河南省某矿可采煤层的区域突出危险性预测

郭喜庄



河南省某矿可采煤层的区域突出危险性预测

郭喜庄

（河南省地质矿产勘查开发局第三地质矿产调查院，河南信阳 464000）

河南省某煤矿目前处在普查阶段，尚未进行开采，针对可采煤层开展区域突出危险性预测，可发现突出危险煤层，指导未来煤矿安全生产。根据突出危险区划理论，针对河南省某煤矿可采煤层区域突出危险性预测。首先计算可采煤层发生突出瓦斯压力最小值Pmin及其对应的煤层瓦斯含量W0，按照以安全为基础，同时考虑矿井生产实际情况的原则，选择煤层瓦斯含量指标作为区域划分的指标：当煤层瓦斯含量W＜W0时，才能划为无突出危险区，否则就划为突出危险区。结果表明，该区的可采煤层二1、二2均为突出危险煤层，一3为无突出危险煤层，为突出防治工作提供了指导作用。

煤层；瓦斯突出；区域性；河南

煤与瓦斯突出是煤炭企业生产过程中常见的事故灾害，随着开采深度的增加，这种事故灾害的危险性越来越大[1-2]。为了加强煤与瓦斯突出防治工作，有效预防煤矿突出事故，保障煤矿职工生命安全，国家安全生产监督管理局颁布了《防治煤与瓦斯突出规定》。前人依照突出危险区域划分理论，采用不同的区域划分指标对不同煤层进行了煤与瓦斯突出区域预测和划分，为煤矿的瓦斯突出灾害治理提供了指导作用[3-7]。通过现场测定煤层瓦斯基础参数（瓦斯压力和瓦斯含量），观察煤体破坏类型、取样分析瓦斯放散初速度、煤层坚固性系数值及其他相关的突出危险指标，本文针对河南省某煤矿的可采煤层进行区域突出危险性预测并相应作出煤层突出危险区域的划分。

1 突出危险性区域划分原则

《防治煤与瓦斯突出规定》是关于煤矿勘查和生产过程中关于防治煤与瓦斯突出的纲领性规定。

《规定》指出：突出矿井应当对突出煤层进行区域突出危险性预测，经区域预测后，突出煤层划分为突出危险区和无突出危险区；煤与瓦斯突出危险区域的划分应以实际发生的突出现象以及突出区域预测单项指标和综合指标为依据。

《防治煤与瓦斯突出规定》第十三条规定，当动力现象特征不明显或没有动力现象时，应当根据实际测定的煤层最大瓦斯压力、软分层煤的破坏类型、煤的瓦斯放散初速度Δ和煤的坚固性系数等指标鉴定。全部指标均达到或者超过表1所列的临界值的，确定为突出煤层。

根据已开采区域确切掌握的煤层赋存特征、地质构造条件、突出分布的规律和对预测区域煤层构造的探测、预测结果，采用瓦斯地质分析的方法划分突出危险区域。若缺少煤层瓦斯压力资料，也可根据煤层瓦斯含量进行预测，预测所依据的临界值应由试验确定，在确定前可暂按表1预测。

表1 突出煤层鉴定的单项指标临界值

2 地质背景

2.1 地层

工作区大地构造位置位于中朝准地台鲁西隆起西部边缘的台前—范县含煤区中部，往西为华北坳陷区，二者之间为著名的聊兰大断裂。地层分区属华北区华北平原分区豫北小区。工作区为第四系全覆盖区，根据钻孔验证，结合邻区地质情况，白衣阁一带地层主要特征自下而上分述如下：

1）奥陶系（O）：见中统马家沟组（O2）：为一套浅灰色、灰色夹褐色的中厚层状灰岩、白云质灰岩，局部夹多层黄灰色的泥质灰岩、灰绿色泥岩及深灰色粉砂岩等。灰岩多见溶洞及溶蚀现象，裂隙较发育，多数被方解石充填，为煤系地层的主要充水含水层。区域上最大厚度可达800m左右。

2）石炭系C：石炭系主要见上统太原组（C2）和本溪组（C2）。

上统本溪组（C2）：区域厚度10～30m，为一套海陆交互相沉积，由灰色泥岩、石灰岩、砂岩、铝质泥岩等组成。与下伏奥陶系中统马家沟灰岩呈平行不整合接触。

上统太原组（C2）：厚度150～220m，为一套较为典型的海陆交互相沉积地层，岩性为一套由石灰岩（8层）、细粒砂岩、砂质泥岩、泥岩夹煤层（10层）交替沉积组合而成地层。与下伏本溪组地层连续沉积，整合式接触。

3）二迭系（P）：二迭系地层主要见下统山西组（P1）和下石盒子组（P1）。

山西组（P1）：该组地层为一套过渡相沉积地层，含主煤层二1煤和厚煤层二2煤，厚度70～95m。与下伏太原组地层呈连续接触。

下石盒子组（P1） ：厚度195～444m，但该区出露不全，由暗紫红色、紫红色及少量的灰绿色、褐黄色砂质泥岩、泥岩，并夹多层中砂岩、细砂岩组成。与下伏山西组地层呈整合接触关系。

4）新近系（N）：新近系控制厚度约970～1000m，岩性以粘土和砂质粘土为主，半固结状态，夹较多粉砂和细砂层。中下部含较多砾石，以及钙质、铁锰质结核等。与下伏地层呈角度不整合接触。

5）第四系（Q）：控制厚度约118～250m。岩性主要由黄土、粘土、砂质粘土夹细砂组成，质地松软、松散，粘土具有可塑性，局部含砾石；下部夹有杂色砂砾层。

2.2 构造

工作区为新生界全掩盖区，对构造形态的分析、认识只能靠地震资料和钻探工程的直接揭露。从地震资料图件上分析，本区基岩以F9、F10断裂为界，自西向东呈依次抬升的阶梯状分布格局，而在每一阶梯上构造都比较简单，褶皱上表现为单斜构造，断裂上表现为近南北向的正断层较发育。

1）褶皱构造：二1煤层底板等高线平面图显示，二1煤层主要分布在断层F10与F9断层之间，两大断层间二1煤层构造形态较为简单，为一走向近东西、倾向南略偏西的单斜构造。钻孔统计倾角表明单斜构造地层产状较缓，为缓倾斜地层。

二1煤层在白衣阁断层以西埋深加大，超过2 000m。在F9断层以东煤系地层抬升较高，基本剥蚀殆尽。

2）断裂构造：根据二维地震资料解释，区内断裂主要见F10断裂及F9断裂。

F9 断裂：位于区内中部，向北延伸则偏向东部，其走向从南至北，由NE30°转NE45°，倾向北西，倾角47°～60°，北西盘下降，南东盘抬升，为一正断层，落差较大，约大于200m。有三个断点控制，地震剖面显示清晰，依据充分可靠，此断层将构成预查区东部边界。区内延伸长度大于10km。

F10 断裂：位于工作区的西部，走向近SN约8°，倾向NNW，倾角较大，北西盘下降，南东盘抬升，落差、延伸均很大。断层以西二1煤层埋深加大，超过2 000m，此断层将构成预查区或煤矿区（井田）的西部边界。

2.3可采煤层

1）二2煤层：见煤厚度3.38m，有一层夹矸，其结构2.78（0.22）0.38，上距大占砂岩K1标志层3.45m，上距砂锅窑砂岩K2标志层57.25m。二2与二1煤层间距9.03m。煤质特征见表2。

表2 煤质特征表

2） 二1煤层：位于二迭系下统山西组地层之中。ZK3601孔二1煤层厚2.78=2.26（0.19）0.33m，夹矸1层，结构较简单，属稳定煤层。上距砂锅窑砂岩（K2）65.40m，上距大占砂岩（K1）17.30m，间夹些砂质泥岩，距本组底老君堂砂岩（SL）之底13.62m。ZK001孔二1煤层0.46= 0.36（0.02）0.08m，大占砂岩（K1）为直接顶，未见砂锅窑砂岩（K2）；老君堂砂岩（SL）为直接底，距老君堂砂岩（SL）之底11.38m。ZK4001孔二1煤厚4.12m，无夹矸，上距砂锅砂岩69.68m，距大占砂岩15.86m。下距老君堂砂岩之底8.10m。

表3 煤层发生突出瓦斯压力最小值计算结果

3）一3煤层：位于下部灰岩段的下部，直接顶板就是区域上的标志层L2下灰。该煤层相当稳定，区域上均很发育，厚度0.90～2.47m，无夹矸，结构简单，层位稳定、厚度较稳定，上距一4煤层20.72m，下距太原组之底25.44m和21.85m，底板是灰、灰黑色的富含根化石的泥岩。

3 区域突出危险性预测

发生瓦斯突出时的瓦斯压力最小值用min=A（0.1+B） 估算，式中：min为煤层发生突出时瓦斯压力最小值，单位：Mpa；为煤层软分层的坚固性系数；为煤层软分层的挥发分，%；A、B为统计常数，根据国内26个矿井始突深度位置的统计资料，A=5，B=0.017。将本区可采煤层的相关参数代入前式，计算结果见表3。

由表3可知，本区可采煤层发生突出瓦斯压力最小值min=1.87Mpa，对应的煤层瓦斯含量为1.398m3/t。

按照以安全为基础，同时考虑矿井生产实际情况的原则，选择煤层瓦斯含量指标作为区域划分的指标：当煤层瓦斯含量＜1.398m3/t时，才能划为无突出危险区，否则就划为突出危险区。

计算和分析表明，本区的可采煤层一3为无突出危险煤层；二1、二2均为突出危险煤层。

4 结论

本区的可采煤层一3为无突出危险煤层；二1、二2均为突出危险煤层。矿山生产时需加强前期探测和预防，以免造成事故。

参考文献:

[1] 张安华，煤层突出危险区域的划分[J].现代矿业，2012，27（9）：130～132.

[2] 刘水文.含瓦斯煤蠕变力学特性实验及理论研究[D]. 北京：中国矿业大学，2010.

[3] 邓奇根，刘明举，刘彦伟，等. 二道岭矿区煤层煤与瓦斯突出区域预测[J]. 煤炭科学技术，2011，39（10）:117～121

[4] 蔡毅，蒲家全，李秋林. 煤层突出危险性鉴定指标分析[J]. 矿业安全与环保， 2011，38（4）:87～88，92.

[5] 柴永兴，王海锋. 煤与瓦斯突出危险区域划分研究[J]. 煤炭技术，2006，25（6）：81～83.

[6] 周宗保.平禹四矿煤与瓦斯突出危险区域划分[J]. 煤， 2007，16（10）:42～43

[7] 徐浩，李希建，陈守坤. 青龙一采区M16煤层突出危险区域预测及划分[J]. 煤炭技术，2010，29（2）:86～89.

Regional Prediction Methods for the Danger of Coal Outburst in Henan

GUO Xi-zhuang

（The Third Institute of Geological Survey, Henan Bureau of Geology and Mineral Resources, Xinyang, Henan 464000）

This paper calculates the regional outburst danger of the minable coal seams in a coal mine in Henan Province based on the division theory of outburst danger. The minimum gas outburst pressurePand gas contentWare calculated. Gas outburst danger zone is characterized by＜W. From this calculation it is concluded that the minable seamsⅡ1and Ⅱ2in this area are outburst danger seams, andⅠ3isn’t outburst danger seams, which provides guidance to the prevention and control of gas outburst.

：Coal; gas outburst; regional; Henan

P618.11；TD712

A

1006-0995（2016）03-0391-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2016.03.008

2015-11-10

郭喜庄（1968—），男，河南宜阳人，高级工程师，研究方向：水文地质工程地质及环地质勘查与评价