地质动力区划方法在预测煤与瓦斯突出情况的应用

李享

摘 要:我国是产煤大国,煤炭作为战略资源在我国经济发展与社会发展中占有极为重要的作用,随着社会的不断进步,煤炭开采规模不断扩大,开采技术和开采深度不断发展,使得我国煤与瓦斯突出事故日益严峻。这些问题不但给国家和人民造成了严重的经济损失,同时也严重威胁着每一位煤矿员工的生命。因此煤与瓦斯突出预测与预防就显得尤为重要。本文通过对煤与瓦斯突出形成的原因,从而了解地质动力区划方法在预测煤与瓦斯突出情况的具体应用。

关键词:煤与瓦斯突出地质动力区划应用

中图分类号:TD712.7 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(c)-0074-01

地球板块构造运动是地表地形地貌形成的根本原因,而活动断裂的形成是构造运动的具体表现,人类世界发生的地震,海啸等严重自然灾害都和地球板块运动有着必然的联系。矿山工程作为人类挖掘千米的地表工程,自然会受到板块运动及构造运动的影响,产生地质效应。这也说明煤矿业与地质与构造运动关系密切,尤其对煤与瓦斯突出有着重要影响；使得地质动力区划方法煤与瓦斯突出中得到成功应用。

1煤与瓦斯突出的定义及其形成的主要原因

煤与瓦斯突出指的是煤矿区内破碎的煤与瓦斯在外在的压力作用下使煤炭内部结构发生变化突然向工作区域喷发和涌入巨量的煤与瓦斯流的一种破坏现象。作为煤矿井内的一种自然灾害,它不但能破坏巷道,摧毁仪器设备,还会使人窒息,严重的会引起煤矿内瓦斯爆炸造成无法预测的后果。

煤与瓦斯突出形成的原因主要有两个方面；一个是客观因素,也就是我们常说的由于地质断层、地质结构运动、地球转速、月球引力还有板块漂移等自然因素。二是煤矿开采技术因素,包括开采的方法,回采的方向,煤矿挖掘时的爆破等等。同时这两种因素并不是独立存在的,他们是相对统一的,一方面由于地壳板块不断的漂移运动,导致地壳当中各级断层的消亡与再生活动,另一方面由于由于地壳变动迫使岩石发生变形,从而使大量的应变力积聚在地壳中,由于人类进行的各类地下挖掘工程例如煤矿开采过程中的大量作业正好为积聚在地壳中的应变力提供了释放的空间,进而产生煤与瓦斯突出等矿井动力现象。

大量实践证明煤与瓦斯突出是煤炭,瓦斯,以及地应力三者相互作用的结果,而地应力是煤与瓦斯突出产生的必要条件,这说明地质动力区划是预测煤与瓦斯突出情况的一个重要途径。

2地质动力区划方法定义

地质动力是指地球表面或内部发生的各种结构运动,及其产生的各种作用和影响。它是对整个地球地质构造运动进行研究,地质动力与地貌动力共同作用改变地球地形地貌。

地质动力区划方法的定义:地质动力区划是地质动力学的一个新兴的分支学科,在20世纪80年代由俄罗斯地质力学和矿山研究测量院的学者巴图金娜和佩雷霍夫首先提出,后来进过几十年的发展和完善逐渐形成理论。它通过对地形地貌、地理构造、河流水系等基本形态及具体特征的分析,通过与地壳动力运动及卫星照片等资料相对比,确定并研究地质断裂的形成以及各级断块之间的相互影响。以断块为模型,利用地应力测量等各种手段确定岩体应力的各种状态,为人类从事的各项工程活动提供有效的地质信息和预测工程中可能出现的地质动力效应。地质动力区划是集地质,测量,力学,地震学等为一体的交叉学科,特别是在煤炭开采方面,地质动力区划方法已经在我国关于预测和研究煤与瓦斯突出问题中得到了成功的应用。

地质动力区划的基本原理:(1)在地壳运动开始前的,地球表面由于地貌动力被夷平,现在的地貌是地球内在动力与外在动力共同作用的结果。(2)现在的地球板块运动是以水平运动为主,垂直运动是地壳水平运动的另一种表现。地球表面的高低起伏是板块运动的结果。(3)断裂的形成就有时空上的断续性、统一性。一次大的断裂带形成之前,总会有多处小断裂,而断裂的交接碰撞处是高应力区。

各级断块依据的原则.(1)地球表面的高地是受到地貌动力最小的区域,常常有可能是某一时期水平面上的山脉残体。在区域划分是这个点常常作为标点被采用。(2)根据地貌地形的特点来划分各级断块,由于地壳运动,原来的高山部分变为湖泊,森林变成海洋处于不同的水平线上,这些都可以作为断块移动的特征。

突出点分布和各级断裂的关系,煤与瓦斯突出原因比较复杂,大量事实证明煤与瓦斯突出与地质断裂带关系密切,较多的集中在构造运动区域,随着开采规模和强度的增加,煤与瓦斯突出的区域有增强的趋势。

3地质动力区划方法在预测煤与瓦斯突出中的应用

地质动力区划方法对煤与瓦斯突出区域地质构造形式的确定,地壳的区域构造形式是以板块构造为基础理论,采用绘图法、趋势面法、分形几何等分析方法从宏观到微观的确定区域构造的具体形式,并对此进行评估分析。通过对地质构造区域性质与活动范围的研究来确定其对煤与瓦斯突出的影响,有利于建立相关的地质构造模型。

地质动力区划方法与岩体应力测量:岩体应力是煤与瓦斯突出发生的重要影响因素之一。目前人类确定岩体应力的方法有很多,广泛采用的方法就是地应力的测量。通过对矿井内地应力的测量,确定应力场的各种具体情况,为下一步岩体应力的计算提供基础数据。由于岩体本身的复杂性和形态的多变性,岩体应力的计算相对来说难度较大,我们根据岩体结构、区域构造等的状态分析,采用多种分析方法和技术,建立区域预测动态分析模型。用数学研究的方法划分危险区域,从而完成对煤与瓦斯突出的预测。

地质动力区划方法在煤与瓦斯突出区域管理系统的应用:煤与瓦斯突出区域预测由于涉及的因素比较多,同时又涉及大量的图纸,声音,影像等多类信息资料,现在的煤与瓦斯突出管理系统是在采用GIS(地理信息系统)技术的基础上对矿井的地质构造,煤体结构以及地应力在煤与瓦斯突出中的影响等进行研究。同时应用多种技术手段和方法进行科学的,多角度的预测管理使煤与瓦斯突出区域问题及时得到有效的预防及控制

煤与瓦斯突出区域的预测:进行区域预测的目的是划定矿区内可能发生危险的,指导工作人员在危险区域内进行检测和做好防护措施,确保矿区安全。煤与瓦斯突出的主要影响因素有地应力,瓦斯压力及煤炭自身的物理性质变化。

4结论

地质动力区划方法是一门新兴的交叉学科,由于矿井技术的不断发展,人们的进行的地底挖掘活动已经深入地下千米,势必影响到地壳运动应力。地质动力区划方法为人类解决采矿技术与自然环境因素之间的冲突提供了新的途径,同时将GIS技术应用在预测煤与瓦斯突出区域的研究过程将更有利于煤与瓦斯突出预测的科学化和多维化发展。

参考文献

[1] 蒲文龙,张宏伟,郭守泉.地质动力区划法在预测矿井动力现象中的应用[J]. 矿山压力与顶板管理,2004(04)；96～97.

[2] 徐学峰,张宏伟,陈学华.地质动力区划在煤与瓦斯突出研究中的应用[J].辽宁工程科技大学学报,2003(22)；26～27.