较低。在矿井中,区域地应力还会与采掘活动引起的重新分布的应力相叠加,产生应力集中现象。而应力集中则是发生煤与瓦斯突出所不可缺少的先决条件之一。煤(岩)层受到压应力产生塑性变形而形成褶皱,煤层因挤压而破坏,使游离瓦斯增多且富集于褶皱的轴部,“背斜贮气,向斜贮水”。封闭和倾斜的背斜穹隆,如果在瓦斯带内煤层顶板为致密岩层又未遭破坏时,瓦斯能在背斜的轴部很好地保存下来;而只有极少数向斜构造其轴部高应力区,煤(岩)层透气性小有利于煤层瓦斯的生成,造成轴部瓦斯含量增高。3煤层的结构特征在发生煤与瓦斯突出地点的煤层中,都有煤质松软层、纹理紊乱的软分层。软分层与正常煤层相比较,煤层的原生构造已经受到严重破坏,极松软、易碎。在有煤与瓦斯突出危险的煤层均有这样的煤,这种软分层呈层状或透镜状（1层或多层）夹在煤层中;在煤结构受到严重破坏的地方,看到全煤层都呈软煤;在断层附近,褶曲、煤层厚度变薄或变厚的部位,都能看到这种软煤,在煤巷也可以直接观测到。构造煤有明显的层间褶皱,常具有极薄而又光亮的镜面,镜面的产状无规律;有的软煤被挤压、揉搓,呈松散的鳞片状,手捻易成碎粒或粉状。煤炭科学研究总院重庆研究院对煤与瓦斯突出煤层的微结构进行了较全面的研究,根据煤的表面形态及微结构的力学特性,把煤的微结构划分为4种类型,提出了微结构指数和与之相对应的突出危险程度,见表24围岩对煤层瓦斯赋存的影响影响煤层瓦斯赋存的因素很多,如煤化程度、埋藏深度、煤层倾角、地质构造、围岩、水文等。围岩透气性好,有利于瓦斯的排放：围岩隔气性好,有利于瓦斯的贮存。当围岩为致密完整、胶结性好的岩性,如泥质含量高的粉砂岩、砂质泥岩及泥岩时,煤层中的瓦斯容易被保存并聚积下来：若煤层顶底板围岩为多孔隙或裂隙发育的岩性时,瓦斯就容易逸散。5煤层瓦斯压力煤层瓦斯压力是指煤层孔隙内气体分子自由热运动所产生的作用力，由游离瓦斯形成，即瓦斯作用于孔隙壁的压力。煤层原始瓦斯压力是指煤层未受采动、瓦斯抽采及人为卸压等影响处的煤层瓦斯压力;煤层残存瓦斯压力是指煤层受采动、瓦斯抽采及人为卸压等影响后残存的瓦斯呈现的压力;煤层瓦斯压力单位为MPa。煤层瓦斯压力一般指的是绝对瓦斯压力，绝对瓦斯压力值以绝对真空作为起点。用压力表等仪器测出来的瓦斯压力叫“表压力”(又叫相对瓦斯压力)，相对瓦斯压力以大气压力为起点。绝对瓦斯压力等于相对瓦斯压力与大气压力的总和。煤层瓦斯压力是评价煤层突出危险性与决定煤层瓦斯含量的一个重要指标，并在煤层突出危险性指标重要性排序中位居前列，不论是煤中的游离瓦斯量，还是吸附瓦斯量，皆与瓦斯压力密切相关。同时煤层瓦斯压力还是决定瓦斯流动动力大小以及瓦斯动力现象的潜能大小的基本参数，在研究与评价瓦斯储量、瓦斯涌出、瓦斯流动、瓦斯抽采与瓦斯突出问题中具有指导意义。6煤层瓦斯含量煤层原始瓦斯含量就是当煤层未受瓦斯抽采和采动影响而处于原始赋存状态时，单位重量煤中所含有的换算成标准状态下(0℃，0.1MPa)的瓦斯体积称之为煤层原始瓦斯含量