控制煤与瓦斯突出的地质因素分析及防治技术

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科　—技信总　—黑龙江——　科』苑』论　谈　赵淑霞　控制煤与瓦斯突出的地质因素分析及防治技术　（淮北煤电技师学院，安徽淮北２３５０００）　摘要：从地质角度分析了四矿发生煤与瓦斯突出的控制因素，得出了不同地质构造对突出的影响，利用小构造预测预报煤与瓦斯突出的一般　规律，以此为基础制定了可靠的防治技术。　关健词：地质构造；构造煤；煤与瓦斯突出　煤与瓦斯突出是煤矿井下采掘工作中，瞬　间产生的煤体与瓦斯的特殊动力现象。其机理　以根据瓦斯升高区范围来预测断层点的分布。　３．１．５利用裂隙来预测小断层，进而预测预　均是低透气性煤层。当煤层的透气性系数很大，　瓦斯极易从煤层中排除，使煤壁附近的瓦斯压　假说众多，有一种认为：地质构造是引起突出的　力降低，难以达到破碎煤体所需的极限压力值，　报突出。实践证明地质构造是逐级控制的，构造　决定因素，高压瓦斯是突出的主要动力，煤层破　也就难以发生突出。而己１６１７煤层的透气性系　裂隙分布范围、产状及其力学性质均受小断层　坏是突出的有利条件，采掘活动是突出的诱发　数为０．Ｏ０２６ｍＺ／ａｔｍ　．ｄ左右，丁５６煤层的透气性　的控制，因此，用构造裂隙出现的规律，可预测　原因，煤与瓦斯突出是不均衡的，常成区、带分　系数为０．Ｏ０４８ｍＺ／ａｔｍ　．ｄ左右，煤层的透气性很　采掘前方小断层的存在。张扭性断层附近，往往　布，且有一定的规律性都是地质因素影响的结　低，煤中瓦斯不易采取人工干预进行排除。使煤　伴生大量的张扭性裂隙及少量不明显的压扭裂　果。在某矿区矿井成块段内，因地质条件的差　壁附近有较高的瓦斯压力，孔隙中的瓦斯压力　隙，且张扭裂隙越靠近张扭性断层时越发育、越　别，影响突出的地质因素不尽相同，采取的消突　超过碎破煤体所需的极限压力值，这时瓦斯压　密集，而配套的压扭性裂隙越不发育。研究构造　措施也因而不同。本文对平煤集团四矿发生的　力在孔隙中所形成的张力超过煤的抗拉强度，　裂隙将规模较大、能切穿各个自然分层，甚至切　煤与瓦斯突出进行地质因素分析，进而制定可　煤就会被瓦斯破碎而发生突出。　穿顶底板岩石的裂面，命名为Ａ型裂隙，把规　靠有效的防突措施。　袁１　模较小而密集的裂隙，命名为Ｂ型裂隙。Ａ、Ｂ　１概述　型裂隙与断层的关系有下　四矿含煤地层有晚石炭世的太原组，二叠　列规律性：裂隙间距有规律　纪的山面组，下石盒子组和下石盒子组的下段，　性的缩小越快，则断层就在　主要采煤组为二叠纪的丁组、戊组、己组，待采　前方不远；裂隙间距的规律　煤组为上石炭统的庚组，其中丁５６煤层，己　性变小速度缓慢，前方断层　１６１７煤层为突出煤层，最早的突出是１９９１年７　３防治技术　相对比较远。若沿着采掘方向在开始一段距离　月在己三采区己ｌ６ｌ７煤层己ｌ６１７　２１２２０机　３．１防治煤与瓦斯突出预测　巷，突出煤量２１ｔ，瓦斯量４１６ｍ３。到目前为止　煤与瓦斯突出预测预报是采取防突措施　中，Ａ型裂隙和Ｂ型裂隙的密度频率增加快，然　共发生煤与瓦斯突出３９次，最大的一次突出发　的依据。突出分布特征表明，即使在突出矿井中　后就稳定在这一频率上，又经过一段距离后Ａ　型和Ｂ型裂隙的间距和密度逐渐消失，只出露　生在己１６１７—２３０２０切眼：突出煤量７２ｔ，瓦斯　不同煤层及同一煤层的不同区段有不同的突出　在工作头面的左或右侧处，这种情况在采掘面　量２０５３ｍ３。多年来，煤与瓦斯突出问题一直威　危险性，根据煤与瓦斯突出分布规律受地质条　胁着矿区的安全生产，成为安全生产的重大隐　件控制，突出预测预报应加强以下三方面的工　前方将遇不到断层，而断层往往在距采掘面方　向的上方或下方一定距离出现。此外，Ａ型裂隙　患。　作。　与其有存在联系的断层还在产状、力学性质上　２煤与瓦斯突出的主要地质因素分析　３．１．１根据矿区瓦斯地质条件，结合矿区瓦　对矿区内历次煤与瓦斯突出点地质构造　斯突出地质特征，对煤与瓦斯突出进行区域预　有一致性，Ａ型或Ｂ型裂隙波及范围越太－贝０断　性质煤体结构类型、突出煤层、突出点标高和采　测，划分不同突出危险区进行分区分级管理，对　层的规模也越大。当同一煤层顶底板岩石厚度、　岩性差别不大，物理强度差别也是不大时，裂隙　深等因素的统计结果表明，瓦斯突出点有如下　突出危险区进行重点防突。　地质特征：　３．１．２对突出预测地质标志要进一步研究，　与断层的上述关系及规律性更明显。　２　１突出点多发生在已发育着断层为明显　根据矿区突出点主要发生在地质构造带、构造　３．２卸压区浅孔抽放　卸压区浅孔抽放原理：采煤工作面前方支　地质特征的地应力集中区　煤发育区和煤厚变化带的特点，判定构造带的　大量资料表明，地质构造应力作用对于煤　突出范围、并利用构造煤发育厚度和类型预测　撑压力可分为三个区，即原始应力区、集中应力　区和卸压区。原始应力区未受采动影响，处于ｊ＝　与瓦斯突出影响往往是极为明显的，断层带附　突出危险性。　向应力平衡状态。根据现场测试分析，应力集中　近是突出点的密集地区，也是大型突出易发生　３．１－３对突出发生前煤体普氏系数ｆ值、构　的地段。　造煤放散初速度ＡＰ值及瓦斯含量、瓦斯压力　区位于煤壁前方６～２０ｍ范围，其峰值在煤壁前　丁九采区突出点分布图上可以明显地看　等参数的测定，总结发生突出各项指标的临界　方８－ｌＯｍ左右，应力集中区不但地应力大，也　潜伏着高能瓦斯，是发生煤与瓦斯突出的策源　出突出点位于丁九采区的东翼，而同一标高及　值，并利用综合指标对突出危险性进行点预报。　地，是防突的关键。卸压区位于煤壁前方２－６ｍ　突出煤系的同相特征情况下，西翼由于断层不　３．１．４根　发育相对较小而没有发生煤与瓦斯突出，好象　据四矿实测资　突出与断层相伴生。　料分析，各种　２．２构造煤是煤与突出发生的基础　类型的断层带　四矿的煤与瓦斯突出点均有“构造煤”存　附近，瓦斯涌　在，掌握和研究“构造煤”形成规律，空间状态和　出量一般比较　大小，对研究煤与瓦斯突出的发生条件，预测煤　小，随着距断　与瓦斯突出的倾向性和强度，均有实际意义。煤　层距离的改　中的“构造煤”是煤层遭受密集构造严重破坏的　变，瓦斯涌出　结果，其形成过程如图所示。如丁５６合层煤层　量有一定的峰　中间发育广泛存在的层状软层即属构造煤，其　值变化，在断　坚固性系数常常为０．２～０．１之间，远低于上下共　层两测１２～　生的正常煤层的坚固性系数１．２～１．５。ｆ如表１１　１５ｍ之间出现　２．３发生煤与瓦斯突出的丁５６和己１６１７　峰值，这样可　图一丁５６—１９１１０采面卸压区、埋管抽放示意图　一２４—　维普资讯 http://www.cqvip.com 科　苑Ｊ论　谈　陈丽杰　王彦新　王莹　科　—技信思　—黑龙江——　水库土坝护坡冻害破坏及防治措施　（１、泰来县水政水资源管理办公室，黑龙江泰来１６２４００　２、泰来县水务局，黑龙江泰来１６２４００）　摘要：水库的护坡冻害是破坏水库护坡的主要原因，本文分析了土坝护坡冻害，产生的原因，总结防治措施，保证坝坡安全，对水库的效益及　其功能的发挥起到了保障作用。　关键词：土坝护坡；冻害；防治措施　泰来县位于黑龙江省西南部，地处黑、吉、　内蒙三省（区）交界处，该区域属大陆性寒温带　气候，寒暑变化显著，年平均气温４．２￣Ｃ，极端最　高温度４１．６ｑＣ，最低温度为零下３５．２ｑＣ。泰来县　现有中小型水库８座，水库灌区总农田面积１２　万亩，保护耕地面积５Ｏ万亩。多年来发挥了显　著的经济效益和社会效益。从历年观测结果看，　中小型水库土坝护坡冻害都比较严重，给水库　安全度汛和正常运行增加了很大压力，同时也　严重影响着水库效益的持续发挥，以下就土坝　护坡冻害发生机理及防治措施进行具体分析。　１水库土坝护坡冻害发生原因分析　泰来县中小型水库多数是上世纪６Ｏ年代　末和８Ｏ年代初建成的，由于当时技术和施Ｔ手　段所限，这些水库在进行土坝护坡设计时只注　意了防止风浪对坡面的冲刷破坏，而对如何防　冻害方面考虑很少。多数土坝护坡的结构设计　不够合理，整体性差，强度和刚度小，工程本身　不具备抵抗冻胀、冻推的破坏能力，从而在坝坡　防冻害方面埋下了隐患。　就土坝护坡冻害发生机理而言，冰推和冻　胀是冻害发生的主要的原因。冰推是在水库封　冻以后，遇气温突然较暖的天气，冰温急剧升　高，体积膨胀而产生冰压力，推动护坡向上位　移，使冰盖板能量得以释放，这种现象在水浅、　坝长、冬季水位变化不大的中小型水库经常发　生。冰推会严重破坏坡表面的整体性和连续性，　产生起拱、错位、扭曲变形，引起垫层基土松动，　反滤层的结构因此遭到破坏。导致冰推破坏和　风浪冲刷坍塌，以致土坝护坡破坏。　冻胀主要是指护坡下面的基土冻胀而对　护坡结构产生的破坏作用。根据近年来宏胜水　库和东湖水库的连续观测，发现其冻胀量在　１５～２５ｅｍ之间，冻胀量沿坝坡不同高程的分布　也极不均匀，越接近坝顶，冰胀量越小，由于冻　胀作用，使坝坡产生局部隆起、错位、倾斜等破　坏现象。冬季冻用产生的变形，夏季不能完全复　位，残留的变形逐年累积，愈演愈烈，严得威胁　着坝坡的稳定安全，因此防冰推、防冻是当前急　需解决的一个重要技术课题。　２防治护坡冻害的主要措施　２，１防治冻推的主要措施。一是保证护坡　表面光滑，减小冰结力；二是应尽量加大护坡的　强度和刚度，保证护坡整体均匀受力；三是要加　大护坡下面的垫层或基土的摩擦阻力，这三个　条件应同时具备，才能从根本上解决冰推所引　发的冻害。　２．２防治冻胀的主要措施。可在护坡下面　换填非冻用性材料，采用聚苯乙烯硬质泡沫板、　浮石、陶粒珍珠岩等保温性能好的材料。　对护坡冻害严重的小型水库应进行逐年　改造，本着实用性强，投资小，效果好的原则，逐　步实施整体柔性、穿筋预制混凝土板简易护坡　型式，混凝土板的规格为Ｏ．５ｍｘＯ．５ｍｘＯ．１５ｍ。这　种型式适应不均匀冻用变形的能力较强，整体　性、连续性较好，是一种比较理想的水库护坡型　式。　水库的土坝护坡冻害是水库工程管理中　主要难题之一，护坡管理的好坏直接关系到水　库大坝的安全，也直接影响到水库的经济效益　和社会效益的发挥，为了使水库的工程设施能　安全运行，充分发挥其效益，必须做好水库土坝　护坡的防冻害问题。　作者简介：陈丽杰（１９６４～），女，工程师，黑　龙江省泰来人，从事于水利水资源管理工作。　范围，卸压区的存在，既是防止煤壁深部煤与瓦　斯突出的安全屏障，又是工作面瓦斯涌出的主　要来源。这是由于，受超前动压作用后，卸压区　内煤体结构受到破坏，煤层卸压充分，应力明显　降低，煤层透气性明显提高，大量吸附瓦斯解析　为游离瓦斯。因此，在此区域内实施瓦斯抽放，　可显著提高抽放效果，降低工作面生产时的瓦　斯涌出，防止发生煤与瓦斯突出。ｆ如图１）　３－３高位斜交钻孔抽放　迎面斜交岩层钻孔是在风巷内向煤层顶　板施工的钻孔，其主要作用是以工作面回采采　动压力形成的顶板裂隙作为通道来抽放工作面　煤壁以及上隅角涌出的瓦斯。　根据一系列回采工作面矿山压力规律的　研究，煤层随工作面回采，在丁作面周围将形成　个采动压力场，采动压力场及其影响范围存　垂直方向上形成ｊ个带，即冒落带、裂隙带、和　变曲下沉带。在水平方向上形成三个区，即煤壁　支撑影响区、离层区和重新压实区。在这个采动　压力场中形成的裂隙空间，便成为瓦斯流动通　道。通过钻孔内的负压，加速了瓦斯的流动，使　得迎面斜交钻孔能够抽出瓦斯，并且大大超出　本煤层瓦斯的抽放量。　迎面斜交钻孔可以实现超前抽放，随着采　动的影响，］－作面煤壁受压形成瓦斯解吸，解吸　的瓦斯又通过煤壁的裂隙和顶板裂隙流人抽放　钻孔，这是迎面斜交钻孔能够抽到高浓度瓦斯　的原因，也是其重要作用点。（如图２）　一图２钻孔布置平面示意图　３．４超前排放孔及抽放　正前方打排放钻　孔，形成抽放与排　放相结合的防突　措施。　通过地质因素　分析，找到了四矿　煤与瓦斯的控制　因素，采取相应防　突措施，使四矿这　突出矿井产量　增加到２８０万吨，　从２Ｏ０４年以来没　有发生过突出事　一超前排放钻孔的作用，就是在工作面前方　打钻孔，人为地造成和保持一个较长的卸压带，　避免在　作面附近出现应力集中和高压瓦斯，　以消除突出危险。这种措施适用面较广，目前采　取的钻孔直径一般是７５—１２０ｍｍ，使用轻便防　突钻机可打１０～１５ｍ深的钻孔，钻进快、提高了　施工进度，而且具有设备简单，操作方便效率高　等优点。　３．５与排放钻孔相结合的边掘边抽　在瓦斯涌出量大，突出危险性严重的矿井　煤巷掘进时，可以采用边掘边抽，抽掘结合的防　突措施。　在掘进巷道两帮开掘钻场，同帮钻场相距　不小于４５ｍ，钻场打钻不小于５０ｍ，预埋抽放管　封孔抽放并安装测量抽放参数的装置在工作面　故。　４结论　４．１煤与瓦斯突出点分布受地质因素控　制，在四矿影响煤与瓦斯突出主要地质因素，是　断层构造煤和煤层的低透性。　４．２通过地质因素分析与观测，可以预测　预报易发生煤与瓦斯突出的地点。　４．３通过地质因素分析，采取针对性的卸　压浅孔抽放，超前排放钻孔及预抽等方法，可以　防止发生煤与瓦斯突出。　作者简介：赵淑霞（１９６６～），女，汉族，河南　新郑市龙湖镇人，１９８８年毕业于焦作矿业学院　地质系，现就职于安徽淮北煤电技师学院，讲　师．中级职称　一２５—