馬叢林

(開灤(集團(tuán))有限責(zé)任公司 東歡坨礦業(yè)分公司，河北 唐山 063004)

東歡坨礦8煤層瓦斯涌出特征及其影響因素研究

馬叢林

(開灤(集團(tuán))有限責(zé)任公司 東歡坨礦業(yè)分公司，河北 唐山 063004)

通過歷年來工作面瓦斯涌出量數(shù)據(jù)，分析了東歡坨礦8煤層瓦斯涌出特征，研究了不同因素對8煤層瓦斯涌出規(guī)律的影響。研究結(jié)果表明：瓦斯涌出量隨工作面開采深度的增加而增大；工作面相對瓦斯涌出量和遇到的斷層數(shù)密切相關(guān)；靠近向斜軸一側(cè)，瓦斯涌出量值普遍偏小，局部有異常存在；在遠(yuǎn)離向斜軸方向，瓦斯涌出量普遍較大；工作面瓦斯涌出量和工作面涌水量之間表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)；頂板巖性對瓦斯涌出也有一定的影響。

開采深度；瓦斯涌出量；瓦斯涌出特征；影響因素

東歡坨礦為開灤礦區(qū)的主要生產(chǎn)礦井之一，瓦斯涌出量相對較低，屬低瓦斯礦井，但從近幾年實際瓦斯涌出實際情況來看，隨生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，東歡坨礦瓦斯賦存及涌出規(guī)律趨于復(fù)雜。近年來低瓦斯礦井瓦斯異常區(qū)域卻時有瓦斯事故發(fā)生[1-4]，因此亟需研究東歡坨礦深部煤層瓦斯涌出特征，為采取具有針對性的瓦斯防治措施提供指導(dǎo)。

1 礦井地質(zhì)及瓦斯涌出概況

東歡坨礦位于開平煤田西北側(cè)，主要構(gòu)造形態(tài)為車軸山向斜東南翼的單斜構(gòu)造，伴有寬緩褶曲和一定數(shù)量的斷層，構(gòu)造復(fù)雜程度中等，僅在井田的西北局部為向斜構(gòu)造。礦區(qū)發(fā)育的車軸山向斜，軸向N60oE，向斜軸面向西北方向傾斜，軸面與鉛垂面夾角約20°，樞紐以13°角向西南方向傾伏，向斜轉(zhuǎn)折端在油坊莊北部，向斜兩翼地層產(chǎn)狀變化較大，井田東南翼地層平緩，在向斜核部斷裂構(gòu)造較發(fā)育，斷層走向多與向斜軸方向一致[5]。

圖1 東歡坨井田構(gòu)造示意圖

東歡坨礦為低瓦斯礦井，2000年至2016年礦井瓦斯涌出數(shù)據(jù)如圖2和圖3所示。從圖中可以看出，從2000年到2016年，礦井絕對瓦斯涌出量總體趨勢是逐年增大，2012年礦井瓦斯絕對涌出量達(dá)到7.35 m3/min，這與采掘深度逐步加深和產(chǎn)量逐年增大有密切的關(guān)系。礦井相對瓦斯涌出量同樣呈現(xiàn)增加的變化趨勢，其中2013年礦井相對瓦斯涌出量為1.15 m3/t，為近年來的最大值。

圖2 2000年至2016年礦井絕對瓦斯涌出量變化圖

圖3 2000年至2016年礦井相對瓦斯涌出量變化圖

2 8煤層瓦斯涌出規(guī)律

2.1 煤層瓦斯涌出量變化

東歡坨礦可采煤層共9層，其中8煤為主要可采煤層，因此本文主要研究8煤層的瓦斯涌出規(guī)律。目前8煤層已經(jīng)回采13個工作面，各工作面統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1。由表1中數(shù)據(jù)可知，8煤層工作面回采過程中平均絕對瓦斯涌出量在0.21～3.49 m3/min，其中2089下、2089、2087和2083工作面瓦斯涌出量較高。該煤層工作面相對瓦斯涌出量為0～3.65 m3/t，其中2089下、2083等工作面平均相對瓦斯涌出量較高。工作面絕對瓦斯涌出量為0.37～3.49 m3/min，2089下、2087工作面的絕對瓦斯涌出量較高。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，隨著開采深度的增加，8煤層工作面瓦斯涌出量呈現(xiàn)增大的趨勢，但由于斷層等地質(zhì)構(gòu)造的影響，部分地區(qū)絕對瓦斯涌出量出現(xiàn)了異常變化。

2.2 8煤層瓦斯涌出異常特征

東歡坨礦瓦斯異常涌出工作面主要位于8煤層，以-500水平中央采區(qū)2089下工作面最為突出。在該工作面回采過程中，瓦斯涌出量變化大，相對瓦斯涌出量最大達(dá)30.43 m3/t， 2011年7月至2012年5月2089工作面瓦斯涌出量數(shù)據(jù)見表2。

表1 東歡坨礦8煤層回采工作面相對瓦斯涌出量相關(guān)數(shù)據(jù)

表2 東歡坨礦2089下工作面2011-2102年瓦斯涌出量

東歡坨礦中央采區(qū)8煤層工作面相對瓦斯涌出量表現(xiàn)出明顯的分區(qū)性，即靠近向斜軸一側(cè)，瓦斯涌出量值普遍偏小，局部有異常存在；在遠(yuǎn)離向斜軸方向，瓦斯涌出量普遍較大，局部有瓦斯涌出量較小的異常區(qū)存在。發(fā)生瓦斯異常涌出原因一方面是隨著開采深度增加，煤層瓦斯保存條件漸趨完好，瓦斯涌出量隨之增大；另一方面是回采工作面通過地質(zhì)構(gòu)造和煤儲層物性條件變化較大的地段時，瓦斯涌出量顯著增大。

東歡坨礦8 煤異常區(qū)煤體結(jié)構(gòu)破碎，裂隙大量發(fā)育，為瓦斯提供了賦存空間，形成局部區(qū)域的瓦斯富集，一旦受采掘活動影響，這些區(qū)域的瓦斯氣體會迅速向外運移、釋放，從而形成瓦斯涌出異常區(qū)。

3 8煤層瓦斯涌出規(guī)律的影響因素分析

東歡坨礦8煤層瓦斯涌出規(guī)律受多種地質(zhì)因素的綜合影響，主要包括斷層、煤層埋深、褶皺、地下水以及頂板巖性等。

3.1 斷層

東歡坨礦邊界斷層規(guī)模大，多與第四紀(jì)砂礫層接觸，一般為開放型，有利于瓦斯的排放。受印支運動影響所形成的東西向斷層，屬于活動期限較長、規(guī)模較大的區(qū)域構(gòu)造，在后來的燕山運動中又受到張性斷裂作用或張扭性斷裂作用，在緩傾斜翼多形成張性、張扭性等開放性的高角度傾斜或斜交斷層，對瓦斯逸散提供了有利條件[6]；而在急傾斜翼多形成走向壓性逆斷層，其封閉性相對較好，對瓦斯的保存相對有利。

目前兩個采區(qū)內(nèi)在8 煤層共發(fā)現(xiàn)斷層60余條，而且全部為正斷層。表1中統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，工作面平均相對瓦斯涌出量和工作面遇到的斷層數(shù)密切相關(guān)。如2089下采面在回采時共遇小型斷層9條，其中有的斷層落差較大造成煤層頂板及斷層帶及周圍巖石破碎，并造成局部薄煤層，其最薄處達(dá)0.7 m左右，對回采影響較大。該工作面在穿過斷層時，瓦斯涌出量增大，在小斷層密集區(qū)瓦斯涌出量達(dá)到最大值。

3.2 煤層埋深

東歡坨礦瓦斯的涌出量受到多種因素的控制。通過對8煤層13個回采工作面的瓦斯涌出量進(jìn)行分析可以看出，發(fā)現(xiàn)除個別回采工作面外，大部分工作面絕對瓦斯涌出量和相對瓦斯涌出量隨埋藏深度的增加而增加，尤其是8煤層工作面絕對瓦斯涌出量與埋深的關(guān)系更為明顯。

圖4 8煤層工作面埋深與絕對瓦斯涌出量關(guān)系圖

圖5 8煤層工作面埋深與相對瓦斯涌出量關(guān)系圖

3.3 地下水

東歡坨礦主體位于車軸山向斜的南東翼，為地下水徑流排泄區(qū)。由于地下水的運移，一方面驅(qū)動著裂隙和孔隙中的瓦斯運移，另一方面又帶動了溶解于水中的瓦斯一起流動。由于東歡坨礦地下水活躍，天然裂隙比較發(fā)育，而且處于開放狀態(tài)，是瓦斯排放的直接通路，地下水在漫長的地質(zhì)年代可以帶走數(shù)量可觀的瓦斯。由于地下水的溶蝕作用，還會帶走大量的礦物質(zhì)，導(dǎo)致煤系地層的天然卸壓，地應(yīng)力降低會引起煤層及圍巖透氣性增大，從而加強(qiáng)了煤層瓦斯的流失，由于地下水的活動使得東歡坨礦8煤層表現(xiàn)出“水大瓦斯小，水小瓦斯大”的特征。

以3088工作面為例，該工作面埋深689 m，但工作面平均相對瓦斯涌出量為0.97 m3/t，絕對瓦斯涌出量為1.14 m3/min。通過對3088采面瓦斯與水的關(guān)系研究表明，3088工作面地下水豐富，周圍有5個富水區(qū)：16#、18#、20#、22#、23#富水區(qū)，其中16#和20#是強(qiáng)富水區(qū)；同時工作面周圍存在5條斷層：其中DF9、DF10、DF12、DF13富水性中等，DF14富水性強(qiáng)。上述因素導(dǎo)致該工作面瓦斯涌出下降。

圖6 3088工作面富水區(qū)及斷層分布圖

3.4 頂板巖性

一般認(rèn)為：圍巖巖性及其透氣性對煤層瓦斯涌出量有很大的影響，圍巖的透氣性越大，瓦斯越易流失，煤層瓦斯含量就越小；反之，瓦斯易于保存，煤層的瓦斯含量就越高。泥巖、炭質(zhì)泥巖和頁巖的透氣性能均較差，有利于瓦斯的儲存。所以煤層頂板含泥率較大有利于瓦斯保存，即在頂板含泥率較大區(qū)域其瓦斯涌出量均較大，且在頂板含泥率變小的地區(qū)，瓦斯涌出量也相應(yīng)減小。在2089下采面、2083上采面瓦斯涌出量較大區(qū)域頂板含泥率較高，主要由厚層狀泥質(zhì)膠結(jié)的粉砂巖和薄層黏土巖構(gòu)成，巖性相對致密，透氣性較差，是造成上述工作面瓦斯涌出異常的一個因素。

4 結(jié)論

(1) 東歡坨礦8煤層工作面瓦斯涌出隨著開采深度的增加呈現(xiàn)出增大的趨勢，受地質(zhì)構(gòu)造等因素的影響，出現(xiàn)了瓦斯涌出異常區(qū)。

(2) 8煤層工作面瓦斯涌出量受地質(zhì)構(gòu)造影響明顯，工作面相對瓦斯涌出量和工作面遇到的斷層數(shù)密切相關(guān)，小型正斷層密集區(qū)域往往是瓦斯涌出量的突變點；靠近向斜軸一側(cè)瓦斯涌出量值普遍偏??；遠(yuǎn)離向斜軸方向瓦斯涌出量普遍較大。

(3) 8煤層工作面地下水影響到工作面瓦斯涌出量，表現(xiàn)出“水大瓦斯小，水小瓦斯大”。頂板含泥率對工作面瓦斯涌出量有一定影響，局部含泥率較高的工作面瓦斯涌出異常。

[1] 吳財芳，曾勇，張子戌. 低瓦斯礦井煤層瓦斯異常涌出的研究[J]，中國煤田地質(zhì)，2003，15(2)：20-22.

[2] 李成武. 低瓦斯礦井瓦斯異常區(qū)域綜合治理技術(shù)[J]，煤炭科學(xué)技術(shù)，2005，33(3)：1-5.

[3] 何啟林，王德明.孔莊煤礦瓦斯異常原因及其防治措施[J]，遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2003，22(4)：480-482.

[4] 張瑞林，李東印，魏軍,等.瓦斯涌出影響因素及其變化特征研究[J]，煤炭科學(xué)技術(shù)，2005，33(10)：20-22.

[5] 張品剛，曹代勇，王強(qiáng),等. 東歡坨礦構(gòu)造特征及斷裂構(gòu)造定量研究[J]，中國煤炭地質(zhì)，2009，21(7)：4-6.

[6] 張永平，冀占強(qiáng)，劉迅,等.潘三礦瓦斯賦存規(guī)律及其構(gòu)造控制研究[J]，煤，2015，24(6)：14-17.

Study on gas emission characteristics and influencing factors in 8#coal seam of Donghuantuo coal mine

MA Cong-lin

(DonghuantuoCoalMiningBranch,KailuanGroupCorp.，Tangshan，063004，China)

The gas emission characteristics of the 8 coal seam and the influence of different factors on the gas emission were analyzed on the basis of gas emission in the working faces of Donghuantuo coal mine. The results show that the amount of gas emission increase with the depth of mining face and the amount of gas emission is closely related to the number of faults encountered. The amount of gas emission decrease and local abnormal areas appear near the side of the oblique axis. The gas emission increase along the direction away from the oblique axis. There is a negative correlation between the gas emission and the water inflow of the working face. The roof lithology has some influence on the gas emission as well.

mining depth；gas emission；gas emission characteristics；influencing factors

2017-01-19

馬叢林(1960-)，男，河北唐山人，大學(xué)畢業(yè)，開灤(集團(tuán))有限公司東歡坨礦業(yè)分公司工程師，從事安全管理工作。E-mail：785281919@qq.com

TD712

A

1672-7169(2017)02-0028-04