針對桑樹坪煤礦煤與瓦斯突出規(guī)律的分析

1、針對桑樹坪煤礦煤與瓦斯突出規(guī)律的分析 桑樹坪煤礦是一個(gè)年產(chǎn)300萬t、具有煤與瓦斯突出危急的礦井，1997年礦井建成投產(chǎn)以來，煤與瓦斯突出時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)峻影響煤礦生產(chǎn)平安。隨著采掘深度的加大和采掘速度的不斷提高，煤與瓦斯突出等煤巖災(zāi)難動力現(xiàn)象日趨嚴(yán)峻。因此，進(jìn)行煤與瓦斯突出規(guī)律分析討論，找出影響煤與瓦斯突出的因素，對有效地防治煤與瓦斯突出，消退或降低煤與瓦斯突出事故造成的危害，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 1 井田概況 桑樹坪煤礦地處陜西省韓城市北部，屬渭北石炭二疊紀(jì)煤田東北端，面積63km2。井田為一走向北東、傾向北西的單斜構(gòu)造，受東部邊緣韓城大斷層影響，邊淺部煤層傾角10°左右，深部3&#

2、176;5°。井田內(nèi)中小型褶曲、斷層均很發(fā)育，斷層密度為32.5 條/km2。井田含煤地層為二疊系山西組及石炭系太原組，含煤9層（1、2、3、5、7、8、9、11、12），其中3號煤、11號煤為主采煤層，2號煤局部可采。3號煤厚5m，煤層瓦斯含量10.23 m3/t；11號煤厚3.3 m，煤層瓦斯含量9.27 m3/t；2號煤厚1.0 m，煤層瓦斯含量8.74 m3t。礦井采納聯(lián)合開拓（平硐-斜井）。平硐礦井肯定瓦斯涌出量20.80 m3/min，相對瓦斯涌出量10.35 m3/t；斜井礦井肯定瓦斯涌出量4.98 m3/min，相對瓦斯涌出量42.28 m3/t。平硐采納對角式通風(fēng)，

3、斜井采納分區(qū)式通風(fēng)。 2 煤與瓦斯突出類型及突出強(qiáng)度特征 桑樹坪煤礦1998年至2022年5月共發(fā)生強(qiáng)度不同的煤與瓦斯突出48次，按突出類型及突出強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)分析如下。 2.1 煤與瓦斯突出類型 表1 煤與瓦斯突出類型 突出類型 突出次數(shù)/次 突出強(qiáng)度/t 瓦斯涌出量/m3 壓出 36 4220 42.36 81028 000 4 717.94 突出 12 931 100 478.92 5 60066 784 27 635.50 由表1可以看出，桑樹坪煤礦煤與瓦斯壓出較多，共36次，占總突出數(shù)的75，突出強(qiáng)度較小，平均突出強(qiáng)度 42.36 t，平均瓦斯涌出量4 717.94 m3，突出強(qiáng)度超過10

4、0t的僅有3次；煤與瓦斯突出12次，占總突出次數(shù)的25，但突出強(qiáng)度較大，平均突出強(qiáng)度478.92 t，平均瓦斯涌出量27 635.50 m3。從壓出和突出次數(shù)所占總突出次數(shù)百分比看，桑樹坪煤礦煤與瓦斯突出多為以地應(yīng)力主要作用力的壓出。 2.2 煤與瓦斯突出強(qiáng)度 表2 煤與瓦斯突出強(qiáng)度 突出強(qiáng)度/t 突出次數(shù)/次 占總數(shù)比例/ 50 50100 100300 300600 6001 000 1 000 28 6 5 4 3 1 58.3 12.5 10.5 8.3 6.3 2.1 表2中煤與瓦斯突出強(qiáng)度分布特征顯示，小于100 t的突出共34次，占總突出次數(shù)的70.8。因此，桑樹坪煤礦煤與瓦斯突

5、出以強(qiáng)度100 t的突出主為。 3 煤與瓦斯突出與各種影響因素的關(guān)系 3.1 突出強(qiáng)度及瓦斯涌出量與開采深度的關(guān)系 表3 突出強(qiáng)度及瓦斯涌出量與開采深度的關(guān)系 開采深度/m 突出次數(shù)/次 突出強(qiáng)度/t 瓦斯涌出量/m3 400 400600 600800 20 25 3 4220 47.34 31 100 227.48 12549 212.67 82028 000 4 595.85 81066 784 13 961.60 4 76649 309 20 173.67 從表3中數(shù)據(jù)可以看出，隨著開采9 7 3 1234 4 8 : 來源：中國平安天地網(wǎng) 深度的加大，突出強(qiáng)度及瓦斯涌出量明顯增大。實(shí)

6、測資料顯示，桑樹坪煤礦煤層瓦斯壓力梯度平均1.15MPa/hm，當(dāng)采深大于400mm時(shí)，煤與瓦斯突出的頻度提高，突出強(qiáng)度增大。例如，采深415 m的4137回風(fēng)巷掘進(jìn)過程中，共發(fā)生煤與瓦斯突出6次，其中5次突出強(qiáng)度超過200 t，最大強(qiáng)度為810 t最大瓦斯涌出量為66 784m3。 3.2 突出強(qiáng)度及瓦斯涌出量與采掘工程類型的關(guān)系 表4 突出強(qiáng)度及瓦斯涌出量與采掘工程類型的關(guān)系 采掘工程類型 突出次數(shù)/次 突出強(qiáng)度/t 瓦斯涌出量/m3 平巷 石門 采面 33 3 12 4810 152.75 411 100 540.33 3220 50.83 81066 784 13 961.60 2 1

7、0042 000 23 366.67 13028 000 6 402.84 從表4中突出次數(shù)看，平巷突出量多，占總突出次數(shù)的68.8；采煤工作面突出次之，占總突出次數(shù)的25；石門最少，占總突出次數(shù)的6.2。但從突出強(qiáng)度看，石門突出強(qiáng)度最大，平巷突出強(qiáng)度次之，采煤工作面突出強(qiáng)度最小。石門突出強(qiáng)度是采煤工作面突出強(qiáng)度的10.63倍，平巷突出強(qiáng)度是采煤工作面突出強(qiáng)度的3倍。由此可以看出，桑樹坪煤礦巷道發(fā)生煤與瓦斯突出的危急性遠(yuǎn)元大于采煤工作面。 3.3 突出強(qiáng)度及瓦斯涌出量與作業(yè)方式的關(guān)系 從表5中突出次數(shù)看，放炮和架棚引發(fā)突出并列首位，均占總突出次數(shù)的37.5；采煤機(jī)割煤引發(fā)突出次之，占總突出次數(shù)

8、的18.75；無作業(yè)與打鉆引發(fā)突出最少。但從突出強(qiáng)度看，無作業(yè)突出強(qiáng)度最大，放炮與架棚突出強(qiáng)度相近，采煤機(jī)割煤突出強(qiáng)度最小。桑樹坪煤礦無作業(yè)突出和架棚突出強(qiáng)度較大。討論發(fā)覺，當(dāng)煤體結(jié)構(gòu)完整時(shí)，放炮使煤體破壞，裂隙增多，有利于瓦斯排放；當(dāng)煤體結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)峻，為碎粉煤，糜棱煤時(shí)，放炮使媒體內(nèi)部裂隙閉合或被煤泥充填，煤層透氣孔生變差，不利于瓦斯排放，造成煤層瓦斯含量增大，瓦斯壓力上升，當(dāng)瓦斯壓力達(dá)到肯定程度時(shí)，發(fā)生煤與瓦斯突出。因此，可以認(rèn)為，放炮既有誘導(dǎo)煤與瓦斯突出的作用，又有延緩煤與瓦斯突出的作用。 表5 突出強(qiáng)度及瓦斯涌出量與作業(yè)方式的關(guān)系 作業(yè)方式 突出次數(shù)/次 突出強(qiáng)度/t 瓦斯涌出量/m3

9、 放炮 采煤機(jī)割煤 架棚 打鉆 無作業(yè) 18 9 18 1 2 14810 161.61 3220 45.78 4610 140.60 77 3120 671.50 81028 594 8 774.22 87728 000 5 907.67 1 28766 784 12 757.33 4 766 13 96942 000 7 984.50 9 7 3 1234 4 8 : 來源：中國平安天地網(wǎng) 3.4 突出強(qiáng)度及瓦斯涌出量與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系 表6 突出強(qiáng)度及瓦斯涌出量與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系 構(gòu)造類型 突出次數(shù)/次 突出強(qiáng)度/t 瓦斯涌出量/m3 斷層及層滑構(gòu)造 褶曲 煤厚變化 無構(gòu)造 11 5 13

10、19 30120 41.73 251 100 532.60 4361 114.31 3810 159.87 8208 900 3 710.45 1 39342 000 20 717.40 87766 784 14 053.79 82049 309 13 755 118 表6顯示，在各種構(gòu)造因素中，褶曲部位煤與瓦斯突出強(qiáng)度最大，在發(fā)生的5次突出中，有4次突出強(qiáng)度超過200t，其中300 m軌道石門發(fā)生的強(qiáng)度為1 100 t的煤與瓦斯突出是近年來最強(qiáng)的一次；無構(gòu)造突出強(qiáng)度排次之；煤厚變化突出強(qiáng)度排第三；斷層及層滑構(gòu)造突出強(qiáng)度最小。桑樹坪煤礦無構(gòu)造突出強(qiáng)度較大，突出次數(shù)較多，其緣由是這類突出多發(fā)生在

11、深部或煤體結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)峻的部位。因此，可以認(rèn)為，桑樹坪煤礦煤與瓦斯突出與地質(zhì)構(gòu)造聯(lián)系親密，但在采深400 m及煤體結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)峻的無構(gòu)造部位，煤與瓦斯突出的危急性依舊很大。 3.5 突出強(qiáng)度及瓦斯涌出預(yù)兆的關(guān)系 表7 突出強(qiáng)度及瓦斯涌出量與突出預(yù)兆的關(guān)系 突出預(yù)兆 突出次數(shù)/次 突出強(qiáng)度/t 瓦斯涌出量/m3 響煤炮 片幫、掉碴 煤結(jié)構(gòu)紊亂 頂板來壓 噴頂夾鉆 瓦斯特別 瓦斯忽大忽小 無預(yù)兆 30 11 15 3 5 3 3 6 4549 159.87 4549 207.07 3220 45.60 25480 180.33 3243 71.20 4549 108.25 5360 128.67 25

12、1 100 246 82066 784 11 993.13 1 92949.309 13 755.18 82028 000 4 648.8 1 59626 000 10 457 87713 969 5 707.80 2 48149 309 19 569 1 39311 483 5 852 8104 200 9 620.83 9 7 3 1234 4 8 : 來源：中國平安天地網(wǎng) 由表7可以看出，87.5的煤與瓦斯突出有突出預(yù)兆，并且突出預(yù)兆的種類及特征與突出強(qiáng)度和突出時(shí)間有親密聯(lián)系；當(dāng)有響煤炮、片幫掉碴、頂板來壓及瓦斯特別等預(yù)兆時(shí)，突出強(qiáng)度較大；煤炮聲為單個(gè)，由遠(yuǎn)而近，強(qiáng)度由小到大，突出可以有

13、在數(shù)小時(shí)后發(fā)生，突出強(qiáng)度較大；煤炮聲為群炮，頻率很高，強(qiáng)度很大，突出很快就要發(fā)生；當(dāng)瓦斯特別或瓦斯忽大忽小，且有煤塵及瓦斯冷風(fēng)消失時(shí)，突出可能在數(shù)秒或數(shù)分鐘內(nèi)立即發(fā)生；突出預(yù)兆種類越多，突動身生的時(shí)間越近；突出預(yù)兆越提前，越明顯，突出強(qiáng)度就越大。因此，把握突出預(yù)兆的種類及特征，對煤與瓦斯突出猜測，防止突出造成人身傷亡事故，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 4 結(jié)論 通過對桑樹坪煤礦近6年來48次煤與瓦斯突出進(jìn)行分析，可初步得出如下結(jié)論： （1）桑樹坪煤礦75的煤與瓦斯突出為以地應(yīng)力為主導(dǎo)的煤與瓦斯壓出，突出強(qiáng)度一般100 t。 （2）各種巷道掘進(jìn)中發(fā)生的煤與瓦斯突出強(qiáng)度大、頻度高、危害嚴(yán)峻；工作面采過程中發(fā)生的煤與瓦斯突出多為小型壓出。 （3）放炮突出和炮后延期突出的強(qiáng)度和頻度均較高，說明放炮既有誘導(dǎo)煤與瓦斯突出的作用，又有延緩煤與瓦斯突