煤矿地质构造与瓦斯灾害的预测

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]。

3 结语

煤矿的瓦斯会受到煤矿地质构造的影响。通过对煤矿地质构造与瓦斯灾害预测的研究，可以有效地减少瓦斯爆炸事故的发生，保障了煤矿工作的安全进行，从而促进了煤炭行业的可持续发展。希望本文可以为相关人员研究煤矿地质构造和瓦斯灾害的预测提供参考[5]。