摘要：本文主要研究新景矿3#煤层煤与瓦斯突出灾害特征、提高灾害防治的针对性，对于矿井煤与瓦斯突出灾害防治具有重要的指导意义。同时，作为阳泉矿区典型突出矿井，新景矿研究成果也可为矿区其它矿井瓦斯灾害防治提供重要参考。瓦斯突出是新景矿常见的煤岩动力灾害类型，此类灾害的频繁发生严重制约着矿井安全高效生产。通过对新景矿历年事故资料的统计分析，从技术及管理角度总结了矿井瓦斯突出特征及其影响因素，并据此提出了相应的防治对策，为矿井对此类灾害防治提供了一种新的思路。
关键词：瓦斯突出；瓦斯喷出；防治对策
1、瓦斯突出总体特征
新景煤矿3#煤层煤与瓦斯突出次数较多但单次事故规模不大，根据矿井瓦斯动力现象资料记载，3#煤层自2004-11-11发生首次瓦斯突出以来，至今共发生瓦斯突出210次，其中突出17次，喷出193次，单次瓦斯突出最大瓦斯涌出量为15862m3，最大突出煤量为203t。通过对历史瓦斯突出数据资料的分析，可以得到3#煤层瓦斯突出的总体特征。
1.1瓦斯突出分布规律
统计资料显示，在3#煤层的210次瓦斯突出事故中，有110次（其中突出6次，喷出104次）发生在采煤工作面，占突出总次数的52.38%，而且采煤工作面发生的瓦斯突出多为应力主导型，瓦斯涌出量不大，且具有明显的“分区分带”特征。
1.2瓦斯突出点煤的破坏类型
根据煤的破坏类型统计显示，在204次（有6次记录缺失）瓦斯突出事故中，有151次煤的破坏类型达到Ⅲ、Ⅳ级（占比74.02%）；而且根据有记录的80次f值测试结果，瓦斯突出事故点f值介于0.37~0.57之间，其中有57次f值小于0.5（占比71.25%）。可以看出，3#煤层瓦斯突出事故点煤体多为碎粒煤、糜棱煤，煤体结构遭受构造应力的破坏较为严重，强度损失也较大，抵抗瓦斯突出的能力较弱。
1.3瓦斯突出前征兆
根据突出预测指标K1值及突出征兆统计显示，在210次瓦斯突出事故中，有165次事故前预测K1值（占比78.57%）超标，而S值无1次超标且预测值普遍偏小；有120次事故前出现吸钻、煤炮、喷孔等突出征兆（占比57.14%）。说明K1值及突出征兆对3#煤层瓦斯突出较为敏感，但是仍有为数不少的漏报现象发生，在以后的防突工作中应强化瓦斯突出的预测预报。
2、瓦斯突出影响因素分析
2.1煤的物理性质
3#煤层实测原始相对瓦斯含量值大部分在8m3/t以上，最大值甚至超过30m3/t，造成煤层原始瓦斯含量水平较高的主要原因之一是煤体自身的物理特性。第一，3#煤层为高变质程度无烟煤，煤层原始瓦斯生成能力强［1］，煤层总体瓦斯生成量大；第二，煤层对瓦斯的吸附能力强，煤层瓦斯吸附常数a最大值达36.58cm3（/g·r），大量瓦斯被吸附于煤体内部孔隙裂隙中；第三，煤层透气性很低，煤层透气性系数仅为0.0957～0.5692m2/（MPa·2d），在很大程度上阻止了瓦斯向周围煤岩体的运移与扩散。
2.2煤层及瓦斯赋存条件
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图1突出时瓦斯涌出量与煤层埋深关系
山西组是在太原组顶部前三角洲、三角洲前缘沉积基础上发育的三角洲体系的沉积［2］。3#煤层位于山西组中部，三角洲体系稳定的沉积环境造就了稳定的3#煤层。根据矿井地质勘探资料，3#煤层厚度为0.75~4.32m，平均2.33m，煤层结构简单，只在上部有1层0.03~0.05m厚的夹石层，夹石层层位稳定且分布甚广，极个别地区曾出现有中夹石层，厚度为0.20m，但范围很小。3#煤层在井田内均有分布，且厚度稳定，属于稳定的中厚可采煤层，只是在局部地区因受河流冲蚀使煤层变薄甚至尖灭，但范围不大。从整体看3#煤层东部较厚，西北部较薄，由东南往西北方向有逐渐变薄之势。3#煤层顶板为复合型顶板，主要为薄层的泥岩、砂质泥岩、中～粗粒砂岩组合而成。泥岩厚度为0.15～0.20m；砂质泥岩厚度为3.2～7.2m，平均为4.6m；中～粗粒砂岩厚度为4.4～11.2m，平均为7.4m。这种稳定的沉积环境、良好的煤层赋存以及致密的顶板条件共同创造了3#煤层瓦斯储存的良好条件［3］。通过对3#煤层实测瓦斯参数的分析，发现煤层埋深与瓦斯含量的相关性较强。随着埋深的增大，煤层瓦斯含量增大，瓦斯突出的主要动力因素——瓦斯压力随之增大，导致采掘工作面突出危险性增大。从历史瓦斯突出事故数据中也发现，当煤层埋深增大时，发生瓦斯突出事故时的瓦斯涌出量也相应地增大，如图所示。
2.3井田地质构造
新景矿井田整体位于阳泉矿区大单斜构造的西部，井田内构造形态主要为褶曲、断层、冲刷带及陷落柱，这4类构造形态的共同特征是构造规模较小，但多以构造群的形式出现。而矿井防突资料显示，3#煤层突出主要与向斜、断层及冲刷带相关。在向斜及断层附近常封存着大量高压瓦斯，同时存在较厚的构造软煤。当采掘活动打破这种原始的平衡状态时，就很容易发生瓦斯突出。冲刷带附近煤层均受到不同程度的破坏，煤层变软，甚至有些地方全层变软，煤体强度、厚度及透气性等都发生了变化，瓦斯突出较为严重；部分采煤工作面由于顶板受冲刷，直接顶变为坚硬白色的砂岩，厚度较大，强度高，不容易垮落，导致工作面煤体承压大幅增加，特别是靠近采空区侧，应力集中更为严重，这也是造成采煤工作面采空区侧瓦斯突出多发的主要原因。
3、瓦斯突出防治对策
根据以上对3#煤层瓦斯突出特征及影响因素的分析，对新景矿3#煤层瓦斯突出防治提出如下对策与建议：
（1）地质构造是3#煤层瓦斯突出的主要致灾因素之一，因此在日常生产过程中，应采用物探、钻探等技术手段，对工作面前方区域进行全方位探测。掘进工作面瓦斯喷出总次数比采煤工作面少，但是瓦斯突出总次数比采煤工作面多，且单次突出强度远大于采煤工作面，因此对于掘进工作面地质构造情况应予以特别关注。对于瓦斯突出事故频发的采煤工作面，除了要注意构造发育情况外，还应特别关注应力集中情况。
（2）K1值、动力现象等对工作面前方突出危险性较为敏感，应强化（特别是在构造影响区或瓦斯赋存异常区）突出危险性预测，密切关注瓦斯、煤体异常信号。同时，也应认识到传统预测技术手段的局限性，应建立并完善基于瓦斯涌出、矿压监测及声发射等在内的在线式、非接触突出危险性预警技术，弥补现行非连续的点预测方法的不足。
（3）下阶段瓦斯突出防治应向提质增效的方向发展。一方面，要继续巩固“7+3”瓦斯治理模式的有益成果；另一方面，也应认识到这种模式存在重措施、轻预测的不足，防突措施针对性不强，防突效果还有提升空间。因此，建议新景矿加强瓦斯动力灾害预警技术研究，建立符合新景矿实际的、涵盖突出危险发展时空关系的突出预警技术及方法，实现对矿井、采区及工作面突出危险性的全方位、在线监测及预警，扩展与细化“7+3”瓦斯治理模式，以达到更好的瓦斯治理效果。
结束语
（1）新景矿3#煤层瓦斯突出发生地点以采煤工作面为主，具有“分区分带”分布特征，且受地质构造带控制，事故前多有突出预测指标K1超标或明显的突出征兆，而且防突技术及管理水平的提高对瓦斯突出的抑制作用明显。
（2）新景矿3#煤层的物理性质决定了大量原始生成瓦斯被吸附在煤体内部微小的孔隙裂隙中，良好的沉积环境、稳定的煤层赋存以及封盖条件从宏观上限制了瓦斯向周围煤岩体逸散，小型构造造成了局部瓦斯分布失衡、煤体强度破坏与顶板受力不均，这些因素共同影响新景矿3#煤层瓦斯突出的发生。
（3）针对新景矿3#煤层瓦斯突出防治工作，提出如下建议：采用物探、钻探等技术手段探测构造及应力集中区域分布位置；密切关注瓦斯、煤体异常信号，强化危险性预警技术；扩展与细化“7+3”瓦斯治理模式，加强瓦斯动力灾害预警技术研究。
参考文献：
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［4］邱爱红，王海东.新景矿煤与瓦斯突（喷）出特征及其构造控制［J］.河南理工大学学报（自然科学版），2010，29（3）：306-311.
论文作者:徐文建1,李飞2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/14
标签：瓦斯论文; 煤层论文; 工作面论文; 矿井论文; 新景论文; 事故论文; 灾害论文; 《基层建设》2019年第32期论文;