煤矿地质构造与瓦斯灾害的预测

2018-10-16张岗

陕西煤炭 2018年5期

关键词：电器设备瓦斯断层

张岗

(山西阳泉煤业(集团)有限责任公司二矿，山西阳泉 045000)

0 引言

瓦斯事故是煤矿事故中发生最为频繁的一种。瓦斯事故的影响面积很大，还有很强的破坏力，会为人民及国家带来巨大的损失。因此对于瓦斯灾害进行相关研究是很有必要的。

1 煤矿地质构造与瓦斯灾害的关系

在形成煤矿资源的时候，由于高温和高压环境下的物理及化学作用，会伴随着形成一种无色无味的气体，这种气体就是瓦斯。当瓦斯含量增加到一定程度就很容易发生燃烧或者爆炸。瓦斯灾害事故的发生，不仅与瓦斯自身的特点有关，还与其他因素有关。在褶曲或者断层地质构造的煤矿中进行开采时，很容易发生瓦斯以及煤的突出，导致瓦斯灾害事故的发生。

1.1 褶曲构造与瓦斯灾害的关系

对于褶曲地质构造来说，中小型的斜轴部、背斜的倾伏段和煤层变化比较大的地方，就是瓦斯比较集中的地方。研究人员在山西阳泉矿统计了北头嘴井的突出情况，研究数据显示，在中型褶曲中，向斜轴的突出次数所占比例为83.9%，翼部占16.1%，背斜轴并没有突出；在小型褶曲中，向斜轴的突出次数所占比例为15.7%，翼部占23.1%，背斜轴占61.2%。通过对数据的研究分析可以发现，在开采的过程中，瓦斯的突出主要集中在褶曲的向斜和背斜构造中，这些部位的瓦斯含量较高，压力较大，当开采的工作面靠近这些构造时，增强了移动支撑压力，再加上放炮的振动影响，很容易发生瓦斯爆炸事故[1]。褶曲的构造如图1所示。

图1 褶曲构造图

1.2 断层构造与瓦斯灾害的关系

断层构造的封闭性和透气性都会影响到瓦斯的含量。开放性比较好的断层，无论透气性的好坏，瓦斯的含量都比较低，突出的危险性比较小；封闭性的断层在透气性比较低时，会在一定程度上阻止瓦斯的排放，因此，瓦斯的含量会比较高，压力也比较大，从而增加了瓦斯的突出性危险。另外，断层的规模比较大，断距较长时，突出危险性会更大。研究人员在北票矿区对瓦斯的突出情况和断层的关系进行了研究，研究数据显示，当断距小于10 m时，突出次数为268，平均强度为28.4 t/次；当断距在10～20 m内，突出次数为43，平均强度为29.8 t/次；当断距大于20 m时，突出次数为80，平均强度为44.55 t/次。通过对数据的研究分析可以发现，在断距小于10 m的时候，突出次数最多，但是强度较小；在远离断层的时候，突出的强度增大。这是因为断层间的相对挤压，改变了块段内煤层的厚度和产状，严重破坏了煤体的结构，从而增大了瓦斯的含量和压力，很容易发生瓦斯爆炸事故[2]。

2 瓦斯的预测与预防

2.1 瓦斯的预测方法

矿山统计法：矿山统计法是应用最为广泛的瓦斯预测方法，该方法预测的结果直观可靠，但是预测的深度不能超过150 m，因此，矿山统计法通常用于矿井的深度瓦斯预测。矿山统计法主要分2步进行，①收集往年的通风瓦斯资料报表，主要是使用追踪法来收集相关的资料数据；②将收集到的资料数据录入到计算机中，通过计算机的相关软件进行数据的滤波整理，在整理的过程中要注意消除开采技术及自然因素的不利影响，接下来计算出瓦斯的预测深度及梯度的涌出量，这样可以有效降低计算的误差，得到正确的瓦斯预测结果。

含量法：含量法的原理是通过勘查和分析煤层的瓦斯含量和残余的含量，依据煤层的瓦斯含量、邻近层的瓦斯涌出率以及煤层的配采情况和采掘的比例，来计算出煤矿回采、掘进过程和整个矿井中的瓦斯涌出量。虽然含量法的使用比较简单，易于操作，但是很容易受到相关因素的影响，比如，瓦斯源的厚度比例、瓦斯的涌出率和煤层配采及采掘的比例等等。

2.2 瓦斯灾害的预防措施

防止瓦斯积聚：主要从以下4方面入手，①保持良好的通风，这是有效防止瓦斯积聚的最基本的方法，特别是在放炮的过程中，要保持通风的连续性；可以选择机械通风的方法。该方法可以保证通风的风速和风量，有效避免漏风、循环风的出现；另外，在进行机械通风时，要注意保持风筒末端和工作面之间的距离；②正确处理局部积存的瓦斯，在实际的开采中，煤矿顶板冒落的空洞内、采掘机械切割部分的附近以及回采工作面的采空区边界位置等，都是瓦斯容易积存的地方，要及时地处理掉这些积存的瓦斯，降低煤层内瓦斯的含量在安全范围内；③进行煤层高负压瓦斯抽采降低煤层瓦斯含量，确保工作面开采时瓦斯涌出量处在安全范围内；通过低负压抽采，使工作面上隅角瓦斯不超限，保障开采工作的安全进行；④装备煤矿安全检测监控系统，用科技手段检测煤矿环境，出现瓦斯超限、报警撤出工作面人员并自动切断工作面电源防止电气火花；⑤加强管理，安排专门的检查人员按时地检查瓦斯的含量和通风情况，对于重点的瓦斯工作面，要增加检查的次数，严格按照瓦斯检查的制度进行工作，确保开采工作的安全[3]。

防止瓦斯引燃：主要从3方面入手，①严格检查作业人员和入井人员，严禁入井人员身上带有烟草或引火工具进入井下；在井下禁止使用电炉，更不可以明火作业，如果要进行井下的烧焊工作时，要严格按照相关规定操作设备，同时要注意防治机械摩擦火花的产生；另外，要重点防范矿井下的火区，加强对该区域的管理；②维护好机电设备的防爆性能，在目前的开采工作中，会在矿井内使用大量的电器设备，在一定程度上增加了电气火花引燃瓦斯的可能性，因此，开采人员要正确安装和使用井下的电器设备，而且要经常对电器设备进行检查和养护，保证电器设备的性能完好，避免电器设备温度过高而引燃瓦斯现象的出现；③要在采掘工作面内的电器设备上安装带有延时功能的风电闭锁装置，还要在瓦斯含量高的采掘工作面内，安装上带有自动检测功能的报警断电装置[4]。