鶴壁礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)構(gòu)造對(duì)煤與瓦斯突出的控制_2

1、鶴壁礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)構(gòu)造對(duì)煤與瓦斯突出的控制鶴壁煤業(yè)（集團(tuán)）公司所屬8對(duì)生產(chǎn)礦井均為高瓦斯礦井，其中南部3對(duì)礦井為煤與瓦斯突出礦井。自1970年六礦第一次出煤與瓦斯突出以來。共發(fā)生包括突出、壓出、傾出在內(nèi)突出事故63起，給安全生產(chǎn)和職工的生命安全造成嚴(yán)重威脅。為探索突出規(guī)律及發(fā)生突出的主導(dǎo)因素。有效防治煤與瓦斯突出事故，本文著重從地質(zhì)角度分析鶴壁礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤與瓦斯突出的控制作用。 1鶴壁礦區(qū)與瓦斯突出的基本情況 鶴壁礦區(qū)煤與瓦斯空出均發(fā)生在石門揭煤及煤巷掘進(jìn)，基本情況出表1。 表1石門揭煤煤巷掘進(jìn)突出情況表 鶴壁礦區(qū)突出，壓出、傾出3種類型的動(dòng)力現(xiàn)象均發(fā)生過，其中典型突出所占比例較大，約為74%

2、；壓力、傾力分別占5%、21%。突出誘導(dǎo)因不以放炮為主，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表2。 表2 不同作業(yè)突出比例 煤巷突出中托頂煤掘進(jìn)煤巷所占比例較大，沿頂掘進(jìn)煤巷所占例較??；上山掘進(jìn)煤巷所占比例較大，下山煤巷及近水平煤巷所占比例較小。 2 突出井礦區(qū)的區(qū)域構(gòu)造背景 鶴壁礦區(qū)西依太行山新華夏系隆起帶，東臨華北平原新華夏系沉降帶，地質(zhì)歷史時(shí)期遭受燕山和喜山等多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。礦區(qū)內(nèi)主采煤層為二1煤，平均煤厚8m。煤層直接頂為薄層狀砂質(zhì)泥巖，老頂為細(xì)粒、中細(xì)粒砂巖。礦區(qū)整體為一單斜構(gòu)造，區(qū)內(nèi)次一級(jí)構(gòu)造復(fù)雜，以斷層褶曲為主。礦區(qū)內(nèi)8條規(guī)模較大的傾伏向、背斜相間出現(xiàn)，多為北東向。礦區(qū)內(nèi)還有為數(shù)不多的次一級(jí)短軸褶曲及非對(duì)稱

3、形狀的鞍狀構(gòu)造，受拉長(zhǎng)斷層影響失去了完整的幾何外形。礦區(qū)內(nèi)斷層均為高角度正斷層，落差大于100 m 的18條，走向以北東向或北北東向?yàn)橹?。大斷層兩盤往往發(fā)育多條階梯狀小斷層，形成較寬的斷層破碎帶。除斷層外，在煤層及煤層頂?shù)装逯衳共軛剪節(jié)理、裂隙也非常發(fā)育，造成煤巖破碎。 礦區(qū)的控制性地質(zhì)造為青羊口斷層，為京廣大斷裂伴生斷層。該斷層走向長(zhǎng)100多km，最大落差達(dá)1000m，北北向東向延伸。該斷層與礦區(qū)最南部的十礦距離最近，在十礦深部穿過，向北逐漸偏離礦區(qū)。礦區(qū)的一級(jí)斷層造為賈家地塹和f40斷層組，累計(jì)落差均在200m以上，將礦區(qū)分成相對(duì)獨(dú)立的三部分：南部為六礦、八礦、十礦3對(duì)礦井，中部為三礦、二

4、礦2對(duì)礦井、北部為二礦、四礦、九礦3對(duì)礦井。在兩級(jí)斷層構(gòu)造作用下，南部三對(duì)礦井與中部、北部相比瓦斯地質(zhì)條件出現(xiàn)較大差異： （1）井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度明顯不同。南部3對(duì)礦井井田內(nèi)斷層相互切割穿插較多，北部5對(duì)礦井則較少；南部3對(duì)礦井井田內(nèi)，尤其是六礦井田內(nèi)較多不同方向的褶曲相互交叉，形成穹隆或構(gòu)造盆地，北部5對(duì)礦井則較少。 （2）南部3對(duì)礦井煤層產(chǎn)狀變化大，傾角明顯變大，深部普遍達(dá)30°，局部達(dá)50°北部5對(duì)礦井煤傾角一般在20°以下。煤層傾角增大使自重應(yīng)力成為煤與瓦斯突出的誘導(dǎo)因素，托頂煤上山掘進(jìn)時(shí)成其明顯，十礦曾經(jīng)發(fā)生的“9.25”、“3.19”、“4.10”

5、3次突出事故都是頂煤冒落誘發(fā)造成的。 （3）南部3對(duì)礦區(qū)井井田內(nèi)煤厚度變化大，薄煤帶、厚煤帶相對(duì)較多，局部煤層厚度變化在012m之間，與平均煤厚8m相比懸殊。煤厚變化帶往往是嚴(yán)重突出危險(xiǎn)帶。 3地質(zhì)構(gòu)造對(duì)突出的控制作用 綜合分析鶴壁礦區(qū)煤與瓦斯突出事故特點(diǎn)，基本是受地質(zhì)構(gòu)造控制的。地質(zhì)構(gòu)造通過控制構(gòu)造煤發(fā)育程度及發(fā)育范圍、地應(yīng)力分布情況、瓦斯的賦存運(yùn)移，控制煤與瓦斯突出。 3.1 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤物理力學(xué)性質(zhì)的影響極其嚴(yán)重，主要通過構(gòu)造煤的發(fā)育程度及分布范圍表現(xiàn)出來。與北部5對(duì)礦井相比，南部3對(duì)礦井構(gòu)造煤的發(fā)育非常明顯，非常普遍。觀測(cè)表明，南部3對(duì)礦井在斷層附近及向、背斜軸部，構(gòu)造煤普遍發(fā)育；在非

6、構(gòu)造帶由于南部3對(duì)礦井距離煤層底板1.5m2.0m處的夾矸厚度只有北部5對(duì)礦井的0.30.5倍，巖石力學(xué)強(qiáng)度嚴(yán)重降低，在較強(qiáng)烈的地質(zhì)構(gòu)造影響下，在煤層內(nèi)部發(fā)生大面積的層滑構(gòu)造。這是一種煤層層位不發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，但煤層頂?shù)装灏l(fā)生相對(duì)位移的層間滑動(dòng)構(gòu)造，厚度較小的夾矸由于與上、下煤層的粘結(jié)力弱常常發(fā)揮滑動(dòng)面的作用。受層滑構(gòu)造作用在煤層底部形成普遍發(fā)育構(gòu)造煤。采用四類構(gòu)造煤分類法，在斷層附近及向、背斜軸部整個(gè)煤層都是、類構(gòu)造煤且發(fā)育基本都是、類構(gòu)造煤。實(shí)測(cè)表明，各礦井類煤（非構(gòu)造煤）的煤強(qiáng)度基本相同，堅(jiān)固性系數(shù)為0.41!0.55。 實(shí)測(cè)表明，南部3對(duì)礦井的類煤至類煤的煤強(qiáng)度（?值）差別明顯，見表3。 表

7、3 南部3對(duì)礦井的?值 構(gòu)造煤的存在降低了煤強(qiáng)度，即降低了阻止突出發(fā)生的阻力。南部3對(duì)礦井非常明顯、非常普遍的構(gòu)造煤成為煤與瓦斯突出的因素之一。 3.2 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)地應(yīng)力的控制作用 地質(zhì)歷史時(shí)期的燕山和雪中喜山2次主要構(gòu)造運(yùn)動(dòng)六礦井田疊加，造成南部3對(duì)礦井地應(yīng)力明顯偏大。六礦地應(yīng)力實(shí)測(cè)值表明，重直應(yīng)力為金尼克理論值的1.051.78倍，而水平應(yīng)力為金屬尼克理論值的2.694.76倍，且分布很不均勻。應(yīng)力實(shí)測(cè)值還表明六礦井田煤系地層內(nèi)存在較大剪應(yīng)力。殘余構(gòu)造應(yīng)力的存在起到了激發(fā)突出的作用，極大地增加了煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性。計(jì)算結(jié)果表明，六礦井田內(nèi)磚瓦向壓縮狀態(tài)煤體的彈性潛能約為與瓦斯內(nèi)能的4倍，

8、是破碎煤體、激發(fā)突出的主要?jiǎng)恿Γ瑸槊号c瓦斯突出主要激發(fā)因素。 構(gòu)造應(yīng)力還通過采掘活動(dòng)形成的支承應(yīng)力，造成應(yīng)力的進(jìn)一步疊加，激發(fā)突出。六礦發(fā)生的“9·12”及“12·5”突出事故都是支承應(yīng)力作用結(jié)果?！?·12”事故為：某工作面開采頂分層時(shí)的因處理斷層留下20m×30m，下分層孤島掘進(jìn)行15m后，正處于孤島中部，發(fā)生了突出事故，突出煤量85t，瓦斯量1800m3；”12·5“事故為：為改造某工作面上順槽，在距原煤層底板上順槽2.5m處并行補(bǔ)掘一條由底找板2m處，炮后發(fā)生了突出事故，突出煤量140t，瓦斯量2600m3。2次事故的噸煤突出瓦斯量都只

9、是略高于噸煤瓦斯含量，與典型突出的噸煤瓦斯出量（噸煤瓦斯含量的59倍）相比相差較多，因此突出動(dòng)力主要是支承應(yīng)力。 3.3 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)瓦斯的控制作用 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)瓦斯的控制作用主要表現(xiàn)在瓦斯含量、瓦斯壓力、瓦斯放散速度等方面。各礦井實(shí)測(cè)瓦斯壓力及吸附瓦斯含量見表4。 表4 各礦瓦斯壓力，吸附瓦斯量測(cè)定表 實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，瓦斯壓力與地質(zhì)構(gòu)造、煤層埋深關(guān)系密切。隨著埋深增加，瓦斯壓力增大；南部3支礦井構(gòu)造復(fù)雜，煤層透氣性差，瓦斯含量與埋深、煤質(zhì)關(guān)系密切。隨著埋深增加，瓦斯含量增大；十礦煤層含水量較高，總體而言，鶴壁礦區(qū)現(xiàn)開采水平瓦斯壓力與瓦斯含量普遍高于發(fā)生突出的臨界值，因此，控制瓦斯突出發(fā)生的是采掘活

10、動(dòng)中瓦斯放散速度。 構(gòu)造煤的發(fā)育程度決定著采掘過程中瓦斯放散初速度。實(shí)測(cè)的瓦斯散初速度（p）見表5。 表5 礦井瓦斯初速度與煤類型關(guān)系 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，類構(gòu)造煤的放散初速度為類煤的23倍。構(gòu)造煤受到采掘集中應(yīng)力后破壞、變形、卸壓，吸附瓦斯快速解吸，形成大量的有強(qiáng)烈膨脹能的游離瓦斯，在集中應(yīng)力的激發(fā)下搬運(yùn)、破碎煤體，促進(jìn)煤與瓦斯突出的發(fā)生、發(fā)展。 4結(jié)語 （1）鶴壁礦區(qū)內(nèi)南部3對(duì)礦井發(fā)生煤與瓦斯突出，北部5對(duì)礦井不發(fā)生，是區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造控制作用的結(jié)果。地質(zhì)構(gòu)造通過對(duì)構(gòu)造煤、地應(yīng)力及瓦斯的控制作用的結(jié)果。地質(zhì)構(gòu)造通過對(duì)構(gòu)造煤、地應(yīng)力及瓦斯的控制，控制煤與瓦斯突出。在現(xiàn)開采水平構(gòu)造煤的發(fā)育程度及規(guī)模是發(fā)生煤與瓦斯突出的關(guān)鍵因素。 （2）構(gòu)造煤發(fā)育部位是鶴壁礦區(qū)防突重點(diǎn)，需加強(qiáng)構(gòu)造帶及底分層煤巷掘