关于断层对矿井瓦斯的影响及治理建议

关于断层对矿井瓦斯的影响及治理建议

杨瑞泉

（江苏创新安全检测有限公司 ）

摘要：断层是对煤矿井下生产的主要影响因素之一，其不仅会破坏煤质，同时还会影响煤层局部瓦斯的聚集异常。本文针对断层的产生机理和断层的分类及其对瓦斯赋存的影响进行了探讨，并提出治理建议，确保煤矿生产安全进行。

关键词：断层构造；煤与瓦斯突出；瓦斯；

我国是发展中国家，对一次能源的需求量极大。2009年我国一次能源的消耗总量中，煤炭占70.1%。预计2030年我国一次能源消耗总量中煤炭占52%左右，2050年占43%左右。由此可见，未来一个世纪之内，我国对煤炭的需求量仍然巨大。然而我国的煤矿地质条件复杂，在煤矿生产过程中煤与瓦斯突出、瓦斯煤尘爆炸、透水、矿井火灾、冒顶等灾害的影响[9]，其中多数灾害的发生与地质条件有着直接或间接的关系，其中断层是对煤矿生产影响最为显著的地质条件之一。断层不仅破坏了煤层的连续性和完整性，还会造成断层带岩石破碎，岩石强度降底，容易聚集瓦斯引发瓦斯突出。大量的研究表明，断层构造使地应力的分布、瓦斯的赋存和煤层的结构发生变化，直接控制着煤与瓦斯突出的发生[3~8]。

1 断层的产生及其分类

1.1 断层的产生机理

断层是在地壳中广泛发育的地质构造之一，是岩层或岩体沿破裂面发生明显位移的构造。断层的形成是一个复杂的过程，在岩石受到的力超过其强度时，岩体出现微裂隙，开始发生破裂，之后微裂隙继续发展、相互结合，形成破裂面。如果此时岩体受力超过岩体在破裂面上形成的摩擦力阻力时，两盘就开始出现移动，形成断层。断层的几何要素主要包括断层面、断层带、断盘和位移。

1.2 断层的分类

构造地质学中断层的分类方法有多种，较常用的是按照断层两盘的相对运动划分为正断层、逆断层、平移断层这些基本类型的断层，此外还有这些断层的组合，例如：正平移断层、逆平移断层等。

图1-1 断层基本分类示意图

a-正断层；b-逆断层；c-平移断层

如图1-1断层基本分类示意图所示，正断层是断层上盘沿断层面相对向下滑动的断层，逆断层的上盘沿断层面相对向上滑动，而平移断层的两盘顺断层面走向相对移动。

2 断层对矿井瓦斯的影响

2.1 断层对矿井瓦斯赋存的影响

断层形成的过程中会破坏煤层的完整性，对断层带内的煤体进行挤压、揉搓，形成构造煤，增大了煤体的吸附表面积，煤的吸附能力提高，游离瓦斯的容积也增大，形成了储存大量瓦斯的基础。目前国内外的研究趋向于认为压扭性断层为主的区域，接触紧闭延展性差，积聚的形变潜能相对较大，不利于瓦斯的排放，是煤与瓦斯突出的危险区域；相反，张扭性断层为主的区域，延展性好，裂隙发育，不利于瓦斯的积聚，有利于瓦斯的排放，煤与瓦斯的突出危险性相对较小。

煤层瓦斯赋存受到多方面因素的影响，其中煤层埋藏深度是其中最为显著的因素之一。其原因是煤层埋藏越深，上覆地层越厚，煤层所受的地应力越高，围岩的透气性越低，不利于煤层瓦斯的排放。所以，断层构造对煤层瓦斯赋存的影响会受到煤层埋藏深度的影响。煤层埋藏较浅，浅部断层形成后，断层带距离地表较近，有利于瓦斯的排放，反之，煤层埋藏较深，深部断层形成后断层带内的瓦斯不利于排放，反而有利于瓦斯的积聚。断层形成后，破坏了瓦斯运移的原有通道，加之断层形成的裂隙被泥壮物充填，形成瓦斯流动的阻隔带，从而极易形成局部瓦斯富集的现象。在生产实际中，井下揭露的小断层经常会发生煤与瓦斯动力现象。

2.2 断层对矿井瓦斯涌出的影响

煤层瓦斯的涌出分为正常涌出和异常涌出，即瓦斯突出（喷出），其中煤层瓦斯的异常涌出常携带大量的煤粉形成煤与瓦斯突出，造成巨大的财产损失和人员伤亡。大量的研究表明，断层形成的强烈变形区，井下揭露的小型断层影响带内，是煤与瓦斯突出危险区域，会导致煤与瓦斯突出。

3 治理断层影响带瓦斯的措施

3.1 煤与瓦斯突出预测

断层构造带是发生煤与瓦斯突出的危险区域，再进行采取措施消突之前必须进行煤与瓦斯突出危险性预测。我国较常用的是以预测点划分的区域性突出预测和局部突出预测（日常预测），在生产实际中应根据断层规模的大小，选取合适的预测方法。国内外较常用的煤与瓦斯突出预测方法分为（1）单项指标法，包括：①煤的破坏类型，煤的破坏程度越高，则发生煤与瓦斯突出的危险性越大；②煤的瓦斯放散初速度△P，当△P越大，煤层的突出危险性越大，反之则小；③煤的坚固性质，煤体强度低，则突出危险性大，反之则小；④瓦斯压力和瓦斯含量，国内规定为煤层瓦斯压力达到0.74Mpa时，为突出危险性煤层。煤层瓦斯含量大于10m3/t时有突出危险性；（2）综合指标法，较常用的为D、K，综合指标法，D≥0.25，K<15时为突出威胁区域；D≥0.25，K≥15时为突出危险区域；（3）目前物探技术在预测煤与瓦斯突出方面日趋完善，具有代表性的包括：①地震勘探技术；②层析成相CT技术。

3.2 断层影响带防突建议

1）加强矿井地质条件勘探，提高勘探成果的质量。继续坚持以地质钻探为主，并应用先进的技术设备，例如：三维地震、电法勘探、GPS技术等，加强对井田地质条件的调查，把断层构造的详细信息及影响范围进行预测评价，在矿井施工设计的同时，制定断层的处理措施。

2） 强化瓦斯抽排。瓦斯抽排是解决煤与瓦斯突出的根本性措施，在断层影响带内对瓦斯进行强化抽放，进行加密钻孔设计，消除抽放空白带，提高成孔质量，改进封孔工艺，优化抽放系统，延长预抽时间，降低施工过程中的瓦斯涌出量，保证施工安全。

3）对断层影响带内的松软煤体进行注浆加固。断层形成的过程中由于两盘的相对运动会导致断层两侧存在大量的断层泥、断层角砾岩和被破坏掉的煤体，这些物质呈现出松散的结合体，它们之间的摩擦力很小，自承力很差，从而构成了构造带弱面，造成应力的高度集中，一旦释放便极有可能引起煤与瓦斯突出事故发生。所以，针对断层破碎带进行注浆固化，提高破碎带的强度，对减小断层影响带煤与瓦斯突出危险性具有一定的效果。

4）健全管理制度。严格依法落实责任制，实行合理的奖惩制度，对作业人员的加强职业教育，提高作业水平，保证高素质的抽放队伍。

4 结论及展望

断层构造对煤层瓦斯的赋存和煤与瓦斯突出的影响具有复杂性和不确定性，目前的预测方法多数是以经验为础提出的，所以其预测结果的准确性还有待确定，进行消突治理时，其效果的检验结果也具有片面性。所以对断层影响带内煤层煤与瓦斯突出的防治工作仍是一件艰巨复杂的任务，必须坚持“四位一体”的原则。在未来的工作中应从以下几方面进行着手：

（1）增加安全投入，积极引进新的科技设备对煤矿地质条件进行预测研究，弄清矿区内的地质情况；

（2）继续研究煤与瓦斯突出预测技术，提高预测结果的准确性；

（3）加强科研，探索瓦斯抽放的新工艺，进行安全能源型瓦斯抽放。

（4）对断层进行深入研究，把断层对煤矿的影响由定性到数量化。

【参考文献】

[1] 王东风,冯耀挺. 地质条件对瓦斯突出的影响浅析. [J].陕西煤炭.2002.02

[2] 黄德生. 地质构造控制煤与瓦斯突出的探讨. [J].地质科学，1999.12