重力滑动构造对煤与瓦斯突出的控制作用研究

在以往大量瓦斯基础测试参数与瓦斯地质资料分析的基础上,对华北某矿区重力滑动构造对煤与瓦斯突出的控制作用进行了研究。结果显示,在重力滑动过程中,煤体的原生结构发生改变,煤层厚度出现较大变化,煤的变质程度提高,生成了大量的瓦斯。同时,在张力和应力的作用下,重力滑动构造后缘造成煤层顶板裂隙,形成大量高角度正断层,能够逸散少量瓦斯,但不利于发生瓦斯突出。重力滑动构造前缘形成逆冲断层组合,煤层顶板的气密性增强,阻碍了瓦斯的逸散,但连接点以深瓦斯含量急剧增加,易造成煤与瓦斯突出事故的发生。     

向斜构造煤与瓦斯突出机理探讨

为了确定向斜构造煤与瓦斯突出机理,从应力、煤体结构特征和瓦斯压力及含量等方面对向斜构造进行了分析.利用弹性梁的应力、应变理论,分析了煤层与围岩组成的软硬互层系统的层间滑动特征和应力-应变特征、煤体宏观与微观结构特征、瓦斯压力与瓦斯含量分布特征.研究表明,向斜构造的两翼与轴部中性层以上为高压区,中性层以下为相对低压区,距离向斜轴部越近,主应力及其梯度越大.向斜构造形成过程中的层间滑动造成煤体原生结构遭到破坏,煤体强度降低,煤层增厚.向斜构造部位瓦斯生成量亦相对较高,同时中性层以上煤(岩)体中的裂隙和孔隙被压密、压实而闭合,阻止了下部瓦斯的向上逸散,中性层以下的张性作用下的断裂或折裂面、煤体中的割理、节理等降低了解吸压力,形成良好的瓦斯聚集空间,也有助于煤层中吸附瓦斯的解吸,使得向斜轴部瓦斯含量较高.向斜构造同时具备的高地应力、高瓦斯压力(含量)和构造煤发育等3个因素是其发生煤与瓦斯突出的主要原因.     

Nappe structure＇s kinetic features and mechanisms of action to coal and gas outburst

逆冲推覆和重力滑覆的共性特征是存在一个以相对低的强度和高的剪切应变为特征的滑脱面或拆离层,分隔着其上下力学性质和应变特征不同的两盘。推覆构造对煤与瓦斯突出的作用机制主要表现为2个方面：①推覆构造形成过程中低角度滑动对煤体产生广泛的压剪作用,使得煤层作为相对软弱层面结构发生广泛的层域破坏和面域破坏,构造煤非常发育;②推覆构造的挤压应力环境以及地层增厚效应为瓦斯赋存提供了有利条件,低角度的主滑断裂面（大多为逆断层或逆掩断层）往往构成较好的瓦斯封闭系统,对瓦斯的赋存起一定的控制作用;推覆构造派生的具有压性特征的结构面形成了对煤层瓦斯系统的封闭作用。总体上推覆构造对煤与瓦斯突出的作用机制体现在其为煤与瓦斯突出创造了物质基础——高含量的瓦斯和低强度的煤体。     

推覆构造的动力学特征及其对瓦斯突出的作用机制

逆冲推覆和重力滑覆的共性特征是存在一个以相对低的强度和高的剪切应变为特征的滑脱面或拆离层,分隔着其上下力学性质和应变特征不同的两盘。推覆构造对煤与瓦斯突出的作用机制主要表现为2个方面：① 推覆构造形成过程中低角度滑动对煤体产生广泛的压剪作用,使得煤层作为相对软弱层面结构发生广泛的层域破坏和面域破坏,构造煤非常发育;② 推覆构造的挤压应力环境以及地层增厚效应为瓦斯赋存提供了有利条件,低角度的主滑断裂面(大多为逆断层或逆掩断层)往往构成较好的瓦斯封闭系统,对瓦斯的赋存起一定的控制作用;推覆构造派生的具有压性特征的结构面形成了对煤层瓦斯系统的封闭作用。总体上推覆构造对煤与瓦斯突出的作用机制体现在其为煤与瓦斯突出创造了物质基础--高含量的瓦斯和低强度的煤体。     

地应力对瓦斯压力及突出灾害的控制作用研究

为考察地应力对瓦斯压力与突出灾害的控制作用,通过理论分析和现场实例验证相结合的方法,分析了地应力的演化特征及构造应力对煤体结构、瓦斯压力和突出灾害的控制作用规律。研究结果表明：构造应力的演化对煤层瓦斯赋存及运移起主导控制作用,含煤地层在高构造应力作用下其煤层瓦斯压力梯度可能远超过静水压力梯度,形成高的瓦斯压力;在强烈构造运动作用下形成的构造煤具有煤体强度低、瓦斯吸附和放散能力强等特点。由于地应力对煤体结构和瓦斯压力均起到控制作用,可以认为地应力在突出灾害中起主导控制作用,是煤体破坏的主要动力,也是高压瓦斯存在的前提。最后文中以祁南煤矿72煤层的瓦斯突出灾害特征验证了构造应力对突出灾害的主导控制作用。     

岩浆侵入对煤与瓦斯突出的控制作用研究

从祁东矿岩浆侵入的形成机制入手,分析了岩浆侵入分布特征,岩浆岩侵入对煤体结构、构造煤的成因及分布、瓦斯异常赋存的影响,阐明了岩浆侵入对煤与瓦斯突出的控制作用。研究结果表明:岩浆以顺煤层上部侵入为主,改变局部煤层的顶板岩性,形成致密的隔气层;导致煤层、煤质在垂向上煤级分带异常显著,二次生烃含气量增加显著,二者控制着瓦斯异常富集赋存;构造运动伴随岩浆活动,形成构造煤和局部应力集中区,应力分析得出,中央回风下山巷道走向为近SN向,与最大主应力方向夹角大,巷道在掘进过程中煤体承受应力较大,产生构造煤,同时,构造煤特性决定其抵抗外来破坏的能力小,造成了该区域频繁发生动力现象。     

构造煤分布规律及对煤与瓦斯突出的影响

通过对四川省主要矿区内晚二叠世和晚三叠世2个含煤地层中的构造煤进行研究,认为构造煤在不同构造位置、不同时代及不同煤层的分布有很大差别,构造煤的分布总体表现出分区性和选层发育的特点:盆地内部受构造应力作用较弱,是煤体结构破坏程度较弱的区域,挤压构造带内最厚的煤层构造煤最为发育.分析四川省煤与瓦斯突出资料,得出构造煤最发育的区域和层位,也是煤与瓦斯突出最严重的区域和层位.煤体结构及构造煤的发育程度对煤与瓦斯突出起着重要的控制作用.     

海孜矿中组煤层瓦斯赋存地质因素分析

为了掌握海孜矿中组煤层瓦斯赋存规律,基于矿井地层演化史及构造特征,探讨了海孜矿地层演化过程及构造对中组煤层瓦斯赋存的控制影响。结果表明:燕山早中期形成的巨厚火成岩使下伏的中组煤层发生"二次成气",产生大量的瓦斯,提高了中组煤层的变质程度和瓦斯吸附能力;火成岩厚度较大且渗透性低,圈闭了中组煤层大量瓦斯;矿井发育的层间滑动构造破坏了中组煤层的煤体结构,使煤层软分层厚度增加,煤层出现局部厚度变化过渡带,增大了中组煤层煤与瓦斯突出的可能性。     

滑动构造对马岭山矿区二1煤层瓦斯突出的控制作用

为查明滑动构造下马岭山矿区煤层突出的特点和控制突出发生的因素,采用瓦斯地质分析和实验室参数测定相结合的方法,通过与其他矿井煤层参数的对比,研究滑动构造对马岭山矿区发生煤与瓦斯突出的影响因素。结果表明,受滑动构造的控制,马岭山矿区瓦斯赋存特征为：在瓦斯风化带下限周围,煤层瓦斯含量梯度较未受滑动影响煤层增大5.1倍。矿区煤体强度极低,多数煤的坚固性系数小于0.3,煤的孔隙率与未受滑动构造影响煤层相比下降了60%。控制突出发生的主要因素为煤层厚度,矿区内突出均发生在煤厚大于3 m的区域。这些特点使矿区内矿井往往从低瓦斯矿井直接升级为煤与瓦斯突出矿井。     

平煤十二矿瓦斯地质特征分析

以瓦斯地质理论为基础,分析了平顶山十二矿区域构造对煤田构造分布的控制,通过研究矿井构造分布与演化特征,得出了煤层瓦斯和构造煤的分布规律,含煤地层经历多期构造运动综合作用、互相叠加,加剧了煤层瓦斯积聚和集中涌出程度,滑动构造对煤层变形、破坏和构造煤的形成起控制作用。认为含高能瓦斯的构造煤发育区是煤与瓦斯突出发生的危险地带,为矿井瓦斯灾害治理提供了参考。     

魏家地煤矿瓦斯地质规律及突出危险性研究

通过对魏家地煤矿地质构造、煤层顶底板岩性、煤的变质程度及煤岩组分、煤层厚度及结构、煤层埋藏深度等分析研究,总结了瓦斯赋存的规律,同时也对煤与瓦斯突出危险性进行了分析研究,这一成果可以对今后矿井瓦斯防治乃至煤层气的抽采利用提供技术依据。     

艾维尔沟矿区构造及其演化对煤层瓦斯赋存的控制

为了明确构造及其演化对艾维尔沟矿区煤层瓦斯赋存的控制作用,采用现今地应力实测、含煤盆地埋藏史-热史模拟、现场资料统计分析等方法,对矿区地应力状态、含煤地层埋藏史、煤层变质作用、瓦斯生成与散失、煤与瓦斯突出危险性等开展研究。研究表明:艾维尔沟矿区现今地应力状态为构造挤压应力状态,最大主应力方向为NE-SW向;矿区侏罗纪煤系地层主要经历了2个大的演化阶段,第Ⅰ阶段为快速沉降并于晚侏罗世达到最大埋深约4 300 m,煤层受到深成及区域双变质作用,经历最高古地温137~192℃,形成第1次生气高峰;第Ⅱ阶段由于受到燕山运动及喜马拉雅运动构造挤压的影响,煤系地层从晚侏罗世-早白垩世开始发生倾斜并持续抬升剥蚀,煤层快速冷却降温,煤层瓦斯发生逸散;矿区内深成变质及区域热变质作用直接导致了矿区内煤级及瓦斯生成量具有垂向和水平2个梯度,局部差异化构造及演化直接导致了矿区内各矿之间煤层瓦斯保存条件的差异性;受现今构造挤压地应力状态、地质构造及其演化的控制作用,艾维尔沟矿区垂向上向斜轴部(北翼深部)较北翼浅部更具有煤与瓦斯突出危险性,平面上矿区西部2130煤矿地区较中部地区1930煤矿地区更具有煤与瓦斯突出危险性,东部1890煤矿地区次之。     

常村煤矿煤与瓦斯突出区域预测

为了预测常村煤矿煤与瓦斯突出区域,结合3号煤层瓦斯含量和压力、构造煤厚度、底板构造曲率、顶底板相对力学强度等方面特征,构建了3号煤层煤与瓦斯突出危险区、威胁区和非突出区的指标体系,结果表明:煤层瓦斯含量大于6.89m3/t、压力大于0.74MPa,单层构造煤累计厚度大于3.0m,煤层底板构造曲率|K|>50×10-6m-1,煤层顶底板相对力学强度大于20的区域是煤与瓦斯突出危险区。     

首山一矿大采高综采工作面瓦斯治理技术研究与应用

首山一矿现主采己组（二₁）煤层透气性低、煤体松软、煤与瓦斯突出危险性严重,且大多不具备合适保护层的煤层条件,属于高应力低透气性松软突出煤层。煤层赋存条件差,顶板破碎,瓦斯涌出异常,突出危险性严重,瓦斯压力大,严重导致矿井采掘接替失调。正在开采的己_15-17-12090综采工作面开采高度达到6 m,目前属于平煤集团开采高度最大的综采工作面,采面内煤层结构较为简单,以亮煤为主,玻璃光泽,煤层厚度有一定变化,采面煤层厚度为合层状态,采面己_15-17煤层厚度一般为3.2～6.7 m,平均厚6.2 m,为了提高本煤层瓦斯释放效果,保证综采工作面安全回采,采取在己_15-17-12090综采工作面中煤巷施工水力造穴技术,水力造穴装置前端封闭,具有造穴功能,实现了不退出钻杆钻进、造穴一体化的作用,高压水对煤层进行造穴后形成的洞穴空间,提高煤层的透气性和瓦斯释放能力,经过研究证明:采用水力造穴综合治理技术之后,工作面回风流瓦斯浓度高的问题得到很好的缓解,保证了矿井的安全高效生产,为相关地质条件的采煤工作面瓦斯治理提供参考。     

基于层次分析法的煤与瓦斯突出预测研究

为了对煤与瓦斯突出进行预测，采用层次分析法研究了煤与瓦斯突出预测方法，分析了煤与瓦斯突出因素，对煤与瓦斯突出瓦斯压力和瓦斯含量临界值进行了确定。建立了煤与瓦斯突出的相关指标的层次分析模型。研究得出，某矿5号煤层的煤层瓦斯压力指标临界值为0.68 MPa，5号煤层瓦斯含量指标临界值为10.8 m³/t；影响煤与瓦斯突出的指标依次为煤的破坏类型和坚固性系数、顶板强度和厚度、煤层厚度、瓦斯压力、地质构造、瓦斯含量和埋深。研究为类似条件下煤与瓦斯突出预测提供了技术支持。     

浅析七五煤矿煤层瓦斯含量的控制因素

在综合分析煤矿瓦斯地质条件的基础上,探讨了煤层吸附性、煤围岩特征、煤层厚度及其变化、煤体结构和地质构造区域演化、煤层顶底板岩性、煤层埋深和矿井构造对瓦斯赋存和突出的控制作用,得出结论:煤层中瓦斯的含量受许多地质因素控制,目前所含的瓦斯是各种地质因素综合作用的结果.     

煤与瓦斯突出危险性综合判识方法研究

针对我国现采用的煤与瓦斯突出鉴定方法不能准确判定煤层是否具有煤与瓦斯突出危险性的问题,基于煤与瓦斯突出的演化过程,建立了煤与瓦斯突出激发过程的极限平衡方程,推导出了激发突出的判据关系式,表明突出发生与否直接与煤体强度、瓦斯压力、煤层方向应力和顶板支承压力相关,并与采高、支护作用等因素间接关联。结合典型的煤层物理力学和瓦斯参数,采用现有突出危险性鉴定方法和所建立的综合判识方法分别进行计算,并利用数值模拟方法进行验证,得出的综合判识方法对煤与瓦斯突出危险性的评价更为准确。     

豫西芦店滑动构造区瓦斯地质灾害的构造控制作用

针对豫西芦店滑动构造区二₁煤层瓦斯突出问题的特殊性，通过大量野外地质调查和室内研究工作，从构造岩石学基本理论着手，讨论了构造区矿井瓦斯地质灾害的表象、机理和构造控制作用.研究结果表明：由于滑动构造区煤层顶板不同的结构类型，导致矿井瓦斯保存条件的差异；滑动构造前缘挤压带内强烈的挤压应力作用是本区瓦斯突出的根本原因；控制采空区顶板的二次瓦斯源是治理滑动构造区瓦斯地质灾害的根本之策.     

地质构造物理环境对煤与瓦斯突出的影响综合分析

通过对构造煤特征、构造应力场特征、地质构造带煤层瓦斯赋存规律和构造组合特征的综合论述,分析了地质构造物理环境对煤与瓦斯突出的影响。分析表明:构造煤分层的存在为煤与瓦斯突出的初始激发和持续发展创造了有利条件,地质构造破坏复杂程度、构造带煤层瓦斯赋存状态、构造应力场叠加和构造煤发育是影响突出发生的关键因素,增加了突出发生的危险性。提出了构造物理环境和采掘活动等扰动因素的综合作用控制地质构造带的煤与瓦斯突出。     

煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值研究进展

煤与瓦斯突出预测是突出煤层2个"四位一体"综合防突措施的关键环节,对确定突出预测敏感指标及其临界值具有重要意义。以往突出预测敏感指标及临界值的确定,包括地应力指标和瓦斯指标,是通过现场反复测试、试验确定的;而现今的突出防治管理模式不支持这种方法,故只能采取实验室试验研究,主要是针对瓦斯相关指标的研究,结合部分现场验证来确定。选取大隆矿12煤、芦岭矿8煤、祁南矿3煤、朱仙庄矿10煤、童亭矿7煤和新景3煤等6个煤样,煤种涉及中等变质程度的气肥煤到高等变质程度的无烟煤,试验研究了各煤样瓦斯压力P与瓦斯含量W,瓦斯压力P与钻屑瓦斯解吸指标K_1和Δh_2,以及钻屑瓦斯解吸指标K_1与Δh_2之间的关系规律。结果表明:突出预测的瓦斯指标之间具有单值对应关系,但各煤样的这种对应关系是变化的,国家相关标准给出的突出预测指标建议临界值之间并不对应,也不能完全反映煤层的实际突出危险性与突出严重程度,不同变质程度煤层很难存在统一的临界值;应用煤层瓦斯相关指标之间的对应关系,结合突出煤层的实际,如始突深度、突出动力现象、钻孔动力现象等,可间接确定突出预测敏感指标的临界值。同时,未来精细化的突出防治对突出预测敏感指标有更高的要求,进一步研究的方向应包含反映地应力状况、小构造影响下煤层赋存、预测煤层潜在突出强度的指标,以及适应突出灾害差异性的新突出预测方法及措施效果检验方法。