东欢坨矿8煤层瓦斯涌出特征及其影响因素研究

马丛林

(开滦(集团)有限责任公司 东欢坨矿业分公司，河北 唐山 063004)

东欢坨矿8煤层瓦斯涌出特征及其影响因素研究

马丛林

(开滦(集团)有限责任公司 东欢坨矿业分公司，河北 唐山 063004)

通过历年来工作面瓦斯涌出量数据，分析了东欢坨矿8煤层瓦斯涌出特征，研究了不同因素对8煤层瓦斯涌出规律的影响。研究结果表明：瓦斯涌出量随工作面开采深度的增加而增大；工作面相对瓦斯涌出量和遇到的断层数密切相关；靠近向斜轴一侧，瓦斯涌出量值普遍偏小，局部有异常存在；在远离向斜轴方向，瓦斯涌出量普遍较大；工作面瓦斯涌出量和工作面涌水量之间表现为负相关；顶板岩性对瓦斯涌出也有一定的影响。

开采深度；瓦斯涌出量；瓦斯涌出特征；影响因素

东欢坨矿为开滦矿区的主要生产矿井之一，瓦斯涌出量相对较低，属低瓦斯矿井，但从近几年实际瓦斯涌出实际情况来看，随生产规模不断扩大，东欢坨矿瓦斯赋存及涌出规律趋于复杂。近年来低瓦斯矿井瓦斯异常区域却时有瓦斯事故发生[1-4]，因此亟需研究东欢坨矿深部煤层瓦斯涌出特征，为采取具有针对性的瓦斯防治措施提供指导。

1 矿井地质及瓦斯涌出概况

东欢坨矿位于开平煤田西北侧，主要构造形态为车轴山向斜东南翼的单斜构造，伴有宽缓褶曲和一定数量的断层，构造复杂程度中等，仅在井田的西北局部为向斜构造。矿区发育的车轴山向斜，轴向N60oE，向斜轴面向西北方向倾斜，轴面与铅垂面夹角约20°，枢纽以13°角向西南方向倾伏，向斜转折端在油坊庄北部，向斜两翼地层产状变化较大，井田东南翼地层平缓，在向斜核部断裂构造较发育，断层走向多与向斜轴方向一致[5]。

图1 东欢坨井田构造示意图

东欢坨矿为低瓦斯矿井，2000年至2016年矿井瓦斯涌出数据如图2和图3所示。从图中可以看出，从2000年到2016年，矿井绝对瓦斯涌出量总体趋势是逐年增大，2012年矿井瓦斯绝对涌出量达到7.35 m3/min，这与采掘深度逐步加深和产量逐年增大有密切的关系。矿井相对瓦斯涌出量同样呈现增加的变化趋势，其中2013年矿井相对瓦斯涌出量为1.15 m3/t，为近年来的最大值。

图2 2000年至2016年矿井绝对瓦斯涌出量变化图

图3 2000年至2016年矿井相对瓦斯涌出量变化图

2 8煤层瓦斯涌出规律

2.1 煤层瓦斯涌出量变化

东欢坨矿可采煤层共9层，其中8煤为主要可采煤层，因此本文主要研究8煤层的瓦斯涌出规律。目前8煤层已经回采13个工作面，各工作面统计数据见表1。由表1中数据可知，8煤层工作面回采过程中平均绝对瓦斯涌出量在0.21～3.49 m3/min，其中2089下、2089、2087和2083工作面瓦斯涌出量较高。该煤层工作面相对瓦斯涌出量为0～3.65 m3/t，其中2089下、2083等工作面平均相对瓦斯涌出量较高。工作面绝对瓦斯涌出量为0.37～3.49 m3/min，2089下、2087工作面的绝对瓦斯涌出量较高。统计数据表明，随着开采深度的增加，8煤层工作面瓦斯涌出量呈现增大的趋势，但由于断层等地质构造的影响，部分地区绝对瓦斯涌出量出现了异常变化。

2.2 8煤层瓦斯涌出异常特征

东欢坨矿瓦斯异常涌出工作面主要位于8煤层，以-500水平中央采区2089下工作面最为突出。在该工作面回采过程中，瓦斯涌出量变化大，相对瓦斯涌出量最大达30.43 m3/t， 2011年7月至2012年5月2089工作面瓦斯涌出量数据见表2。

表1 东欢坨矿8煤层回采工作面相对瓦斯涌出量相关数据

表2 东欢坨矿2089下工作面2011-2102年瓦斯涌出量

东欢坨矿中央采区8煤层工作面相对瓦斯涌出量表现出明显的分区性，即靠近向斜轴一侧，瓦斯涌出量值普遍偏小，局部有异常存在；在远离向斜轴方向，瓦斯涌出量普遍较大，局部有瓦斯涌出量较小的异常区存在。发生瓦斯异常涌出原因一方面是随着开采深度增加，煤层瓦斯保存条件渐趋完好，瓦斯涌出量随之增大；另一方面是回采工作面通过地质构造和煤储层物性条件变化较大的地段时，瓦斯涌出量显著增大。

东欢坨矿8 煤异常区煤体结构破碎，裂隙大量发育，为瓦斯提供了赋存空间，形成局部区域的瓦斯富集，一旦受采掘活动影响，这些区域的瓦斯气体会迅速向外运移、释放，从而形成瓦斯涌出异常区。

3 8煤层瓦斯涌出规律的影响因素分析

东欢坨矿8煤层瓦斯涌出规律受多种地质因素的综合影响，主要包括断层、煤层埋深、褶皱、地下水以及顶板岩性等。

3.1 断层

东欢坨矿边界断层规模大，多与第四纪砂砾层接触，一般为开放型，有利于瓦斯的排放。受印支运动影响所形成的东西向断层，属于活动期限较长、规模较大的区域构造，在后来的燕山运动中又受到张性断裂作用或张扭性断裂作用，在缓倾斜翼多形成张性、张扭性等开放性的高角度倾斜或斜交断层，对瓦斯逸散提供了有利条件[6]；而在急倾斜翼多形成走向压性逆断层，其封闭性相对较好，对瓦斯的保存相对有利。

目前两个采区内在8 煤层共发现断层60余条，而且全部为正断层。表1中统计数据表明，工作面平均相对瓦斯涌出量和工作面遇到的断层数密切相关。如2089下采面在回采时共遇小型断层9条，其中有的断层落差较大造成煤层顶板及断层带及周围岩石破碎，并造成局部薄煤层，其最薄处达0.7 m左右，对回采影响较大。该工作面在穿过断层时，瓦斯涌出量增大，在小断层密集区瓦斯涌出量达到最大值。

3.2 煤层埋深

东欢坨矿瓦斯的涌出量受到多种因素的控制。通过对8煤层13个回采工作面的瓦斯涌出量进行分析可以看出，发现除个别回采工作面外，大部分工作面绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量随埋藏深度的增加而增加，尤其是8煤层工作面绝对瓦斯涌出量与埋深的关系更为明显。

图4 8煤层工作面埋深与绝对瓦斯涌出量关系图

图5 8煤层工作面埋深与相对瓦斯涌出量关系图

3.3 地下水

东欢坨矿主体位于车轴山向斜的南东翼，为地下水径流排泄区。由于地下水的运移，一方面驱动着裂隙和孔隙中的瓦斯运移，另一方面又带动了溶解于水中的瓦斯一起流动。由于东欢坨矿地下水活跃，天然裂隙比较发育，而且处于开放状态，是瓦斯排放的直接通路，地下水在漫长的地质年代可以带走数量可观的瓦斯。由于地下水的溶蚀作用，还会带走大量的矿物质，导致煤系地层的天然卸压，地应力降低会引起煤层及围岩透气性增大，从而加强了煤层瓦斯的流失，由于地下水的活动使得东欢坨矿8煤层表现出“水大瓦斯小，水小瓦斯大”的特征。

以3088工作面为例，该工作面埋深689 m，但工作面平均相对瓦斯涌出量为0.97 m3/t，绝对瓦斯涌出量为1.14 m3/min。通过对3088采面瓦斯与水的关系研究表明，3088工作面地下水丰富，周围有5个富水区：16#、18#、20#、22#、23#富水区，其中16#和20#是强富水区；同时工作面周围存在5条断层：其中DF9、DF10、DF12、DF13富水性中等，DF14富水性强。上述因素导致该工作面瓦斯涌出下降。

图6 3088工作面富水区及断层分布图

3.4 顶板岩性

一般认为：围岩岩性及其透气性对煤层瓦斯涌出量有很大的影响，围岩的透气性越大，瓦斯越易流失，煤层瓦斯含量就越小；反之，瓦斯易于保存，煤层的瓦斯含量就越高。泥岩、炭质泥岩和页岩的透气性能均较差，有利于瓦斯的储存。所以煤层顶板含泥率较大有利于瓦斯保存，即在顶板含泥率较大区域其瓦斯涌出量均较大，且在顶板含泥率变小的地区，瓦斯涌出量也相应减小。在2089下采面、2083上采面瓦斯涌出量较大区域顶板含泥率较高，主要由厚层状泥质胶结的粉砂岩和薄层黏土岩构成，岩性相对致密，透气性较差，是造成上述工作面瓦斯涌出异常的一个因素。

4 结论

(1) 东欢坨矿8煤层工作面瓦斯涌出随着开采深度的增加呈现出增大的趋势，受地质构造等因素的影响，出现了瓦斯涌出异常区。

(2) 8煤层工作面瓦斯涌出量受地质构造影响明显，工作面相对瓦斯涌出量和工作面遇到的断层数密切相关，小型正断层密集区域往往是瓦斯涌出量的突变点；靠近向斜轴一侧瓦斯涌出量值普遍偏小；远离向斜轴方向瓦斯涌出量普遍较大。

(3) 8煤层工作面地下水影响到工作面瓦斯涌出量，表现出“水大瓦斯小，水小瓦斯大”。顶板含泥率对工作面瓦斯涌出量有一定影响，局部含泥率较高的工作面瓦斯涌出异常。

[1] 吴财芳，曾勇，张子戌. 低瓦斯矿井煤层瓦斯异常涌出的研究[J]，中国煤田地质，2003，15(2)：20-22.

[2] 李成武. 低瓦斯矿井瓦斯异常区域综合治理技术[J]，煤炭科学技术，2005，33(3)：1-5.

[3] 何启林，王德明.孔庄煤矿瓦斯异常原因及其防治措施[J]，辽宁工程技术大学学报，2003，22(4)：480-482.

[4] 张瑞林，李东印，魏军,等.瓦斯涌出影响因素及其变化特征研究[J]，煤炭科学技术，2005，33(10)：20-22.

[5] 张品刚，曹代勇，王强,等. 东欢坨矿构造特征及断裂构造定量研究[J]，中国煤炭地质，2009，21(7)：4-6.

[6] 张永平，冀占强，刘迅,等.潘三矿瓦斯赋存规律及其构造控制研究[J]，煤，2015，24(6)：14-17.

Study on gas emission characteristics and influencing factors in 8#coal seam of Donghuantuo coal mine

MA Cong-lin

(DonghuantuoCoalMiningBranch,KailuanGroupCorp.，Tangshan，063004，China)

The gas emission characteristics of the 8 coal seam and the influence of different factors on the gas emission were analyzed on the basis of gas emission in the working faces of Donghuantuo coal mine. The results show that the amount of gas emission increase with the depth of mining face and the amount of gas emission is closely related to the number of faults encountered. The amount of gas emission decrease and local abnormal areas appear near the side of the oblique axis. The gas emission increase along the direction away from the oblique axis. There is a negative correlation between the gas emission and the water inflow of the working face. The roof lithology has some influence on the gas emission as well.

mining depth；gas emission；gas emission characteristics；influencing factors

2017-01-19

马丛林(1960-)，男，河北唐山人，大学毕业，开滦(集团)有限公司东欢坨矿业分公司工程师，从事安全管理工作。E-mail：785281919@qq.com

TD712

A

1672-7169(2017)02-0028-04