煤与瓦斯突出事故发生的地质因素

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　　摘要: 随着我国煤矿开采力度和开采深度的加大，煤与瓦斯突出事故一直是煤矿的主要灾害,在我国煤矿的重大灾害事故中约70%是瓦斯事故。而地质条件的变化在煤与瓦斯突出事故是重中之重。
　　 关键词：煤与瓦斯突出地质结构煤层变化
　　
　　 1 概述
　　 国内外对煤和瓦斯突出分布的研究表明，无论在煤田、矿区或井田范围内，突出都是不均匀分布的，它们往往比较集中地发生在某些区域，我们称之为突出的区域性分布。一般而言，发生突出的面积只占突出煤层总面积的10%左右。
　　 根据前苏联马凯耶夫[1]煤矿安全科学研究所的研究，在顿巴斯煤田各个矿井煤层中，突出危险区只占煤和瓦斯突出危险煤层总面积的5~7%。在预报的非突出区中，由于不用采取预防措施，其产量和掘进速度可提高5~30%。因此，研究煤和瓦斯突出的区域性分布，对合理的采取防止突出措施，减少盲目性，具有很大的现实意义。
　　 2 地质构造对煤与瓦斯突出的影响
　　 大量实际资料表明，煤与瓦斯突出多分布在地质构造破坏带，地质构造是控制煤与瓦斯突出的主要地质因素。有些突出点，虽然其附近地质条件无明显异常，但却处于某些封闭型构造圈闭的范围内，或受某些特殊的构造边界所控制。
　　 在我国很多突出矿区也有类似规律。例如，四川南桐矿区(1955～1972年)在有资料记载的464次突出中，有436次(占94％)发生在构造带；红卫煤矿(1954～1976年)225次突出中有190多次(占85％)发生在煤包处。
　　 1）封闭向斜轴附近
　　 向斜是由水平侧压力作用形成的，在其中性面的下部产生张应力，在中性面上部产生压应力。在轴部地带，上面受到强大的压应力作用，而下面受到深部地层的阻力，是地应力较高的地带。因此，封闭向斜的轴部地带往往是突出点分布密集的区域。
　　 例如，四川南桐矿区区域上处于川黔南北构造带与新华夏至华夏式构造的复合部位，属于构造应力集中区。南桐煤矿的大部分突出，包括最大的一次3500吨的突出，都发生在王家坝向斜的轴部附近。
　　 2）帚状构造的收敛端
　　 帚状构造的收敛端常常是应力集中的区域，因而有较大的突出危险性。
　　 例如，天府矿务局三汇一矿+280m主平硐掘开断层上、下盘的六号煤层时，分别发生了强度12780t和2500t的特大型突出。在三号煤层掘进巷道时，又发生了强度为数十吨的29次突出。从区域上看，突出是受华蓥山帚状构造控制的。
　　 3）煤层的扭转区
　　 在煤层扭转区，由于受到强大的扭力作用，煤层逐渐发生倒转，构造应力高度集中，故常常是突出严重的地区。
　　 例如，南桐矿区有两个主要扭转区。一个扭转区在鱼田堡煤矿东部边界附近，受强力挤压作用，煤层走向由东西向急剧转为南北向，倾角突然变陡，有30°左右突变为近于直立和局部倒转，所以称为扭转带。这个扭转带是该矿三个严重突出带之一，至1989年底已发生的25次突出，均发生在扭转轴西侧50m范围内。
　　 4）煤层产状变化地带
　　 在煤层产状沿走向(或倾向)发生转折、变陡或变缓的区域，是地应力集中区，也常常是突出严重的地区（前述扭转带也是一种产状变化带）。
　　 例如，南桐煤矿一井王家坝向斜西翼的0504区，倾角由37°增至52°，走向由12°转为19°，发生突出73次，占井田内5号煤层突出总次数的80%以上，最大突出强度766吨。王家坝向斜东翼4311区，倾角由37°变为50°，此处也发生了11次突出。
　　 5）压性、压扭性小断层带
　　 断裂构造是地应力达到或超过岩石断裂强度时，岩石连续发生破坏的产物，总的表现为地应力的释放。然而，在一些由于受到水平方向挤压而形成的断距较小的压性或压扭性小断层带，应力释放还不充分，仍保持着应力集中，其两侧还处于强烈挤压状态，对瓦断储存也较为有利。同时，两侧的煤体结构遭到破环，因而常常是突出集中的地点。
　　 六枝矿务局六枝煤矿的东二采区，受到二条压扭性断层的南北向挤压作用，使区内七号煤层厚度由6-7米增至10米左右，并造成次一级的压扭性小断层发育。该采区突出14次，占全矿七号煤层突出总次数的61%。
　　 3煤层厚度变化对煤与瓦斯突出的影响
　　 突出集中发生在煤层厚度变化地带，也是各突出矿井常见的情况。在一些局矿(如北票矿务局、英岗岭煤矿等)，突出发生在这类造地带约占20～30%，湖南的一些矿井(如白沙矿务局红卫煤矿等)，在此类构造带发生的突出还要多一些。
　　 煤层厚度变化的原因很多。其中有原生的因素，也有后期构造运动所造成的。与突出有关的煤层厚度变化带多属后期构造变动引起的。在煤层厚度急剧变化处易产生应力集中和煤体结构的破环，形成有利于突出发生的地质条件。
　　 例如，在湖南白沙矿务局红卫煤矿(1954-1976年)的225次突出中，有190多次(占85%)发生在煤包处，尤其是9次特大型突出全部集中在煤包的最厚区段。
　　 4煤体结构对煤与瓦斯突出的影响
　　 煤与瓦斯突出发生在煤层中，煤的结构特征对突出也有显著影响。一般来说，原生结构的煤不发生突出，属非突出煤。受构造应力作用，煤的原生结构遭受破坏后所表现出的结构称为构造结构。突出煤层均具有构造结构特征，它主要是指煤层在后期改造中所形成的结构。
　　 根据大量突出点的调查统计，在发生突出的地点及附近的煤层都具有层理紊乱，煤质松软的特点。人们习惯上把这种煤叫做软分层煤，或简称软煤。从地质角度分析，软分层煤应属于构造煤[2]，它是煤层在构造应力作用下形变的产物。突出煤层中的构造煤亦可称为突出危险煤。在突出矿井，煤质变软是突出的一种预兆。
　　 在煤结构破坏程度研究方面，前苏联提出了5类划分法，并认为煤层中含有Ⅳ、Ⅴ破坏类型的分层是发生突出的必要条件。我国颁布的《防治煤与瓦斯突出细则》中，以前苏联5类划分法为基础，提出了新的划分标准。
　　 构造变动引起的煤厚变化和煤体结构破坏是受地质构造控制的，因此上述三个因素可归结为地质构造破坏。煤与瓦斯突出为什么集中发生在构造破坏带呢？大部分研究者认为：地质构造变动引起煤层厚度变化，加深了煤的破坏程度，使煤的机械强度降低、瓦斯放散能力提高，或因处于某一构造部位，使煤层中的瓦斯向地表排放不利等，瓦斯含量增高。另外，在一些构造带，存在着较高的构造应力，增大了突出危险性。
　　参考文献
　　[1]{苏}斯阔成斯基等 北京矿业学院编译室译矿内通风学 燃料工业出版社
　　[2] 张子敏 瓦斯地质学[M] 中国矿业大学 徐州 2009
　　
　　

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