涡北煤矿地质构造对瓦斯涌出规律的影响

季淮君 李增华 刘 震 杨永良 刘 具

（中国矿业大学安全工程学院，江苏省徐州市，221008）

涡北煤矿地质构造对瓦斯涌出规律的影响

季淮君 李增华 刘 震 杨永良 刘 具

（中国矿业大学安全工程学院，江苏省徐州市，221008）

为了掌握涡北煤矿瓦斯涌出规律，研究了涡北矿地质构造及工作面瓦斯涌出量，得出断裂构造对瓦斯涌出的影响规律。有针对性地提出回采工作面遇到断层构造时的瓦斯防治措施，有效保障了矿井安全生产。

断裂构造 瓦斯涌出规律 瓦斯防治

煤层中赋存的瓦斯，严重威胁井下安全生产，防治瓦斯灾害是煤矿安全生产的首要任务。实践表明，瓦斯的生成、运移、保存条件、赋存以及瓦斯突出都与地质构造有着密切的关系。煤层赋存状态和瓦斯涌出情况是含煤地层历次构造演化作用的结果。地质条件控制着煤层瓦斯的赋存和涌出，通常，开放性断层有利瓦斯释放，封闭性断层有利于瓦斯保存。但是，矿井的地质构造各不相同，对瓦斯涌出规律的影响也不尽相同。因此，研究煤矿地质构造对瓦斯涌出量规律影响，对煤矿瓦斯灾害防治具有重要的指导意义。

1 井田地质构造及控制特征

涡北煤矿属于涡阳矿区，涡阳矿区的主要控煤构造表现形式是地堑—地垒组合，它是一种裂陷控煤构造。地堑—地垒组合具有近东西向和近南北向两种展布形式，其中东西向规模相对较大。它们复合后的形态正好是类似基底的网格状，且复合形式多样。

涡北煤矿位于涡阳矿区的东北部，地处宿北断裂、光武－固镇断裂、夏邑－固始断裂和丰涡断裂所围成的菱形地块内。主体构造表现为受断层（块）切割了的西倾单斜，走向近南北，地层倾角一般为20～30°。其南、北自然边界分别为F9、F9－1和刘楼断层。区内的F22（纵向）和F26（横向）两条相交的正断层将矿井分割成4个小区，见图1。

Ⅰ区：刘楼断层－F26间，F22－矿井浅部边界；Ⅱ区：F26－F9及F9－1间，F22－矿井浅部边界；Ⅲ区：刘楼断层－F26间，F22－矿井深部边界；Ⅳ区：F26－F9间，F22－矿井深部边界。

除第Ⅰ小区断层相对稀少外（2条），其它3个小区的断层较发育，其中以第Ⅳ小区最复杂。井田内断层展布方向规律明显，除8条近东西方向的断层外，其它断层均在NE－NW方向之间，其中又以NNE和NNW方向为主的展布方向规律明显。本矿褶皱不甚发育，仅存在一些宽缓的波状起伏，区内岩浆岩活动不甚强烈，仅在矿井边缘两个钻孔见到。

图1 涡北井田8＃煤层地质构造简图

2 地质断裂构造对瓦斯涌出规律影响

2.1 瓦斯涌出量的主控因素

通过分析该矿地质条件和煤层赋存情况，得出煤层埋深和地质构造是其主控因素。该矿以断裂为主要地质构造，褶曲构造不够发育。本文以南翼采区地质断裂构造对煤层瓦斯赋存及瓦斯涌出的影响进行详细分析。

2.2 南翼采区地质断裂构造对瓦斯涌出规律影响

在南翼采区中，断层比较发育，区内有走向与倾向断层通过，断层数目较多，大断层发育程度较高，倾向大断层与区内走向断层互相沟通，形成良好的瓦斯运移网络，且断层多为正断层，有利于瓦斯的逸散。

（1）沿倾斜方向，纵切煤层断层有利于瓦斯逸散。

南翼采区的浅部8101工作面的倾向断层示意图见图2。由图2可知，8101工作面西段采掘期间的瓦斯涌出量很低，主要是因为开采区域内部有纵切煤层的断裂带通过。走向断层I1F15断层与倾向断层PF11相互沟通，而I1F15断层通过I1F4断层与倾向开放性大断层F25沟通，PF11上部向浅部瓦斯风化带发育，其次级断裂（如PF14断层等）向8101工作面深部发育，使该区段瓦斯通过断层PF11、I1F15、I1F4断层向临近开放性大断层或煤层浅部瓦斯风化带运移，形成了良好的瓦斯运移通道。同时，瓦斯赋存与断层发育程度有关，若构造为倾向封闭性小断层甚至节理则不利于瓦斯逸散，在开采过程中容易出现瓦斯互相逸散的现象。在浅部回采时，会出现深部瓦斯向浅部运移，使浅部工作面在过断层时出现涌出量局部增高的现象。

图2 8101工作面的倾向断层示意图

（2）沿走向方向，横切煤层断层有利于瓦斯保存，但与断层的发育程度有关。

南翼采区内，走向横切断层与各工作面走向几乎平行，特别是几条发育程度较大的走向断层几乎沿着工作面的运输巷和回风巷分布，南翼采区断层构造示意图见图3。图3中，I1F15断层、F50断层、PF8断层、F8断层、F55断层均属于横切大断层。同时各条走向大断层与瓦斯地质单元Ⅱ区的F25断层及DF2断层沟通，F25断层为沿倾向横贯东西发育的纵切大断层，垂直断距为50～150m，F25断层连接瓦斯地质单元Ⅱ浅部风化带与煤层露头。由图3可知，南翼采区被许多走向大断层横切为条形块断，各条形块断内瓦斯分别向上、下两条横切断层（或者沿走向次级断层）运移，使得各条形块断内瓦斯赋存趋于平衡。

图3 南翼采区断层构造示意图

2.3 回采工作面瓦斯涌出量异常点分析

涡北矿目前只有南翼采区有回采工作面，由工作面瓦斯涌出量数据分析可知，涡北矿瓦斯涌出量随标高的增加而增大。但是回采工作面瓦斯涌出量有异常情况，这些异常点与其所处地质构造有着密切关系。瓦斯涌出量异常点见表1。

表1 主要回采工作面瓦斯涌出量异常点

其中1＃、2＃、3＃点位于8101工作面，且距瓦斯风化带较近，3个点所在位置如4所示。由图4可知，1～3＃块断内对应的运输巷和回风巷均有平行于两巷的正断层，其中该段8101运输巷下部的PF8断层垂直断距为0～25m，8101回风巷上部也存在走向横切断层。在1＃块断内出现了穿过工作面内部的小断层，由于该处断层比较发育，都为开放性断层，走向及倾向断层互相沟通，有利于瓦斯的逸散，使得该地点回采工作面相对瓦斯涌出量偏低。

4＃、5＃点位于8102工作面中部块段，两个点所在位置块断如图5所示，即B、C段，临近为A、D段。其中，B、C段回采工作面相对瓦斯涌出量分别为2.46m3／t、2.7m3／t，A、D段相对瓦斯涌出量为1.93m3／t、1.76m3／t。B、C段回采工作面相对瓦斯涌出量明显高于A、D段，这是由于该区段内倾向纵切小断层比较发育，在回采过程中，本煤层深部及邻近层的瓦斯通过倾向小断层涌向回采工作面，造成回采工作面瓦斯涌出量增加。

3 回采工作面遇断层构造时瓦斯防治措施

由以上分析可知，涡北矿断裂构造是瓦斯涌出的主要影响因素，沿走向发育的横向断层起主导作用，为保障井下安全生产，准确预测断层位置以及断层类型尤为重要。在采掘期间，若遇到倾向发育的纵切小断层，必须采取相应措施。

（1）根据矿井地质资料、利用预测预报钻孔和措施钻孔以及根据现场情况来分析预测断层位置及类型。特别是在井下作业时发现煤厚、煤岩产状急变，瓦斯涌出量突然增大等异常状况，即可确定构造存在，应施工相应的地质孔对前方构造进行控制，直到准确掌握构造特征位置。

（2）井下采掘期间，在探明前方断层特征的情况下，特别是倾向发育的纵切小断层，应加大通风的同时，可采取钻孔自然排放的方法。即向煤体施工相应的钻孔，在钻孔的施工过程中，不仅可以通过钻孔排放瓦斯，同时，钻孔周边的煤体在应力作用下发生变形位移，释放构造应力。如果发现前方是封闭性小断层，瓦斯涌出量突然变大，应采取向断层深部施工钻孔，提前抽采断层深部瓦斯，可有效拦截深部瓦斯沿断层涌向浅部区域，有效防止遇断层时瓦斯涌出量突然增大。

［1］ 于不凡，王佑安.煤矿瓦斯灾害防治及利用手册［M］.北京：煤炭工业出版社，2000

［2］ 胡殿明，林柏泉.煤层瓦斯赋存规律及防治技术［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2006

［3］ 张子敏，张玉贵.瓦斯地质规律与瓦斯预测［M］.北京：煤炭工业出版社，2006

［4］ 俞启香.矿井瓦斯防治［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1992

［5］ 闫江伟，张子敏，张玉贵.寺河煤矿东区瓦斯涌出主控因素分析及预测［J］.矿业安全与环保，2007（6）

［6］ 王魁军，程五一，高坤等.矿井瓦斯涌出理论及预测技术［M］.北京：煤炭工业出版社，2009

［7］ 张子敏.瓦斯地质学［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2009

［8］ 孟凡，赵俊卿.掘进过断层瓦斯异常涌出的治理与规律浅析［J］.煤矿开采，2002（4）

［9］ 雷东记，李成武，孟慧等.演马庄矿井瓦斯地质规律研究［J］.中国煤炭，2010（8）

Influence of geological structure on gas emission law in Guobei coal mine

Ji HuaiJun，Li Zenghua，Liu Zhen，Yang Yongliang，Liu Ju
（School of Safety Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221008，China）

In order to grasp the law of gas emission in Guobei coal mine，the geological structure and the gas emission amount on working face were analyzed，and the rules of fractured structure influencing the gas emission were obtained.The corresponding measures were proposed for the gas control when mining on the fractured coal seams，effectively protecting the safety production in the coal mine.

fractured structure，gas emission law，gas control

TD712

A

季淮君（1988－），男，江苏淮安人，中国矿业大学安全工程学院在读硕士，主要研究方向为矿井瓦斯防治。

（责任编辑 张艳华）