郭喜莊

?

河南省某礦可采煤層的區(qū)域突出危險性預(yù)測

郭喜莊

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南信陽 464000）

河南省某煤礦目前處在普查階段，尚未進(jìn)行開采，針對可采煤層開展區(qū)域突出危險性預(yù)測，可發(fā)現(xiàn)突出危險煤層，指導(dǎo)未來煤礦安全生產(chǎn)。根據(jù)突出危險區(qū)劃理論，針對河南省某煤礦可采煤層區(qū)域突出危險性預(yù)測。首先計算可采煤層發(fā)生突出瓦斯壓力最小值Pmin及其對應(yīng)的煤層瓦斯含量W0，按照以安全為基礎(chǔ)，同時考慮礦井生產(chǎn)實際情況的原則，選擇煤層瓦斯含量指標(biāo)作為區(qū)域劃分的指標(biāo)：當(dāng)煤層瓦斯含量W＜W0時，才能劃為無突出危險區(qū)，否則就劃為突出危險區(qū)。結(jié)果表明，該區(qū)的可采煤層二1、二2均為突出危險煤層，一3為無突出危險煤層，為突出防治工作提供了指導(dǎo)作用。

煤層；瓦斯突出；區(qū)域性；河南

煤與瓦斯突出是煤炭企業(yè)生產(chǎn)過程中常見的事故災(zāi)害，隨著開采深度的增加，這種事故災(zāi)害的危險性越來越大[1-2]。為了加強(qiáng)煤與瓦斯突出防治工作，有效預(yù)防煤礦突出事故，保障煤礦職工生命安全，國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局頒布了《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》。前人依照突出危險區(qū)域劃分理論，采用不同的區(qū)域劃分指標(biāo)對不同煤層進(jìn)行了煤與瓦斯突出區(qū)域預(yù)測和劃分，為煤礦的瓦斯突出災(zāi)害治理提供了指導(dǎo)作用[3-7]。通過現(xiàn)場測定煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)（瓦斯壓力和瓦斯含量），觀察煤體破壞類型、取樣分析瓦斯放散初速度、煤層堅固性系數(shù)值及其他相關(guān)的突出危險指標(biāo)，本文針對河南省某煤礦的可采煤層進(jìn)行區(qū)域突出危險性預(yù)測并相應(yīng)作出煤層突出危險區(qū)域的劃分。

1 突出危險性區(qū)域劃分原則

《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》是關(guān)于煤礦勘查和生產(chǎn)過程中關(guān)于防治煤與瓦斯突出的綱領(lǐng)性規(guī)定。

《規(guī)定》指出：突出礦井應(yīng)當(dāng)對突出煤層進(jìn)行區(qū)域突出危險性預(yù)測，經(jīng)區(qū)域預(yù)測后，突出煤層劃分為突出危險區(qū)和無突出危險區(qū)；煤與瓦斯突出危險區(qū)域的劃分應(yīng)以實際發(fā)生的突出現(xiàn)象以及突出區(qū)域預(yù)測單項指標(biāo)和綜合指標(biāo)為依據(jù)。

《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》第十三條規(guī)定，當(dāng)動力現(xiàn)象特征不明顯或沒有動力現(xiàn)象時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際測定的煤層最大瓦斯壓力、軟分層煤的破壞類型、煤的瓦斯放散初速度Δ和煤的堅固性系數(shù)等指標(biāo)鑒定。全部指標(biāo)均達(dá)到或者超過表1所列的臨界值的，確定為突出煤層。

根據(jù)已開采區(qū)域確切掌握的煤層賦存特征、地質(zhì)構(gòu)造條件、突出分布的規(guī)律和對預(yù)測區(qū)域煤層構(gòu)造的探測、預(yù)測結(jié)果，采用瓦斯地質(zhì)分析的方法劃分突出危險區(qū)域。若缺少煤層瓦斯壓力資料，也可根據(jù)煤層瓦斯含量進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測所依據(jù)的臨界值應(yīng)由試驗確定，在確定前可暫按表1預(yù)測。

表1 突出煤層鑒定的單項指標(biāo)臨界值

2 地質(zhì)背景

2.1 地層

工作區(qū)大地構(gòu)造位置位于中朝準(zhǔn)地臺魯西隆起西部邊緣的臺前—范縣含煤區(qū)中部，往西為華北坳陷區(qū)，二者之間為著名的聊蘭大斷裂。地層分區(qū)屬華北區(qū)華北平原分區(qū)豫北小區(qū)。工作區(qū)為第四系全覆蓋區(qū)，根據(jù)鉆孔驗證，結(jié)合鄰區(qū)地質(zhì)情況，白衣閣一帶地層主要特征自下而上分述如下：

1）奧陶系（O）：見中統(tǒng)馬家溝組（O2）：為一套淺灰色、灰色夾褐色的中厚層狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，局部夾多層黃灰色的泥質(zhì)灰?guī)r、灰綠色泥巖及深灰色粉砂巖等?；?guī)r多見溶洞及溶蝕現(xiàn)象，裂隙較發(fā)育，多數(shù)被方解石充填，為煤系地層的主要充水含水層。區(qū)域上最大厚度可達(dá)800m左右。

2）石炭系C：石炭系主要見上統(tǒng)太原組（C2）和本溪組（C2）。

上統(tǒng)本溪組（C2）：區(qū)域厚度10～30m，為一套海陸交互相沉積，由灰色泥巖、石灰?guī)r、砂巖、鋁質(zhì)泥巖等組成。與下伏奧陶系中統(tǒng)馬家溝灰?guī)r呈平行不整合接觸。

上統(tǒng)太原組（C2）：厚度150～220m，為一套較為典型的海陸交互相沉積地層，巖性為一套由石灰?guī)r（8層）、細(xì)粒砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖夾煤層（10層）交替沉積組合而成地層。與下伏本溪組地層連續(xù)沉積，整合式接觸。

3）二迭系（P）：二迭系地層主要見下統(tǒng)山西組（P1）和下石盒子組（P1）。

山西組（P1）：該組地層為一套過渡相沉積地層，含主煤層二1煤和厚煤層二2煤，厚度70～95m。與下伏太原組地層呈連續(xù)接觸。

下石盒子組（P1） ：厚度195～444m，但該區(qū)出露不全，由暗紫紅色、紫紅色及少量的灰綠色、褐黃色砂質(zhì)泥巖、泥巖，并夾多層中砂巖、細(xì)砂巖組成。與下伏山西組地層呈整合接觸關(guān)系。

4）新近系（N）：新近系控制厚度約970～1000m，巖性以粘土和砂質(zhì)粘土為主，半固結(jié)狀態(tài)，夾較多粉砂和細(xì)砂層。中下部含較多礫石，以及鈣質(zhì)、鐵錳質(zhì)結(jié)核等。與下伏地層呈角度不整合接觸。

5）第四系（Q）：控制厚度約118～250m。巖性主要由黃土、粘土、砂質(zhì)粘土夾細(xì)砂組成，質(zhì)地松軟、松散，粘土具有可塑性，局部含礫石；下部夾有雜色砂礫層。

2.2 構(gòu)造

工作區(qū)為新生界全掩蓋區(qū)，對構(gòu)造形態(tài)的分析、認(rèn)識只能靠地震資料和鉆探工程的直接揭露。從地震資料圖件上分析，本區(qū)基巖以F9、F10斷裂為界，自西向東呈依次抬升的階梯狀分布格局，而在每一階梯上構(gòu)造都比較簡單，褶皺上表現(xiàn)為單斜構(gòu)造，斷裂上表現(xiàn)為近南北向的正斷層較發(fā)育。

1）褶皺構(gòu)造：二1煤層底板等高線平面圖顯示，二1煤層主要分布在斷層F10與F9斷層之間，兩大斷層間二1煤層構(gòu)造形態(tài)較為簡單，為一走向近東西、傾向南略偏西的單斜構(gòu)造。鉆孔統(tǒng)計傾角表明單斜構(gòu)造地層產(chǎn)狀較緩，為緩傾斜地層。

二1煤層在白衣閣斷層以西埋深加大，超過2 000m。在F9斷層以東煤系地層抬升較高，基本剝蝕殆盡。

2）斷裂構(gòu)造：根據(jù)二維地震資料解釋，區(qū)內(nèi)斷裂主要見F10斷裂及F9斷裂。

F9 斷裂：位于區(qū)內(nèi)中部，向北延伸則偏向東部，其走向從南至北，由NE30°轉(zhuǎn)NE45°，傾向北西，傾角47°～60°，北西盤下降，南東盤抬升，為一正斷層，落差較大，約大于200m。有三個斷點(diǎn)控制，地震剖面顯示清晰，依據(jù)充分可靠，此斷層將構(gòu)成預(yù)查區(qū)東部邊界。區(qū)內(nèi)延伸長度大于10km。

F10 斷裂：位于工作區(qū)的西部，走向近SN約8°，傾向NNW，傾角較大，北西盤下降，南東盤抬升，落差、延伸均很大。斷層以西二1煤層埋深加大，超過2 000m，此斷層將構(gòu)成預(yù)查區(qū)或煤礦區(qū)（井田）的西部邊界。

2.3可采煤層

1）二2煤層：見煤厚度3.38m，有一層夾矸，其結(jié)構(gòu)2.78（0.22）0.38，上距大占砂巖K1標(biāo)志層3.45m，上距砂鍋窯砂巖K2標(biāo)志層57.25m。二2與二1煤層間距9.03m。煤質(zhì)特征見表2。

表2 煤質(zhì)特征表

2） 二1煤層：位于二迭系下統(tǒng)山西組地層之中。ZK3601孔二1煤層厚2.78=2.26（0.19）0.33m，夾矸1層，結(jié)構(gòu)較簡單，屬穩(wěn)定煤層。上距砂鍋窯砂巖（K2）65.40m，上距大占砂巖（K1）17.30m，間夾些砂質(zhì)泥巖，距本組底老君堂砂巖（SL）之底13.62m。ZK001孔二1煤層0.46= 0.36（0.02）0.08m，大占砂巖（K1）為直接頂，未見砂鍋窯砂巖（K2）；老君堂砂巖（SL）為直接底，距老君堂砂巖（SL）之底11.38m。ZK4001孔二1煤厚4.12m，無夾矸，上距砂鍋砂巖69.68m，距大占砂巖15.86m。下距老君堂砂巖之底8.10m。

表3 煤層發(fā)生突出瓦斯壓力最小值計算結(jié)果

3）一3煤層：位于下部灰?guī)r段的下部，直接頂板就是區(qū)域上的標(biāo)志層L2下灰。該煤層相當(dāng)穩(wěn)定，區(qū)域上均很發(fā)育，厚度0.90～2.47m，無夾矸，結(jié)構(gòu)簡單，層位穩(wěn)定、厚度較穩(wěn)定，上距一4煤層20.72m，下距太原組之底25.44m和21.85m，底板是灰、灰黑色的富含根化石的泥巖。

3 區(qū)域突出危險性預(yù)測

發(fā)生瓦斯突出時的瓦斯壓力最小值用min=A（0.1+B） 估算，式中：min為煤層發(fā)生突出時瓦斯壓力最小值，單位：Mpa；為煤層軟分層的堅固性系數(shù)；為煤層軟分層的揮發(fā)分，%；A、B為統(tǒng)計常數(shù)，根據(jù)國內(nèi)26個礦井始突深度位置的統(tǒng)計資料，A=5，B=0.017。將本區(qū)可采煤層的相關(guān)參數(shù)代入前式，計算結(jié)果見表3。

由表3可知，本區(qū)可采煤層發(fā)生突出瓦斯壓力最小值min=1.87Mpa，對應(yīng)的煤層瓦斯含量為1.398m3/t。

按照以安全為基礎(chǔ)，同時考慮礦井生產(chǎn)實際情況的原則，選擇煤層瓦斯含量指標(biāo)作為區(qū)域劃分的指標(biāo)：當(dāng)煤層瓦斯含量＜1.398m3/t時，才能劃為無突出危險區(qū)，否則就劃為突出危險區(qū)。

計算和分析表明，本區(qū)的可采煤層一3為無突出危險煤層；二1、二2均為突出危險煤層。

4 結(jié)論

本區(qū)的可采煤層一3為無突出危險煤層；二1、二2均為突出危險煤層。礦山生產(chǎn)時需加強(qiáng)前期探測和預(yù)防，以免造成事故。

參考文獻(xiàn):

[1] 張安華，煤層突出危險區(qū)域的劃分[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2012，27（9）：130～132.

[2] 劉水文.含瓦斯煤蠕變力學(xué)特性實驗及理論研究[D]. 北京：中國礦業(yè)大學(xué)，2010.

[3] 鄧奇根，劉明舉，劉彥偉，等. 二道嶺礦區(qū)煤層煤與瓦斯突出區(qū)域預(yù)測[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2011，39（10）:117～121

[4] 蔡毅，蒲家全，李秋林. 煤層突出危險性鑒定指標(biāo)分析[J]. 礦業(yè)安全與環(huán)保， 2011，38（4）:87～88，92.

[5] 柴永興，王海鋒. 煤與瓦斯突出危險區(qū)域劃分研究[J]. 煤炭技術(shù)，2006，25（6）：81～83.

[6] 周宗保.平禹四礦煤與瓦斯突出危險區(qū)域劃分[J]. 煤， 2007，16（10）:42～43

[7] 徐浩，李希建，陳守坤. 青龍一采區(qū)M16煤層突出危險區(qū)域預(yù)測及劃分[J]. 煤炭技術(shù)，2010，29（2）:86～89.

Regional Prediction Methods for the Danger of Coal Outburst in Henan

GUO Xi-zhuang

（The Third Institute of Geological Survey, Henan Bureau of Geology and Mineral Resources, Xinyang, Henan 464000）

This paper calculates the regional outburst danger of the minable coal seams in a coal mine in Henan Province based on the division theory of outburst danger. The minimum gas outburst pressurePand gas contentWare calculated. Gas outburst danger zone is characterized by＜W. From this calculation it is concluded that the minable seamsⅡ1and Ⅱ2in this area are outburst danger seams, andⅠ3isn’t outburst danger seams, which provides guidance to the prevention and control of gas outburst.

：Coal; gas outburst; regional; Henan

P618.11；TD712

A

1006-0995（2016）03-0391-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2016.03.008

2015-11-10

郭喜莊（1968—），男，河南宜陽人，高級工程師，研究方向：水文地質(zhì)工程地質(zhì)及環(huán)地質(zhì)勘查與評價