鑫隆矿区煤与瓦斯突出的主要规律

王百战，王 江

(三门峡龙王庄煤业有限责任公司，河南 渑池 472434)

煤与瓦斯突出事故一直以来都是煤矿生产领域最为严重的动力灾害，由于其影响因素的复杂性、后果的灾难性以及事故的难预测性和突发性，严重制约着煤矿的正常发展以及职工的生命财产安全[1-2]. 随着我国近几年煤炭开采深度不断增加，发生煤与瓦斯突出的可能性也越来越大。因此，进行煤与瓦斯突出的主要规律研究非常迫切[3-4].

国内外众多学者对此进行了专题研究。胡千庭等[5]基于力学机理对煤与瓦斯突出过程进行了研究，得出采掘工作面周围岩体原始应力遭破坏失稳和煤岩体的迅速抛出是发生煤与瓦斯突出的的主要原因。鲜学福、李成武等[6-7]结合理论算法和现场实例对煤与瓦斯突出过程机理进行了解释，并得出瓦斯是煤与瓦斯突出能量的主要来源。韩军等[8]通过对我国华北、华南等7个矿区进行实地勘察并对数据进行系统分析得出，地应力是诱发煤与瓦斯突出的关键因素，且在突出矿井中水平地应力普遍较高。李小双等[9]基于实验室平台分析得出，煤与瓦斯突出现象是一种复杂的力学行为，是煤体、瓦斯压力和地应力等因素耦合作用下产生的。雷文杰等[10-12]通过相似模拟对煤与瓦斯突出过程微震响应特征进行了专题研究，并得出临突前的调整期是预测煤与瓦斯突出事故的关键时段，此过程中微震响应事件呈现出低能量高密度性。

由于煤与瓦斯突出事件的高度复杂性和地域分布差异性，目前尚未形成统一规范的理论体系能够对煤与瓦斯突出事件进行普遍的阐述。根据资料记载显示，鑫隆矿区历史记载突出次数高达112次，突出总煤量高达12 778 t，单次最大突出瓦斯涌出量高达167 425 m3，多次煤与瓦斯突出的发生，影响了鑫隆矿区的安全生产。该矿区的突出事故大多为小型突出、中型突出和次大型突出，如果能有效地利用历史突出资料，充分挖掘其内部规律，对避免安全事故的发生有重大的意义。因此，基于鑫隆矿区6对矿井中，4对煤与瓦斯突出矿井所发生的动力现象统计数据，对该矿区煤与瓦斯突出的一般特征及其分布规律进行统计分析。

1 煤与瓦斯突出的一般特征

鑫隆矿区作为典型的煤与瓦斯突出矿区，区域构造复杂，井田内局部发育有小落差、隐伏断层，并伴有次一级褶曲。煤层平均煤厚2.3 m，倾角7°～11°. 镜煤组最大反射率2.86%，平均密度1.56×103kg/ m3；其顶板、底板都为粉砂质泥岩、细砂岩，平均密度2.54×103kg/m3，孔隙率6.2%，单轴抗压、抗拉强度分别为12.3 MPa、1.9 MPa. 鑫隆矿区瓦斯动力灾害严重，煤层瓦斯含量16.8～18.6 m3/t，瓦斯压力0.9～1.4 MPa，矿井在首采工作面掘进和回采期间发生多起煤与瓦斯突出事故。

1.1 始突深度

该矿业所属煤矿由于煤层及瓦斯赋存条件、开采条件与技术的不同，其始突深度也呈现不同规律。对龙山煤矿、大众煤矿和铜冶煤矿3对突出矿井始突深度、始突标高的近几年数据进行统计，见表1. 其中，始突深度最大的是大众煤矿，始突深度为304 m，最小的为龙山煤矿，始突深度为155 m.

表1 煤与瓦斯突出深度表

1.2 突出强度

突出煤量是表征突出强度的重要参数之一，理论条件下，可根据突出煤量的多少来划分突出强度等级，一般可划分为5种类型。对鑫隆矿业龙山煤矿、大众煤矿、铜冶煤矿和果园煤矿4对突出矿井的历史记载资料进行统计分析，得出其突出强度情况，见表2.

表2 突出数据统计表

以最为典型的龙山煤矿为例，5种突出强度类型均有发生记录，其中，按照其发生次数进行排序为：小型突出(47.6%)>次大型突出(25.7%)>中型型突出(22.9%)>大型及特大型突出(3.8%). 大众煤矿、果园煤矿、铜冶煤矿的突出强度规律分析也满足此特征。

1.3 突出频度

理论上以单位时间(一般为年)内突出的平均次数来表征突出频度。对龙山煤矿、大众煤矿和铜冶煤矿的资料进行统计分析，其突出频度结果见表3.

表3 煤与瓦斯突出频度表

由表3结果可知，龙山煤矿突出频度最高，说明该矿受煤与瓦斯突出的灾害影响严重，相比之下大众煤矿与铜冶煤矿频度稍低，突出频度受矿井地质条件、煤层瓦斯赋存条件的影响。

1.4 突出压力

理论上利用突出点在临突前的瓦斯压力表征突出压力。对受瓦斯灾害影响最为严重的龙山煤矿的瓦斯压力资料进行统计分析，并进行预测，其结果见表4，图1.

表4 龙山煤矿瓦斯压力表

图1 埋深与瓦斯压力趋势图

根据表4及图1可知，龙山煤矿的始突深度为215 m，且突出处的瓦斯压力约为0.8 MPa.

1.5 突出类型

煤与瓦斯突出分为突出、压出和倾出3种类型。对近几年鑫隆矿区的煤与瓦斯突出类型进行统计，得出结果见表5.

表5 煤与瓦斯突出类型表

由表5可知，鑫隆矿区所属矿井的主要突出类型以突出为主。其中，龙山煤矿突出次数占总次数的83%，大众煤矿为87.5%，铜冶煤矿为65.2%，果园煤矿为65%. 可见，龙山煤矿和大众煤矿受突出影响较多。

2 煤与瓦斯突出的分布规律

基于鑫隆矿区煤与瓦斯突出的一般规律分析结果，选取受煤与瓦斯突出影响最为严重的龙山煤矿为对象，从煤与瓦斯突出发生地点及作业方式两方面，对该矿区煤与瓦斯突出的分布规律进行分析。

2.1 煤与瓦斯突出发生地点分布特征

1) 在巷道掘进过程中易发生煤与瓦斯突出现象。对龙山煤矿有准确巷道类型记录的80次突出发生部位及其强度、次数进行统计，其结果见表6.

由表6可知，龙山煤矿煤与瓦斯突出一般发生在平巷中，71.25%占比且其发生强度较上山掘进巷道稍大。因此，在以后的实际生产中应有针对性地对该区域采取一定的防范措施。

2) 突出常发生在地质构造带及煤层倾角突然变化处。通过对龙山煤矿有准确巷道类型记录的80次

表6 突出强度同巷道类型表

突出部位的地质构造进行统计，具体统计数据见表7.

表7 突出部位统计数据表

通过表7可知，突出的发生受地质构造影响较大，断层对突出的影响最大占53.6%，其次是煤倾角变化及褶曲。

2.2 现场作业对煤与瓦斯突出的影响

对龙山煤矿作业方式引发突出数据进行统计，其结果见表8.

表8 作业方式引发突出统计数据表

现场作业也是诱发突出的主要方式。根据表8可知，放炮由于巨大的冲击破坏作用，是最主要的作业诱导方式，在全部作业诱导方式中占比74.67%.

3 讨论与分析

鑫隆矿区作为典型的突出矿区，通过对其突出一般规律进行系统分析，并结合其突出发生的一般分布规律，可以得出发生煤与瓦斯突出的原因在于其地质条件和作业方式，其中断层、煤层倾角忽变和褶曲的存在是造成该煤与瓦斯突出的地质因素，也是其内部因素。其次，就其现场扰动方面，该矿区采用炮采掘进，其巨大的冲击破坏作用，构成了现场煤与瓦斯突出的外部诱因。

4 结 论

1) 小型、中型突出是鑫隆矿区煤与瓦斯突出的的主要形式，从其突出发生的突出强度、始突深度、突出压力和突出频度等方面分析，得出该矿区突出事故介于严重突出与一般突出之间。

2) 通过系统分析得出，鑫隆矿区煤与瓦斯突出大多发生于平巷，占比高达71%以上。因此，实际生产应针对性地对该区域采取一定的防范措施。炮采产生的瞬时能量释放会使得破碎煤层和围岩的稳定性骤降，建议根据前方煤壁和围岩的稳定性决定每次炮采的装药量，防止打破其承受极限。

3) 从龙山煤矿基础资料得出，鑫隆矿区煤与瓦斯突出的分布具有明显的规律特征。其中断层、煤层倾角忽变和褶曲的存在是造成鑫隆矿区煤与瓦斯突出的内部因素，炮采掘进因其巨大的冲击破坏作用，是鑫隆矿区煤与瓦斯突出的外部诱因。