李朝兴(湖南省冷水江市安全生产监督管理局，湖南 冷水江 417500)

石冲子煤矿煤与瓦斯突出成因分析及防治对策

李朝兴(湖南省冷水江市安全生产监督管理局，湖南 冷水江 417500)

通过相关鉴定资料与实际生产过程揭落的地质、煤层情况,分析出该矿瓦斯突出现象发生的原因是:地质构造复杂，主采煤层断层达到6条、部分褶曲构造比较发育,顶底板均为碳质泥岩形成相对封闭的结构,造成该水平煤层瓦斯自然释放率低,煤层内的瓦斯含量高、压力大，Ⅳ煤层相对突出危险性较大。通过实践总结，提出相应的综合防治对策，防止煤与瓦斯突出事故的发生。

瓦斯突出； 成因； 对策

1 前言

煤层在形成过程中大量的瓦斯气体以固体或游离两种状态附着在煤层中。蕴藏于煤矿井下煤层或顶底板中的瓦斯，在极短的时间内从巷道掘进工作面或采煤工作面突然冲出，造成人员伤亡、设备设施损坏所引起的灾害，称瓦斯突出。煤与瓦斯突出长期以来是煤矿企业安全生产面临的主要灾害之一,湖南省煤炭赋存条件复杂，造成煤与瓦斯突出危害在全国属重灾区。随着矿井技改扩能提升产量，开采深度逐年增加造成地应力增大,煤与瓦斯突出的风险增大。2005～2010年，湖南省安委办对乡镇煤与瓦斯突出矿井强制安装地面瓦斯抽放系统，严格落实“四位一体”的综合防突措施，技术指导推广高低能瓦斯抽放发电，对防范煤与瓦斯突出起到了重要作用。从实际出发，对相同井田同一煤层煤瓦斯突出的成因分析总结，制订符合实际的“一矿一策”综合防治措施,预防煤与瓦斯突出事故的发生。

2 石冲子煤矿基本概况

石冲子煤矿位于湖南省娄底市双峰县蛇形山镇境内。矿井始建于1995年，2009年整合后设计生产能力为9万t/a。矿井采用斜井单水平开拓,井田内含煤6层，可采煤层为Ⅰ、Ⅲ、Ⅲ中、Ⅳ煤层，主采煤层为Ⅳ煤层。井田走向近东西，倾向北。井田面积0.631 2km2，地面主

井口标高为+137.32m,生产水平为-180m水平,分东西两翼,划分为-60、-120m和-180m 3个区段。Ⅳ煤层呈单斜构造，倾向北，存在煤层倒转，平均厚2.15m。矿井采用中央对角式通风方式，主、副井为进风，东、西2个风井回风，2个风井各安装了2台型号为YBK56- Ⅱ- 4- №12轴流式风机，配套电机功率为45kW。矿井总进风量1 982m3/min，其中主井进风1 320m3/min，副井进风642m3/min;总回风量2 046m3/min,其中西风井回风1 360m3/min，东风井回风686m3/min。2013年鉴定矿井相对瓦斯涌出量为43.25m3/t,绝对瓦斯涌出量为4.56m3/min,-180m水平的IV原始煤层瓦斯压力为2.29MPa，该矿属煤与瓦斯突出矿井。

从2007～2014年石冲子煤矿发生多次煤与瓦斯突出现象，其中有记录可查的有3次，见表1。

表1 2007～2014年石冲子煤矿煤与瓦斯突出情况

3 煤与瓦斯突出原因分析

分析石冲子煤矿-180m水平影响煤与瓦斯突出的相关因素如下。

(1)煤层厚度及煤质影响。煤层厚度变化状况反应了煤形成过程中地应力对煤层的相对作用力大小。通过-180m水平地质探煤钻孔资料、剖面图、-120m和180m水平揭落Ⅳ煤层，煤厚1.5～6.0m，煤层倾角15°～32°，煤层倾角变化较大，Ⅳ煤层呈单斜构造，倾向北，所处地段煤层倒转变厚,显示该水平受到水平地应力挤压作用较大。煤质上部部分为光亮型宽条带状半块煤，下部均为粉末煤,本煤层为低硫、低磷、低灰份、高发热量的优质无烟煤，取实煤测定Ⅳ煤层坚固性系数仅为0.17，小于煤与瓦斯突出坚固系数临界值0.5。

(2)地质构造影响。该水平特点是断层多、褶曲构造比较发育,顶底板均为泥岩。直接顶：碳质泥岩,厚3.0m，灰黑色、薄层状，层面平整光滑，节理不发育，不易垮落。直接底：砂质泥岩，厚4.0m，灰黑色，薄层状，节理发育，夹一煤线。石冲子矿处于蛇形山背斜的北翼，根据大巷、风巷所揭露的地质资料分析，其中落差大于采高或等于采高的断层有6条，分别是FB、FF、FI、F2、F3、F4断层，见表2，断层、褶曲、低透气性泥岩这3种地质情况对煤层中瓦斯气体的保存起到了重要作用，造成该水平瓦斯突出威胁严重。

大量褶曲构造的存在,说明该水平地应力较大,而地应力和瓦斯压力共同作用,是导致瓦斯突出的主要原因。顶底板均为泥岩,在巷道掘进过程中, 由于泥岩坚硬、致密、透气性差, 具有良好的封闭性,所产生的封闭结构,很好地保存了该水平内煤层生成的瓦斯,从而造成了该区域内的瓦斯含量高、压力大。

表2 断层情况表

注：表中断层性质都为正断层。

(3)瓦斯含量、压力、透气性影响。-180m水平Ⅳ煤层经鉴定与取样实测，得出煤层瓦斯含量28.26～46.11m3/t,压力1.6～2.53MPa(压力临界值标准<0.73MPa),煤层透气性系数0.64m2/(MPa2·d)，透气性差,钻孔瓦斯流量衰减系数为 0.135 1(d-1)(d为钻孔后天数)，流量衰减较快，综合决定该煤层突出指数高。-180m水平西二石门自2013年2月开门掘进实施第一次长探，发现该处煤层变厚达5.0m，8月21日，布置12个炮眼，孔深3.5～8.5m，放出班炮，揭开了Ⅳ煤层，揭露煤层面积约3.3m2。采用MD- 2与WTC仪，实测Ⅳ煤层参数，确定有煤与瓦斯突出危险，参数见表3。

表3 Ⅳ煤层参数

注：K1为突出预测指标临界值。

4 煤与瓦斯突出防治对策

通过对石冲子煤矿-180m水平Ⅳ煤层赋存、煤质、地质构造、瓦斯含量、瓦斯压力、透气性的分析,为防止煤与瓦斯突出事故的再次发生,提出如下对策措施。

(1)矿井开采的Ⅳ煤层具有煤与瓦斯突出危险性，按照煤与瓦斯突出防治“四位一体” 的原则,采取区域性综合防突措施为主、局部防突措施补充的原则。揭煤、过煤门施工过程中，采取管道预抽与打超前排放孔，消除工作面的突出危险性。

(2)对总回风巷、区段进回风巷进行清理扩大断面，完善通风设施，提高单位通风效率。补充岩巷掘进实行分区通风，确保石门揭煤有专用回风通道。

(3)完善现有地面2BEA- 203- 0水环式真空瓦斯抽放泵，新增低负压高流量抽放泵、瓦斯发电设备，将煤层中赋存或释放的瓦斯抽送到地面瓦斯发电机组。降低煤层中原有瓦斯含量和瓦斯压力，消除突出威胁。

(4)因煤与瓦斯突出与地质构造关系密切，该矿所处井田地质变化大，应安排专职地质工程师负责地质构造分析、实测、总结。

(5)通过参考鉴定报告与揭落煤层实际测定，-180m水平Ⅳ煤层的上邻近煤层Ⅲ中煤层突出危险小于Ⅳ煤层，间距适合作为上保护层开采，但Ⅲ中煤层属薄煤层，均厚0.8～1.2m，开采难、效益低，建议首先进行保护层开采。

(6)加强管理制度规范。严格按《防治煤与瓦斯突出规定》编写，并且先施工后编制作业规程和揭煤安全技术措施，职责分工要明确，搞好安全培训教育，认真组织贯彻学习作业规程、揭煤措施。

5 结语

通过对石冲子煤矿-180m水平Ⅳ煤层赋存、煤质、地质构造、瓦斯含量、瓦斯压力、透气性的分析,实际测定已揭落煤层基本参数，得出-180m水平Ⅳ煤层突出危险性严重，提出防止Ⅳ煤层突出现象发生的6条对策。针对上邻近煤层Ⅲ中煤层的分析、测定确定该煤层可以考虑作为Ⅳ煤层的保护层开采。

[1] 闫江伟，张小兵，张子敏.煤与瓦斯突出地质控制机理探讨[J].煤炭学报， 2013，38(7):1174-1178.

[2] 刘博文，王大尉，李华杰，舒龙勇.基于层次分析法的煤与瓦斯突出指标研究[J].煤炭工程， 2013，45(4):77-79.

[3] 苏振汉.浦溪井煤与瓦斯突出分析及防治措施[J].煤矿安全， 1998，29(5):31-33.

[4] 张怀民, 郭 杰.煤与瓦斯突出矿井掘进工作面过断层分析[J].煤炭技术， 2012，31(8):94-96.

[5] 黄旭超,孙东玲.我国煤矿煤与瓦斯突出现状及预警技术的研究[J].煤炭科学技术， 2011，39(7)：61-63，69.

[6] 郭德勇,韩德馨.地质构造控制煤和瓦斯突出作用类型研究[J].煤炭学报，1998，23(4)：337-341.

[7] 贾 炳,倪小明.不同煤体结构组合的煤与瓦斯突出临界瓦斯压力[J].煤炭科学技术， 2012，40(11).

Cause analysis and countermeasures of coal and gas outburst in Shichongzi Coal Mine

According to the related identification information and the situation of geology and coal seam uncovered in production, it was concluded by analysis that the cause of coal and gas outburst were the complex geological structure, six faults in main mining coal seam, part of the folded structure development, roof and floor forming a relatively closed structure by carbargillite, which made low gas natural release rate, high gas content and pressure in the coal seam. So IV coal seam has high danger of outburst. Through the summarization of practice, the countermeasures were proposed to prevent coal and gas outburst.

gas outburst; cause; countermeasure

TD713.4

B

李朝兴(1981-)，男，湖南冷水江人，采矿工程师，从事安全管理与瓦斯防治研究工作。