桑树坪煤矿煤与瓦斯突出规律分析.docx
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桑树坪煤矿煤与瓦斯突出规律分析
桑树坪煤矿煤与瓦斯突出规律分析
桑树坪煤矿是一个年产300万t、具有煤与瓦斯突出危险的矿井,1997年矿井建成投产以来,煤与瓦斯突出时有发生,严重影响煤矿生产安全。
随着采掘深度的加大和采掘速度的不断提高,煤与瓦斯突出等煤岩灾害动力现象日趋严重。
因此,进行煤与瓦斯突出规律分析研究,找出影响煤与瓦斯突出的因素,对有效地防治煤与瓦斯突出,消除或降低煤与瓦斯突出事故造成的危害,具有重要的现实意义。
1井田概况
桑树坪煤矿地处陕西省韩城市北部,属渭北石炭二叠纪煤田东北端,面积63km2。
井田为一走向北东、倾向北西的单斜构造,受东部边缘韩城大断层影响,边浅部煤层倾角10°左右,深部3°~5°。
井田内中小型褶曲、断层均很发育,断层密度为32.5条/km2。
井田含煤地层为二叠系山西组及石炭系太原组,含煤9层(1、2、3、5、7、8、9、11、12),其中3号煤、11号煤为主采煤层,2号煤局部可采。
3号煤厚5m,煤层瓦斯含量10.23m3/t;11号煤厚3.3m,煤层瓦斯含量9.27m3/t;2号煤厚1.0m,煤层瓦斯含量8.74m3t。
矿井采用联合开拓(平硐-斜井)。
平硐矿井绝对瓦斯涌出量20.80m3/min,相对瓦斯涌出量10.35m3/t;斜井矿井绝对瓦斯涌出量4.98m3/min,相对瓦斯涌出量42.28m3/t。
平硐采用对角式通风,斜井采用分区式通风。
2煤与瓦斯突出类型及突出强度特征
桑树坪煤矿1998年至2004年5月共发生强度不同的煤与瓦斯突出48次,按突出类型及突出强度统计分析如下。
2.1煤与瓦斯突出类型
表1煤与瓦斯突出类型
突出类型
突出次数/次
突出强度/t
瓦斯涌出量/m3
压出
36
4~220
42.36
810~28000
4717.94
突出
12
93~1100
478.92
5600~66784
27635.50
由表1可以看出,桑树坪煤矿煤与瓦斯压出较多,共36次,占总突出数的75%,突出强度较小,平均突出强度42.36t,平均瓦斯涌出量4717.94m3,突出强度超过100t的仅有3次;煤与瓦斯突出12次,占总突出次数的25%,但突出强度较大,平均突出强度478.92t,平均瓦斯涌出量27635.50m3。
从压出和突出次数所占总突出次数百分比看,桑树坪煤矿煤与瓦斯突出多为以地应力主要作用力的压出。
2.2煤与瓦斯突出强度
表2煤与瓦斯突出强度
突出强度[换行]/t
突出次数/次
占总数比例/%
<50
50~100
100~300
300~600
600~1000
>1000
28
6
5
4
3
1
58.3
12.5
10.5
8.3
6.3
2.1
表2中煤与瓦斯突出强度分布特征显示,小于100t的突出共34次,占总突出次数的70.8%。
因此,桑树坪煤矿煤与瓦斯突出以强度<100t的突出主为。
3煤与瓦斯突出与各种影响因素的关系
3.1突出强度及瓦斯涌出量与开采深度的关系
表3突出强度及瓦斯涌出量与开采深度的关系
开采深度/m
突出次数/次
突出强度/t
瓦斯涌出量/m3
<400
400~600
600~800
20
25
3
4~220
47.34
3~1100
227.48[换行]12~549
212.67
820~28000
4595.85
810~66784
13961.60
4766~49309
20173.67
从表3中数据可以看出,随着开采深度的加大,突出强度及瓦斯涌出量明显增大。
实测资料显示,桑树坪煤矿煤层瓦斯压力梯度平均1.15MPa/hm,当采深大于400mm时,煤与瓦斯突出的频度提高,突出强度增大。
例如,采深>415m的4137回风巷掘进过程中,共发生煤与瓦斯突出6次,其中5次突出强度超过200t,最大强度为810t最大瓦斯涌出量为66784m3。
3.2突出强度及瓦斯涌出量与采掘工程类型的关系
表4突出强度及瓦斯涌出量与采掘工程类型的关系
采掘工程类型
突出次数/次
突出强度/t
瓦斯涌出量/m3
平巷
石门
采面
33
3
12
4~810
152.75
41~1100
540.33
3~220
50.83
810~66784
13961.60
2100~42000
23366.67
130~28000
6402.84
从表4中突出次数看,平巷突出量多,占总突出次数的68.8%;采煤工作面突出次之,占总突出次数的25%;石门最少,占总突出次数的6.2%。
但从突出强度看,石门突出强度最大,平巷突出强度次之,采煤工作面突出强度最小。
石门突出强度是采煤工作面突出强度的10.63倍,平巷突出强度是采煤工作面突出强度的3倍。
由此可以看出,桑树坪煤矿巷道发生煤与瓦斯突出的危险性远元大于采煤工作面。
3.3突出强度及瓦斯涌出量与作业方式的关系[换行]从表5中突出次数看,放炮和架棚引发突出并列首位,均占总突出次数的37.5%;采煤机割煤引发突出次之,占总突出次数的18.75%;无作业与打钻引发突出最少。
但从突出强度看,无作业突出强度最大,放炮与架棚突出强度相近,采煤机割煤突出强度最小。
桑树坪煤矿无作业突出和架棚突出强度较大。
研究发现,当煤体结构完整时,放炮使煤体破坏,裂隙增多,有利于瓦斯排放;当煤体结构破坏严重,为碎粉煤,糜棱煤时,放炮使媒体内部裂隙闭合或被煤泥充填,煤层透气孔生变差,不利于瓦斯排放,造成煤层瓦斯含量增大,瓦斯压力升高,当瓦斯压力达到一定程度时,发生煤与瓦斯突出。
因此,可以认为,放炮既有诱导煤与瓦斯突出的作用,又有延缓煤与瓦斯突出的作用。
表5突出强度及瓦斯涌出量与作业方式的关系
作业方式
突出次数/次
突出强度/t
瓦斯涌出量/m3
放炮
采煤机割煤
架棚
打钻
无作业
18
9
18
1
2
14~810
161.61
3~220
45.78
4~610
140.60
77
3~120
671.50
810~28594
8774.22
877~28000
5907.67
1287~66784[换行]12757.33
4766
13969~42000
7984.50
3.4突出强度及瓦斯涌出量与地质构造的关系
表6突出强度及瓦斯涌出量与地质构造的关系
构造类型
突出次数/次
突出强度/t
瓦斯涌出量/m3
断层及层滑构造
褶曲
煤厚变化
无构造
11
5
13
19
30~120
41.73
25~1100
532.60
4~361
114.31
3~810
159.87
820~8900
3710.45
1393~42000
20717.40
877~66784
14053.79
820~49309
13755118
表6显示,在各种构造因素中,褶曲部位煤与瓦斯突出强度最大,在发生的5次突出中,有4次突出强度超过200t,其中+300m轨道石门发生的强度为1100t的煤与瓦斯突出是近年来最强的一次;无构造突出强度排次之;煤厚变化突出强度排第三;断层及层滑构造突出强度最小。
桑树坪煤矿无构造突出强度较大,突出次数较多,其[换行]原因是这类突出多发生在深部或煤体结构破坏严重的部位。
因此,可以认为,桑树坪煤矿煤与瓦斯突出与地质构造联系密切,但在采深>400m及煤体结构破坏严重的无构造部位,煤与瓦斯突出的危险性依然很大。
3.5突出强度及瓦斯涌出预兆的关系
表7突出强度及瓦斯涌出量与突出预兆的关系
突出预兆
突出次数/次
突出强度/t
瓦斯涌出量/m3
响煤炮
片帮、掉碴
煤结构紊乱
顶板来压
喷顶夹钻
瓦斯异常
瓦斯忽大忽小
无预兆
30
11
15
3
5
3
3
6
4~549
159.87
4~549
207.07
3~220[换行]45.60
25~480
180.33
3~243
71.20
4~549
108.25
5~360
128.67
25~1100
246
820~66784
11993.13
1929~49.309
13755.18
820~28000
4648.8
1596~26000
10457
877~13969
5707.80
2481~49309
19569
1393~11483
5852
810~4200
9620.83
由表7可以看出,87.5%的煤与瓦斯突出有突出预兆,并且突出预兆的种类及特征与突出强度和突出时间有密切联系;当有响煤炮、片帮掉碴、顶板来压及瓦斯异常等预兆时,突出强度较大;煤炮声为单个,由远而近,强度由小到大,突出可以有在数小时后发生,突出强度较大;煤炮声为群炮,频率很高,强度很大,突出很快就要发生;当瓦斯异常或瓦斯忽大忽小,且有煤尘及瓦斯冷风出现时,突出可能在数秒或数分钟内立刻发生;突出预兆种类越多,突出发生的时间越近;突出预兆越提前,越明显,突出强度就越大。
因此,掌握突出预兆的种类及特征,对煤与瓦斯突出预测,防止突出造成人身伤亡事故,具有重要的现实意义。
4结论
通过对桑树坪煤矿近6年来48次煤与瓦斯突出进行分析,可初步得出如下结论:
(1)桑树坪煤矿75%的煤与瓦斯突出为以地应力为主导的煤与瓦斯压出,突出强度一般<100t。
(2)各种巷道掘进中发生的煤与瓦斯突出强度大、频度高、危害严重;工作面采过程中发生的煤与瓦斯突出多为小型压出。
(3)放炮突出和炮后延期突出的强度和频度均较高,说明放炮既有诱导煤与瓦斯突出的作用,又有延缓煤与瓦斯突出的作用。
(4)褶曲构造、煤厚变化是影响煤与瓦斯突出的重要因素,但当采深超过400m时静压力成为煤与瓦斯突出的重要影响因素。
(5)绝大多数煤与瓦斯突出发生之前有预兆出现,预兆的种类、特征与突出强度、突出时间密切相关。
当有响煤炮、顶板来压、片帮掉碴及瓦斯异常等预兆中的2种以上同时出现时,发生突出的强度大。
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