论文部分内容阅读
[摘 要]煤与瓦斯突出是煤矿井下最为严重的自然灾害之一，进行煤与瓦斯突出预测对于提高矿井的社会效益和经济效益具有重要的意义。本文结合西三号矿井地质构造、煤层赋存、煤质等资料以及临近矿区生产矿井的瓦斯资料，对其区域性突出危险性进行了分析与预测。
[关键词]煤与瓦斯突出 预测 危险性
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）20-003-01
1、前言
近年来，随着我国矿井采掘强度和深度的加大，矿井瓦斯问题日益严重，尤其是煤与瓦斯突出现象。煤与瓦斯突出预测的目的是用可靠的指标来反映和标定这些作用力，有效的预测煤与瓦斯突出，从而保证采掘生产的正常进行，保障井下生命财产的安全。因此加强煤与瓦斯突出预测预报技术的研究，不仅对提高矿井的经济效益，而且对提高矿井的安全和社会效益都有着非常重大的现实意义。
2、矿井概况
西三号矿井位于吐哈煤田大南湖浅坳陷中，井田内主要含煤地层在西山窑组地层中，共有煤层18层，其中18、19、20、21、22、23、24煤层局部可采、25煤层在赋煤范围内大部可采。井田内各主要可采煤层物理性质基本相似，颜色均呈黑～褐黑色。浅部煤层松散易风化，呈粉末状，中～深部煤层硬度2～3度，甲烷平均含量在微量～0.02cm3/g，各主要可采煤层均具有煤尘爆炸危险
3、突出危险性预测与分析
本矿为新建矿井，进行突出危险性评估主要是进行区域性突出危险性评估。目前，国内外常用的区域性突出性危险性比较可行评估方法主要有：单项指标法、煤的变质程、瓦斯含量指标以及相邻矿井对比分析法等。
3.1单项指标法
单项指标法主要是采用煤的破坏类型、瓦斯放散初速度ΔP、煤的坚固性系数f和煤层瓦斯压力P作为判断指标，各项指标的突出危险临界值应根据实测资料定。由于本矿井为新建矿井，地质勘探阶段未测定瓦斯放散初速度ΔP、煤的坚固性系数f和煤层瓦斯压力P作为判断指标，本次评估只能对煤的破坏类型进行分析。
根据《新疆吐哈煤田哈密市大南湖西矿区东一勘查区西三号井田勘探報告》，井田内各主要可采煤层物理性质基本相似，颜色均呈黑～褐黑色。浅部煤层松散易风化，呈粉末状，中～深部煤层硬度2～3度，呈块状，具均一状及条带状结构，煤层光泽暗淡，多呈弱沥青光泽～沥青光泽，条痕褐黑色，具贝壳状及平坦状断口，裂隙及节理发育。各主要可采煤层煤岩组成均以暗煤为主，半暗煤次之，丝炭及亮煤少量，宏观煤岩类型以暗淡型煤及半暗型煤为主。煤的破坏类型应属于Ⅰ类（非破坏煤）～Ⅱ类（破坏煤）。说明煤层突出危险程度很小。
3.2、煤的变质程度
国内外研究表明，煤层的突出危险程度与其挥发分之间是密切相关的；在烟煤的挥发分Vdaf>40%和无烟煤的比电阻对数值lgρ<3.5时无突出危险。这说明低变质程度的（Vdaf=36%～40%）的烟煤及高变质的无烟煤（lgρ=3.5），突出危险程度小；中等变质（Vdaf=10%～20%）的烟煤，突出危险程度高。
依据现场资料得到，井田内煤的变质程度较低，以主要指标浮煤的挥发份、粘结指数，同时参考透光率和焦渣特征，井田内各主要可采煤层的煤类均为长焰煤（41CY）为主，局部有褐煤（52HM2）及不粘煤（31BN）；各主采煤层原煤挥发份Vdaf在37.64～40.10%之间，平均39.33%，其原煤均属高挥发份煤。浮煤挥发份在38.56～41.34%之间，平均40.53%，则浮煤均属高挥发份煤层。井田内煤的变质程度较低，因而煤的挥发份产率较高。从各煤层的变质程度看说明煤层突出危险程度较小。
3.3、瓦斯含量指标法
（1）评估方法
根据《防治煤与瓦斯突出规定》第四十三条：煤层瓦斯参数结合瓦斯地质分析的区域预测方法应当按照下列要求进行：
1）煤层瓦斯风化带为无突出危险区域；
2）根据已开采区域确切掌握的煤层赋存特征、地质构造条件、突出分布的规律和对预测区域煤层地质构造的探测、预测结果，采用瓦斯地质分析的方法划分出突出危险区域。
3）在上述1）、2）项划分的无突出危险区和突出危险区以外的区域，应当根据煤层瓦斯压力进行预测。如果没有煤层瓦斯压力资料，也可根据煤层瓦斯含量进行预测。
本矿井为新建项目，不具备第2）条的预测条件，因此，按照上述1）、3）条的方法进行分析评估。
（2）各煤层瓦斯突出危险性分析评估
1）主要可采煤层瓦斯突出危险性分析评估
根据18、19、20、21、22、23、24、25煤层瓦斯含量预测结果，18、19、20、21、22、23、24、25煤层最大瓦斯含量W<6.5m3/t，且18、19、20、21、22、23、24、25煤层在井田范围内均属于二氧化碳～氮气带、氮气～沼气带，即瓦斯风化带，瓦斯压力P<0.6Mpa。
因此，根据《防治煤与瓦斯突出规定》第四十三条，表3-2-3指标分析，井田范围内18、19、20、21、22、23、24、25煤层位于无突出危险区域内，故井田范围内18、19、20、21、22、23、24、25煤层无突出危险性。
2）其他煤层突出危险性分析评估
地质勘探期间未提供10、12、14、15、16、17、26、27、28、30煤层瓦斯含量测试成果，其与18、19、20、21、22、23、24、25煤层均属于同一煤系地层，煤类均为长焰煤（41CY）为主，局部有褐煤（52HM2）及不粘煤（31BN）；其原煤均属高挥发份煤，则浮煤均属高挥发份煤层。井田内煤的变质程度较低，因而煤的挥发份产率较高。参照18、19、20、21、22、23、24、25煤层最低开采标高（-100m）原煤瓦斯含量预测结果和钻孔瓦斯采样点对应的瓦斯带划分，可以推断10、12、14、15、16、17、26、27、28、30煤层瓦斯含量不会超过6.5m3/t；煤层均位于瓦斯风化带，瓦斯压力P<0.6Mpa，位于无突出危险区域内，无突出危险。
3.4、相邻矿井对比分析法
《防治煤与瓦斯突出规定》（2009）第十一条规定：矿井有下列情况之一的，应当立即进行突出煤层鉴定：鉴定未完成前，应当按照突出煤层管理：
（1）煤层有瓦斯动力现象的；
（2）相邻矿井开采同一煤层发生突出的；
（3）煤层瓦斯压力达到或者超过0.74MPa的；
该矿井为新建矿井，本报告根据第（2）和规定，依据相相邻矿井煤与瓦斯突出情况进行对比分析。本矿为未开采矿区，矿井周边无生产矿井。矿井西北部新疆哈密大南湖一号井为建设矿井。根据该矿井各煤层瓦斯成分及含量表（2-1-4）显示，该矿井瓦斯含量甲烷（CH4）为0～1.61%，二氧化碳为0.28%～40.88%，氮气为59.12%～99.72%。各煤层瓦斯含量均低，甲烷最高含量为0.102m3/t，二氧化碳最高含量为0.293m3/t，依照《煤炭资源地质勘探规范》说明，该矿井各煤层瓦斯分带均属二氧化碳～氮气带。
通过临近钻孔资料显示，临近矿井瓦斯含量较小，无煤与瓦斯突出迹象。通过对比分析可以看出，相邻矿井地质构造、成煤环境与煤质基本一致的矿井瓦斯含量都较低。
4、结束语
通过对西三号矿井地质构造、煤层赋存、地质勘探钻孔瓦斯资料、煤质资料以及临近矿区现有生产矿井瓦斯资料、煤与瓦斯突出现象分析，根据《防治煤与瓦斯突出规定》得出以下结论：依据现有地质勘探资料，徐矿哈密能源公司大南湖矿区西区西三号矿井10、12、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、30煤层井田范围内评估为无煤与瓦斯突出危险性。但为了确保矿井安全生产，井巷施工揭露煤层后和煤层开采前，必须对揭露煤层进行瓦斯压力、瓦斯含量等参数进行测定。
作者简介：
张啸川（1985），男，本科，辽宁省丹东市，采矿助理工程师，现任职于新疆煤炭设计研究院有限责任公司矿山二所，从事煤矿开采设计工作。
[关键词]煤与瓦斯突出 预测 危险性
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）20-003-01
1、前言
近年来，随着我国矿井采掘强度和深度的加大，矿井瓦斯问题日益严重，尤其是煤与瓦斯突出现象。煤与瓦斯突出预测的目的是用可靠的指标来反映和标定这些作用力，有效的预测煤与瓦斯突出，从而保证采掘生产的正常进行，保障井下生命财产的安全。因此加强煤与瓦斯突出预测预报技术的研究，不仅对提高矿井的经济效益，而且对提高矿井的安全和社会效益都有着非常重大的现实意义。
2、矿井概况
西三号矿井位于吐哈煤田大南湖浅坳陷中，井田内主要含煤地层在西山窑组地层中，共有煤层18层，其中18、19、20、21、22、23、24煤层局部可采、25煤层在赋煤范围内大部可采。井田内各主要可采煤层物理性质基本相似，颜色均呈黑～褐黑色。浅部煤层松散易风化，呈粉末状，中～深部煤层硬度2～3度，甲烷平均含量在微量～0.02cm3/g，各主要可采煤层均具有煤尘爆炸危险
3、突出危险性预测与分析
本矿为新建矿井，进行突出危险性评估主要是进行区域性突出危险性评估。目前，国内外常用的区域性突出性危险性比较可行评估方法主要有：单项指标法、煤的变质程、瓦斯含量指标以及相邻矿井对比分析法等。
3.1单项指标法
单项指标法主要是采用煤的破坏类型、瓦斯放散初速度ΔP、煤的坚固性系数f和煤层瓦斯压力P作为判断指标，各项指标的突出危险临界值应根据实测资料定。由于本矿井为新建矿井，地质勘探阶段未测定瓦斯放散初速度ΔP、煤的坚固性系数f和煤层瓦斯压力P作为判断指标，本次评估只能对煤的破坏类型进行分析。
根据《新疆吐哈煤田哈密市大南湖西矿区东一勘查区西三号井田勘探報告》，井田内各主要可采煤层物理性质基本相似，颜色均呈黑～褐黑色。浅部煤层松散易风化，呈粉末状，中～深部煤层硬度2～3度，呈块状，具均一状及条带状结构，煤层光泽暗淡，多呈弱沥青光泽～沥青光泽，条痕褐黑色，具贝壳状及平坦状断口，裂隙及节理发育。各主要可采煤层煤岩组成均以暗煤为主，半暗煤次之，丝炭及亮煤少量，宏观煤岩类型以暗淡型煤及半暗型煤为主。煤的破坏类型应属于Ⅰ类（非破坏煤）～Ⅱ类（破坏煤）。说明煤层突出危险程度很小。
3.2、煤的变质程度
国内外研究表明，煤层的突出危险程度与其挥发分之间是密切相关的；在烟煤的挥发分Vdaf>40%和无烟煤的比电阻对数值lgρ<3.5时无突出危险。这说明低变质程度的（Vdaf=36%～40%）的烟煤及高变质的无烟煤（lgρ=3.5），突出危险程度小；中等变质（Vdaf=10%～20%）的烟煤，突出危险程度高。
依据现场资料得到，井田内煤的变质程度较低，以主要指标浮煤的挥发份、粘结指数，同时参考透光率和焦渣特征，井田内各主要可采煤层的煤类均为长焰煤（41CY）为主，局部有褐煤（52HM2）及不粘煤（31BN）；各主采煤层原煤挥发份Vdaf在37.64～40.10%之间，平均39.33%，其原煤均属高挥发份煤。浮煤挥发份在38.56～41.34%之间，平均40.53%，则浮煤均属高挥发份煤层。井田内煤的变质程度较低，因而煤的挥发份产率较高。从各煤层的变质程度看说明煤层突出危险程度较小。
3.3、瓦斯含量指标法
（1）评估方法
根据《防治煤与瓦斯突出规定》第四十三条：煤层瓦斯参数结合瓦斯地质分析的区域预测方法应当按照下列要求进行：
1）煤层瓦斯风化带为无突出危险区域；
2）根据已开采区域确切掌握的煤层赋存特征、地质构造条件、突出分布的规律和对预测区域煤层地质构造的探测、预测结果，采用瓦斯地质分析的方法划分出突出危险区域。
3）在上述1）、2）项划分的无突出危险区和突出危险区以外的区域，应当根据煤层瓦斯压力进行预测。如果没有煤层瓦斯压力资料，也可根据煤层瓦斯含量进行预测。
本矿井为新建项目，不具备第2）条的预测条件，因此，按照上述1）、3）条的方法进行分析评估。
（2）各煤层瓦斯突出危险性分析评估
1）主要可采煤层瓦斯突出危险性分析评估
根据18、19、20、21、22、23、24、25煤层瓦斯含量预测结果，18、19、20、21、22、23、24、25煤层最大瓦斯含量W<6.5m3/t，且18、19、20、21、22、23、24、25煤层在井田范围内均属于二氧化碳～氮气带、氮气～沼气带，即瓦斯风化带，瓦斯压力P<0.6Mpa。
因此，根据《防治煤与瓦斯突出规定》第四十三条，表3-2-3指标分析，井田范围内18、19、20、21、22、23、24、25煤层位于无突出危险区域内，故井田范围内18、19、20、21、22、23、24、25煤层无突出危险性。
2）其他煤层突出危险性分析评估
地质勘探期间未提供10、12、14、15、16、17、26、27、28、30煤层瓦斯含量测试成果，其与18、19、20、21、22、23、24、25煤层均属于同一煤系地层，煤类均为长焰煤（41CY）为主，局部有褐煤（52HM2）及不粘煤（31BN）；其原煤均属高挥发份煤，则浮煤均属高挥发份煤层。井田内煤的变质程度较低，因而煤的挥发份产率较高。参照18、19、20、21、22、23、24、25煤层最低开采标高（-100m）原煤瓦斯含量预测结果和钻孔瓦斯采样点对应的瓦斯带划分，可以推断10、12、14、15、16、17、26、27、28、30煤层瓦斯含量不会超过6.5m3/t；煤层均位于瓦斯风化带，瓦斯压力P<0.6Mpa，位于无突出危险区域内，无突出危险。
3.4、相邻矿井对比分析法
《防治煤与瓦斯突出规定》（2009）第十一条规定：矿井有下列情况之一的，应当立即进行突出煤层鉴定：鉴定未完成前，应当按照突出煤层管理：
（1）煤层有瓦斯动力现象的；
（2）相邻矿井开采同一煤层发生突出的；
（3）煤层瓦斯压力达到或者超过0.74MPa的；
该矿井为新建矿井，本报告根据第（2）和规定，依据相相邻矿井煤与瓦斯突出情况进行对比分析。本矿为未开采矿区，矿井周边无生产矿井。矿井西北部新疆哈密大南湖一号井为建设矿井。根据该矿井各煤层瓦斯成分及含量表（2-1-4）显示，该矿井瓦斯含量甲烷（CH4）为0～1.61%，二氧化碳为0.28%～40.88%，氮气为59.12%～99.72%。各煤层瓦斯含量均低，甲烷最高含量为0.102m3/t，二氧化碳最高含量为0.293m3/t，依照《煤炭资源地质勘探规范》说明，该矿井各煤层瓦斯分带均属二氧化碳～氮气带。
通过临近钻孔资料显示，临近矿井瓦斯含量较小，无煤与瓦斯突出迹象。通过对比分析可以看出，相邻矿井地质构造、成煤环境与煤质基本一致的矿井瓦斯含量都较低。
4、结束语
通过对西三号矿井地质构造、煤层赋存、地质勘探钻孔瓦斯资料、煤质资料以及临近矿区现有生产矿井瓦斯资料、煤与瓦斯突出现象分析，根据《防治煤与瓦斯突出规定》得出以下结论：依据现有地质勘探资料，徐矿哈密能源公司大南湖矿区西区西三号矿井10、12、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、30煤层井田范围内评估为无煤与瓦斯突出危险性。但为了确保矿井安全生产，井巷施工揭露煤层后和煤层开采前，必须对揭露煤层进行瓦斯压力、瓦斯含量等参数进行测定。
作者简介：
张啸川（1985），男，本科，辽宁省丹东市，采矿助理工程师，现任职于新疆煤炭设计研究院有限责任公司矿山二所，从事煤矿开采设计工作。