屯兰井田瓦斯地质规律研究及防治技术探讨

焦治平，冀学宏

(西山煤电(集团)公司屯兰矿，山西 古交 030206)

·问题探讨·

屯兰井田瓦斯地质规律研究及防治技术探讨

焦治平，冀学宏

(西山煤电(集团)公司屯兰矿，山西 古交 030206)

介绍了屯兰井田内地质构造的发育规律，对煤层赋存规律和构造规律进行了分析，预测出瓦斯动力现象的分布区域，提出瓦斯综合防治技术。

瓦斯;突出;地质规律;防治

我国瓦斯地质学科重要创始人河南理工大学瓦斯地质研究所所长张子敏教授说“瓦斯地质理论是瓦斯治理最重要的基础”，瓦斯地质学中对瓦斯的定义:“瓦斯是煤在地质历史演化过程中形成的气体地质体，它储存在煤层及其围岩中，受地质条件控制，存在明显的规律性。”《中国煤层瓦斯分布特征》提出:几乎所有的煤与瓦斯突出都间接或直接地与地质构造有关，煤与瓦斯突出动力灾害主要发生在构造复杂区和构造煤发育区。对于生产矿井而言，研究矿井、采区、采面的瓦斯地质规律，只有厘清了瓦斯地质规律，瓦斯涌出量预测、煤与瓦斯突出危险性预测、瓦斯抽采率预测、瓦斯的综合治理等工作才能做到有的放矢。因此，存在突出危险的矿井应重视瓦斯地质规律的分析研究，要充分认识到其规律性对煤矿安全生产的现实意义。通过对屯兰井田煤层赋存规律和构造规律分析，预测出瓦斯动力现象的分布区域，初步总结出屯兰井田瓦斯赋存和分布规律，并为矿井的瓦斯综合治理提供参考依据。

1 矿井瓦斯地质概况

屯兰矿地处西山煤田的西北部，矿井2011年产量300万t，绝对瓦斯涌出量207.05 m3/min，相对涌出量34.04 m3/t。2011年矿井瓦斯等级鉴定为瓦斯突出矿井，地层走向北西30°～60°，倾向南西，倾角5°～10°，呈一由北东向南西倾伏的波浪状单斜构造，地质储量10.28 亿 t，可采储量 6.28 亿 t。

2 矿井地质特征

1.1 煤层及煤质

本区煤系地层为山西组和太原组，含煤层13层，主要开采二叠系下统山西组的2+3号煤层和石炭系上统太原组的8号、9号煤层。2+3号煤厚1.47～5.22 m，平均3.27 m;8 号煤厚 1.15 ～5.81 m，平均3.45 m，9 号煤厚 0.43 ～2.88 m，平均 1.65 m，全区稳定可采。各煤层煤质变化规律明显，纵向上自上而下变质程度逐渐加深，横向上自西北向东南变质逐渐加深，煤种由肥煤、焦煤到瘦煤依次排列。

1.2 井田构造

屯兰井田褶曲不发育，比较明显的有西部边缘的鲜则背斜、元家山向斜和东南部的东大岭向斜。断层较多，断距5 m以上者66条，最大断距达180 m，北东35°～65°者居多，占2/3，区内断层均有明显的规律性，以成组出现为其特点，带有压扭性质，均属高角度正断层，构造纲要图见图1。

1.3 地质力学分析

西山煤田的地质构造属新华夏系次一级多字型构造盆地的一部分，屯兰井田受南北向一对力偶作用，产生压性结构面—北北东向的褶曲:鲜则背斜、元家山向斜和东南部的东大岭向斜显示了这一特征。与此同时产生了一对北东50°和北西35°的X节理，它们应属第一序次构造。区内近70条断层，断层走向以北东35°～65°者居多，为本区主要断层走向，断层面一般紧闭，摩擦镜面、擦痕和断层透镜体常见，从结构面上的很多现象观察，充分显示了压性特征，封闭性较好，北东向的压扭性断层如风坪岭断层、古交断层、头南峁断层、土地沟断层等这些大断裂的产生应属第二次序构造。从节理统计看，主要有两组，一组北东50°，另一组北西35°，且两组节理发育程度不同，前者发育密集，后者比较稀疏，节理面平直而紧闭，应为一对共轭扭性裂面。

图1 屯兰井田构造纲要图

3 地质因素对瓦斯赋存规律的影响及预测

1)随着开采深度的增加，突出的危险性增大，屯兰井田内地势西南高，东北低，最高处在大东磨上附近，标高1 400 m，最低处在古交附近汾河河床，标高970 m，以2+3、8号煤层为例，煤层底板标高分别为560～920 m、480～840 m，2+3号煤开采深度为68～732 m，8号煤开采深度为146～821 m，呈现埋藏深度由东北向西南逐渐增厚，从近年来开采情况分析，东北部的北一盘区为无突出危险区，向西南瓦斯压力和瓦斯含量明显增大，与瓦斯赋存规律吻合，即煤层埋深是影响瓦斯含量和涌出量的主控因素，可进一步推测井田内西南部的南四、南五、南七盘区存在瓦斯突出危险性。

2)突出多发生在地质构造附近，如断层、褶曲，90%以上的突出发生在向斜轴部、扭转地带、断层和褶曲附近。屯兰井田内横穿于南四、南五盘区中部的东大岭向斜轴部，由于受南北向挤压作用，产生压性结构面，煤体遭受破坏，煤层厚度较厚，区域内3～8 m的断层发育，属于应力集中区，可确定为瓦斯突出的危险区，该区域内12503工作面已回采，采前12503顺槽施工过程中多次出现瓦斯超限及小型突出现象，也验证了东大岭向斜轴部，断层发肓，煤层疏软，存在明显的瓦斯动力现象。12503工作面(掘进期间)瓦斯异常涌出区域图见图2。12503顺槽掘进接近向斜轴部时瓦斯突出统计见表1。

图2 12503工作面瓦斯小型突出区域图

表1 12503顺槽掘进接近向斜轴部时瓦斯突出统计

4 瓦斯综合防治技术探讨

根据国内外统计资料，突出地点仅占采掘面积的7%～15%。如果不加区别地把所有的地点都按突出区域对待，将严重制约矿井生产能力的发挥。瓦斯地质学的理论来源于生产实践，只有摸清矿井瓦斯地质规律，才能厘清瓦斯赋存和煤与瓦斯突出危险性的分区和分带特征。《防治煤与瓦斯突出规定》中，区域预测一般采用瓦斯地质分析结合瓦斯参数测定的方法。而其综合治理应以区域性“四位一体”为主(即突出危险性预测、区域性防治措施、区域性效果检验和区域性验证)，局部“四位一体”为辅的瓦斯治理技术体系。

目前，屯兰矿瓦斯抽采治理方法主要有上邻近层瓦斯抽采本煤层瓦斯抽采、下邻近层瓦斯抽采、采空区抽采及地面钻孔抽采等，危险区域实施保护层开采。这些方法的应用，一定程度解决了生产中的棘手问题，但也存在一些局限性，如对煤层中瓦斯赋存规定只有概况性认识，受地质构造、特殊地质条件影响的煤层瓦斯赋存规律不清楚，井田内反应煤层突出危险性大小的实测煤层瓦斯压力数据较少，瓦斯抽放的针对性不强，对基础参数的测定、收集整理不够重视等，均不同程度地制约了瓦斯的综合治理的发展。

解决瓦斯与安全生产矛盾的根本途径，必须从基础入手，才能保证综合治理的主动地位。而其防治技术必须遵循以下规律:

1)建立瓦斯治理的纲领性文件，即瓦斯治理中长期规划，编制完成后，矿井的采掘部署，工作面接替的调整都应围绕瓦斯中长期规划开展，才能够为未来采区的瓦斯治理提供时间和空间保障。

2)高度重视基础资料的收集，实际工作中能够直观系统反应瓦斯赋存规律的，主要依据瓦斯压力和瓦斯含量作为最重要的预测指标来判定区域范围内是否具有突出危险性。而瓦斯地质图是研究和揭示瓦斯地质规律以指导瓦斯预测和防灾减灾的基础性图件，有了这些图件，才能使瓦斯地质资料得到高度集中并不断积累、补充和完善。

3)与科研院所合作，开展煤层裂隙的收集整理、调查研究。

煤层中裂隙(节理或断层)对煤层瓦斯的生储、聚集及抽采起着直接或间接的控制作用。通过对屯兰2#、8#煤层破坏类型进行观察，煤体多为亮煤或半亮煤，煤块层理结构明显，通常伴生有大量次生节理端面，无构造影响段煤体硬度较大，而在构造影响区域，煤体硬度低，呈碎片状，其原生结构已不存在，用手可捻成粉末，不难确定煤体破坏带，突出危险性高出正常区域。屯兰井田内北北东向的断层及煤层裂隙的发育，不难发现瓦斯抽采钻孔的布置，在充分考虑煤层中主节理及构造方向后，抽采效果将更为有效可靠。

4)开展掘进工作面水力超前卸压和采煤工作面煤层注水。

屯兰井田内煤层顶底板多为泥岩，砂质泥岩或细砂岩、泥岩互层，煤层的透气性差，属于难抽放煤层，且具有煤尘爆炸危险性，采用高压注水可压裂煤体，湿润煤体，改变煤体的力学性质，达到快速释放瓦斯的效果。注水设备可选用专用注水泵，必须有泄压阀，注水孔可选用已布置的抽采钻孔，孔间距为3 m/个，注水压力为3～5 MPa，瞬时压力可达10 MPa以上，选择利用瓦斯抽采钻孔注水，需解决好封孔及注水过程中工作面渗漏水，并开展效果检验。

5 结论

屯兰井田内南四、南五盘区沿东大岭向斜轴部将是近期区域防突的重点;古交断层、土地沟断层、王芝茂断层控制着瓦斯的赋存，井田内的北一盘区埋藏浅，陷落柱发育，不利于煤层瓦斯的保存。总之，瓦斯地质规律研究是瓦斯预测、治理的基础，随着综合治理技术体系的形成与井上井下瓦斯治理模式相结合，不断完善瓦斯地质图，瓦斯地质规律将会越来越清晰，治理的效果也会得到不断的检验。

［1］ 张子敏.瓦斯地质学［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2009:112－115.

Gas Geology Rule Research and Prevention and Control Technology in Tunlan Field

Jiao Zhi－ping，Ji Xue－hong

Introduces the development regularity of geological structure in Tunlan field，the occurrence regularity and the structure rule of coal seam was analyzed，and the distribution area of gas power phenomenon was predicted，puts forward the gas comprehensive prevention and control technology.

Gas;Outstanding;Geological law;Prevention and control

TD713

A

1672－0652(2012)08－0049－03

2012－07－29

焦治平(1968—)，男，山西临猗人，1993年毕业于山西矿业学院，工程师，主要从事煤矿生产技术管理工作(E －mail)depkjzp@163.com