鹤壁六矿地质动力区划及瓦斯灾害预测研究

2016-08-22刘玉鼎

地球 2016年3期

关键词：鹤壁区划断裂带

■　刘玉鼎

（兖州煤业股份有限公司杨村煤矿准备工区山东邹城272118）

鹤壁六矿地质动力区划及瓦斯灾害预测研究

■刘玉鼎

（兖州煤业股份有限公司杨村煤矿准备工区山东邹城272118）

地质动力区划主要用于矿井动力现象的预测研究。书中以板块构造学为基础，以地质构造运动和岩体应力状态分析为主线，系统地论述了地质动力区划的原理和方法。编制了中国一级地质动力区划图，介绍了地质动力区划在煤矿中的应用。地质动力区划对煤矿的区域性地震灾害的预测、大型工程设施的稳定性评价和动力现象预测与提供了科学依据和可行的方法。开辟了矿井动力现象预测和工程稳定性评价研究的新方向。

区域构造煤与瓦斯突出影响分析检验的运用

1　矿井概况

鹤壁矿区地处河南省北部，北纬35°26′00〃—36°02′54〃，东径113°59′23〃—114°45′12〃。东与安阳市的内黄、滑县连接，南与新乡市的延津县、卫辉市毗邻，西邻安阳市的林州市，北接安阳市的安阳县、汤阴县。现辖三区（淇滨区、山城区、鹤山区）、两县（浚县、淇县），全市14面积2182平方公里。京广铁路、107国道、京珠高速公路、鹤濮高速公路、壶台公路从境内中部穿过，交通非常方便。（图1）。

图1　鹤壁六矿交通位置图

图2　鹤壁阶地和凹地剖面图

2　矿区断块的划分

2.1区域构造的特点

表1　21101采区突出概况

通过运用地质动力区划的方法，对矿区区域构造形式进行了初步分析，得出了鹤壁煤田的构造是典型的弧形与人字型的构造形式。在东西走向处于构造凹地区域，凹地的宽度大约为80 km，在南北走向处在平原和河南西部山区的交界处位置，在南北走向形成了三级阶地，一级阶地是太行山脉 (1876m)，二级阶地是鸡冠山区(857m)，三级阶地华北平原 (126m)（图2）。通过分析鹤壁矿区的卫星照片，能看到南北走向具有台阶式结构，台阶穿过东西走向凹地的中心，从鹤壁矿区的附近通过。所以矿区处在了断裂带的影响区域。通常凹地属于拉伸区。鹤壁矿区处于凹地与阶地的相交区域，处在断裂带的变形影响区内。鹤壁煤田的高瓦斯含量与高应力的地质背景由此而来，这些是预测鹤壁煤田的煤与瓦斯突出和检测其应力状态是非常重要的因素。

2.2地质动力区划确定的活动断裂对煤与瓦斯突出影响分析

2.2.1Ⅲ-2断裂对煤与瓦斯突出影响分析

在Ⅲ-2断裂影响区域一共发生了12次突出，突出煤量在120t以上的共有3次。因其活动性比较强，就使得煤与瓦斯突出的强度与次数都很大。Ⅲ-2断裂影响区发生的突出情况见表1。

2.2.2断裂交汇对煤与瓦斯突出影响分析

此区域共发生突出9次，这当中有3次煤的突出量多于142t(表2)。根据图3可以看出，在断裂Ⅳ-7与Ⅴ-3的交汇部分发生了2次突出；在Ⅳ-7与Ⅴ-12断裂带的交汇部分发生了3次突出；在Ⅴ-3与Ⅴ-12断裂带之间发生了4次突出。通过动力区划方法，在1：5万的地形图上确定出了一条具有很强活动性的断裂带Ⅳ-7。这块区域发生的绝大部分突出现象，基本是来自于Ⅳ-7断裂带的影响，Ⅳ-7、Ⅴ-3和Ⅴ-12这三个断裂带的交汇更是增加了煤与瓦斯突出的次数和强度。

经过上述分析，得知煤与地质动力区划方法和瓦斯突出的发生，这两部分对于确定活动断裂带有着很大的联系。断裂带附近经常发生煤与瓦斯突出，尤其是多个断裂带的交汇部位更是突出的频发地带。大体来看，突出的强度与次数和断裂的活动性呈正相关系。Ⅲ级的断裂带与Ⅳ级的断裂带比Ⅴ级的断裂带有更强的活动性，所以它的附近发生突出的强度更大，次数更多。通过图中已经标注出的27次瓦斯突出，当中有23次是位于断裂带影响区或者是位于断裂带交汇部位，占总数的85.1%。

表2　断裂交汇处瓦斯突出

图3　21101突出区域位于多个断裂影响区及其交汇部位附近

3　瓦斯参数的影响因素及分布规律研究

根据现有确定的资料和已知采煤工作面的相对瓦斯涌出量这两部分因素求出的矿井瓦斯含量，又加上河南理工大学的瓦斯地质图，通过回归计算分析，我们绘制出了鹤壁矿区的瓦斯含量等值线图(见图4)。

在使用了煤与瓦斯突出多因素模式之后，通过运用识别概率的预测方法，掌握了鹤壁六矿二1煤层的分单元概率预测，找出了煤与瓦斯突出的安全区、威胁区和危险区。通过得出突出危险性概率值的分析统计结果，求出了鹤壁六矿二1煤层深部区域的突出危险性概率的最大值是0.81，最小值是0.16，井田东部的高应力区存在最大值，井田西部的低应力区存在最小值。

4　预测结果的使用检验

图4　鹤壁六矿二1煤层瓦斯含量等值线图

通过对全部井田的预测，检验结果大致分为了3个部分，第一部分是煤层浅部的安全区、第二部分是中部的突出威胁区、第三部分是深部的突出危险区。课题完成至2008年，发生了三次突出。（1）矿井3402工作面下顺槽-365m标高于2006年3月6日发生了一次突出，煤体整外移平均达4m，推翻一架叉子棚，煤体暴露面呈整体，裂隙较为发育的整体块状煤，自然坍塌角45o，面煤较少，巷道帮壁，顶梁均无突出的煤尘，浮煤清理完后，窝头暴露出，岩石顶板倾角约40o，支架下帮沿柱头向柱根方向破岩约0.8m，沿棚梁方向约0.5m，上帮梁头以上空0.9m到顶板，上帮空帮0.8m，向前空1.5m。（2）3105下顺槽-431.4m标高2006年3月17日，发生一次突出。煤体整体外移30多吨，煤体有光泽，靠近顶部1米强度较低，手捏煤体易粉碎为面状小颗料，下部较硬，手捏煤体不易粉碎；浮煤清理完后，窝头暴露出，岩石顶板倾角约12o，巷中到上帮顶板脱落一层0.6米厚岩石，支架下帮梁头见顶板岩石，上帮梁头以上空0.3m到顶板，上帮空帮0.8m，向前空3.8m(破碎煤)。（3）2008年10 月13日22时41分，六矿21431综采工作面发生煤与瓦斯突出事故，突出煤量约400t，瓦斯量51583m3。三次突出地点均位于模式识别确定的有危险的突出区域。通过结果我们可以看出来，这种使用检验的预测结对矿井处理煤与瓦斯防治突出的工作起到了很好的指导作用。