煤层瓦斯分布机理及预测

煤层瓦斯分布机理及预测

马德

陕西陕煤铜川矿业有限公司下石节煤矿

陕西 铜川 727101

摘要：煤层瓦斯是地质作用的产物，它是在煤层或围岩中生成和储存的一种气体地质体。而矿井瓦斯是指在煤矿生产过程中从煤和岩石中涌出的各种有害气体，其中甲烷是主要成分，是煤矿安全生产中具有严重威胁的自然因素之一。我国煤矿普遍存在瓦斯涌出的情况，高瓦斯和煤与瓦斯突出的矿井产量占全国煤炭总产量的三分之一。本文在研究煤矿瓦斯灾害分区和矿井瓦斯地质规律的基础上，综合多因素进行了矿井煤与瓦斯区域突出危险性预测。

关键词：瓦斯分布；煤矿瓦斯；安全；瓦斯赋存

0引言

煤层瓦斯，又称煤层气，是在形成煤的过程中由有机物演化而成的烃类气体，同时具有清洁能源、温室气体和矿井灾害性气体的三重属性[1]。而煤与瓦斯突出是一种复杂的矿井瓦斯动力现象，也是对煤矿安全生产构成严重威胁的一种常见自然灾害。因此，研究煤与瓦斯突出的机理和预测具有重要意义。只有了解瓦斯地质规律，才能了解矿井中瓦斯的分布规律。深入了解突出的发生规律、特征和机理，实现对突出危险性的准确预测，是有效防治突出灾害和提高矿井安全经济效益的重要技术手段，也是矿山安全领域的重要挑战和研究课题。

1煤与瓦斯突出事故特点

煤与瓦斯突出对矿井安全生产构成了严重威胁，同时也制约了矿井经济效益的提升。不同煤田之间、同一煤田的不同井田以及同一井田内不同地段或煤层的瓦斯赋存量存在着很大的差异[2]。煤岩瓦斯动力灾害的严重程度首先取决于地质资源背景、地质演化以及其作用程度。从上世纪初开始，国内外就发现了煤矿瓦斯、煤与瓦斯突出灾害与地质因素之间的密切关系。我国煤矿瓦斯灾害事故频发，但这些事故都表现出一些共同的特点：（1）我国煤矿开采的煤层大多具有高瓦斯含量、强烈的瓦斯涌出和高危险性。因此瓦斯灾害的治理成为煤矿灾害防治的重点；（2）煤与瓦斯突出现象十分严重。随着我国煤矿采深度的增加和开采强度的提高，煤与瓦斯突出的危险性增加，突出危险区域不断扩大，一些原本被认为没有突出危险的煤矿也开始出现动力现象，一些未被划定为突出煤矿的煤矿也不得不按照突出煤矿管理。（3）瓦斯爆炸造成的危害非常严重。在煤矿安全事故中，瓦斯爆炸是经济损失最大、人员伤亡最多的事故类型，也是造成社会影响最大的重大事故。

2我国煤矿瓦斯赋存状态

瓦斯地质规律研究已成为煤矿瓦斯灾害防治的重要手段。只有掌握了瓦斯地质规律，才能搞清楚矿井瓦斯分布规律。因此，对于突出进行有效地防治成为保障突出矿井安全生产和提高经济效益的重要技术手段。深入认识突出发生的规律、特征和机理，实现对突出危险性的准确预测，是有效防治突出灾害并高效开发利用瓦斯资源的关键技术基础，也一直是矿山安全领域中的关键难题和重大研究课题。在原岩应力状态下，煤层未受到采动影响，煤体内游离态、吸附态瓦斯进行布朗运动，总体保持动态平衡。而工作面回采时动态平衡打破，煤体受力变化，其内部瓦斯压力不均，同时，受冲击、振荡等外力等采掘活动的影响，采场内温度随之增高或降低，致使煤体内瓦斯活动频繁。

3煤与瓦斯突出危险性区域分布特征

在井下采掘过程中，煤与岩石常常一瞬间被从煤体中抛出，并喷出大量瓦斯，这种现象称为煤与瓦斯突出现象，简称为"突出"。煤与瓦斯突出事故不仅会造成采掘工作面和通风系统的破坏，同时大量煤与瓦斯以极快的速度喷出，还可能会充塞巷道，造成人员窒息和瓦斯爆炸、燃烧及煤（岩）埋人事故。

3.1煤与瓦斯突出的基本特征

(1)突出的煤向外抛出距离较远，具有明显的分选现象；（2）抛出的煤堆积角小于煤的自然安息角；（3）抛出的煤破碎程度高，含有大量的块煤和手捻无粒感的煤粉；（4）有明显的动力较应，破坏支架，推倒矿车，破坏和抛出安装在巷道内的设施；（5）有大量的瓦斯涌出，瓦斯涌出量远远超过突出煤的瓦斯含量，有时会使风流逆转；（6）突出孔洞呈口小腔大的梨形、舌形、到瓶形以及其它分岔形等。绝大多数煤与瓦斯突出发生前具有一定的预兆，如连续响煤炮、喷孔、瓦斯涌出异常、夹钻和顶钻等异常现象。

3.2煤与瓦斯突出的影响因素

煤与瓦斯突出的发生受控于工程因素和地质因素，工程因素对煤与瓦斯突出的发生主要起诱导作用。地质条件是煤与瓦斯突出的必要条件，其对煤与瓦斯突出的分区分带起着明显的控制作用，地质构造、煤层瓦斯赋存及构造煤是影响煤与瓦斯突出发生及分布的主要地质因素。

(1)地质构造。突出分布的不均衡性受地质构造控制，最易发生突出的地质条件有背斜构造、小断层、煤层变薄带以及构造作用形成的软煤带[3]。由于构造性质、展布特征以及对煤岩体作用方式不同，不同构造带突出特征各异，而且只有少数地质构造带发生突出，也就是说控制突出分布的地质构造在不同构造部位的突出危险性不同。

(2)煤层瓦斯赋存。瓦斯是突出的基本能源之一，煤体内的瓦斯压力大小决定突出的强度。 影响煤层瓦斯赋存的因素包括地质构造、煤层埋深、 顶底板岩性、煤厚及煤的变质程度等。

(3)构造煤。构造煤是在构造应力作用下，煤的原生结构破坏，煤层层理紊乱，煤质变松软而形成的，是煤与瓦斯突出的重要条件之一。构造煤孔隙率大、瓦斯压力大、含量高、透气性差。当构造煤厚度增加到一定程度时，就会发生煤与瓦斯突出等动力现象。

3.3煤与瓦斯突出的地质条件

(1)岩浆岩侵入对煤质强度的影响

煤层是深层变质和岩浆浅层侵入接触变质的叠加，岩浆岩和煤层之间形成软硬互层，在构造应力的作用下，由于岩浆岩的挤压作用，使煤层受力，揉搓粉碎，煤体结构遭到破坏，在贫煤和无烟煤之间形成一定厚度的构造煤带形成构造煤。

(2)岩浆岩侵入对瓦斯的排放分析

煤在岩浆岩高温高压的作用下，煤中的微孔隙减小，煤体对瓦斯的吸附能力大幅降低，煤体瓦斯大量解吸，变成游离态的瓦斯。加之受到构造影响，瓦斯逸散速度加快，煤层瓦斯含量降低，所以煤层一般不具有突出危险性。煤层突出危险性表现出一定的分区现象。

(3)地质构造和地下水对瓦斯释放的影响

从地质构造来看，具有褶皱和断层的区域伴生的小断层较多，造成顶底板裂隙发育，为瓦斯释放提供了一定的通道。实际开采表明，越接近断层，派生的小断层密度越大，煤层和顶板的淋水现象增加，煤层瓦斯含量减小，工作面瓦斯涌出量降低，因此减小了煤层突出的动力。

3.4煤与瓦斯突出危险性区域预测

突出煤层划分为突出危险区和无突出危险区。未进行区域预测的区域视为突出危险区。煤的瓦斯放散初速度反映了煤在常压下吸附瓦斯的能力和放散瓦斯的速度，表现了煤的微观结构，是反映煤层突出的危险性的指标之一[4]。煤的瓦斯放散初速度越大，煤层突出的危险性越大。

4结论

1、煤层突出的危险性具有一定的区域分布，是由于岩浆岩的侵入破坏了煤的强度和瓦斯赋存。

2、煤矿应采取一定的有效措施来预防煤与瓦斯突出事故的发生，在事故发生后能够及时有效的应对，将人员伤亡降至最低能力。

3、影响煤与瓦斯突出的因素包括工程因素和地质因素，工程因素起诱导作用，地质因素是必要条件。

参考文献：

[1]黄志斌,郭艺,李长清,张政和,许勇.中国煤层气潜力及发展展望[J].中国煤层气,2012,9(02):3-5.

[2]李希建,林柏泉.煤与瓦斯突出机理研究现状及分析[J].煤田地质与勘探,2010,38(01):7-13

[3]黄茂政.煤层瓦斯赋存与流动理论[J].能源与节能,2016(08):8-9+85.

[4]徐伟,华敬涛,张明杰.煤与瓦斯突出危险性区域预测[J].煤炭科技,2011(02):52-54.作者简介：马 德（1987-），男，汉，山西运城人，工程师，学士，2008年毕业于黑龙江科技大学，主要从事矿井瓦斯抽采工作。