地质构造对煤与瓦斯突出的影响
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作者: 张亚冉
[摘要]煤与瓦斯的突出是煤体与瓦斯受力失衡而引起的一种强烈的动力现象。其突出受瓦斯压力、地应力和煤体物理力学性质等因素综合影响和控制。
[关键词]煤与瓦斯突出 地质构造
一、引言
所谓煤与瓦斯突出是指在压力作用下,在极短的时间内,由煤体向巷道或采场空间抛出大量的煤炭,并喷出大量的瓦斯,不仅会造成人员伤亡,还会造成国家财产损失。因此,煤与瓦斯突出是严重威胁煤矿安全生产的重大自然灾害之一。地质构造是广泛存在的一种地质现象,它影响煤矿建设生产,是各种地质因素中最重要的因素之一。它不仅影响生产而且是影响煤厚、岩浆侵入、矿井瓦斯、水等的控制因素,同时也是诱发各种事故的因素之一,是诱发煤与瓦斯突出的主要因素。煤与瓦斯突出与地质构造是有密切关系的。为安全生产、防治煤与瓦斯突出必须加强地质构造的预报,及做好其它一些地质工作。
煤与瓦斯突出的预兆分为无声预兆和有声预兆两类。(1)无声预兆。①煤层结构变化,层理紊乱,煤层由硬变软、由薄变厚,倾角由小变大,煤由湿变干,光泽暗淡,煤层顶、底板出现断裂,煤岩严重破坏等。②工作面煤体和支架压力增大,煤壁外鼓、掉碴、煤块进出等。③瓦斯增大或忽小忽大,煤尘增多。(2)有声预兆煤爆声、闷雷声、深部岩石或煤层的破裂声、支柱折断等。
每次突出前都有预兆出现,但出现预兆的种类和时间是不同的,熟悉和掌握预兆,对于及时撤出人员、减少伤亡具有重要的意义。
二、地质构造与煤与瓦斯突出的关系
1.根据大量研究成果说明,对褶曲构造来说,褶皱强烈或紧密褶曲部位,不协调褶皱、层间滑动或层间揉皱发育地带、煤层产状变化大的块段、中小型向斜轴部、背斜倾伏段以及背斜中和面以下部位,牵引褶曲部位等,均是突出多发部位。
2.断层对突出的影响比较复杂,大量研究实测资料和研究成果表明,突出具有明显的分区分带性,地质构造尤其是断层构造控制突出的分区分带性。一般认为断层的产生是地应力释放的过程,因而断层的产生在一定程度上减少了突出的危险性,但是在很多时候断层又作为煤与瓦斯突出的初始通道或突破口,因而需对其进行具体分析与研究。断层的性质不同其对突出的作用及影响截然不同,一般情况下,压性或压扭性断层为封闭性构造,瓦斯含量较高、瓦斯压力大、因而突出危险性也大;张性断层属开放性构造,突出危险性小或者不突出。在封闭的边界条件下,小断层密集发育的地带特别是低级别压扭性断裂发育地段、压性或压扭性结构面间所夹的块段、地堑式构造的中间块断等,均易发生突出。
对于压性或压扭性封闭性断层,根据实测资料,其瓦斯压力分布具有一定的规律性,断层带附近,瓦斯压力及瓦斯涌出量一般比较小,随着距断层距离的增加,其瓦斯压力及瓦斯涌出量有一定的增加并存在较高的峰值,至一定的距离后又变为正常值,从而在距断层一定的范围内存在低值区、高值区和正常区。工程实践表明,突出点通常都在瓦斯压力及瓦斯涌出量升高区范围内。另一方面,压性或压扭性断层对突出的控制作用及其分布特征与断层带的应力分布状态是相对应的,一般认为断层是应力集中的部位,事实上这种说法并不准确,断层带中的应力状态反而相对比较低,如果说其中应力较大,只能理解为其应力值与断层带本身很低的强度相对比较而言的,而在断层两侧其应力状态显著变化,不但应力值显著增加而且主应力的作用方向亦有明显变化,只是在距断层一定距离以外,其应力状态才逐渐恢复到正常的应力状态。
地质构造对突出有控制作用,但并不是所有的构造带内都发生突出,不同的地质构造,同一地质构造的不同块段,对煤与瓦斯突出的控制作用是不同的,掌握好这些规律对煤与瓦斯突出预测有一定的指导意义。
三、地质构造对煤体结构破坏的影响
在煤与瓦斯突出的机制中,煤体物理力学性质主要受煤的机械强度制约,煤的机械强度越小突出阻力就越小,突出发生的可能性就越大。煤的机械强度受煤体结构的制约,因此,煤体结构一定程度上反映了与瓦斯突出的难易度,控制着突出的发生。
煤体结构是指煤的构造结构。从地质意义上来说,煤体结构实际上是一种构造形迹特征,它反映了煤层应变历史和应变特征。原生结构的煤结构稳定,层理好、煤质强度高;而原生结构遭受破坏后,煤层层理紊乱,破碎严重,煤质松软酥碎,强度低。构造煤就是煤层受密集构造严重破坏的结果,其特殊的结构成为瓦斯集中区和应力弱面区,构造煤区长为煤与瓦斯突出的高发带。
构造应力的作用,一方面使煤体产生密集的裂隙,煤体结构遭到破坏,煤体的机械强度减小,抵御外力作用的能力变小,突出阻力和突出所需的能量降低;另一方面煤体结构遭到破坏,煤的孔隙间距和内表面积变大,煤分层空隙率大,可以保存更多的游离瓦斯,透气性差,一般能保持较高的瓦斯压力,这为突出创造了动力条件。同时,构造应力的作用下,煤体结构遭到破坏,之后碎块间发生相互挤压,摩擦和揉搓,煤体碎块逐步变小,甚至在其他高强度的作用力下,媒体碎块会变为粉末状,使煤与瓦斯突出往往发生在构造煤分层发育的地段。
构造煤发育区域为瓦斯突出的高发带,掌握和研究“构造煤”形成规律和空间分布状态,对研究煤与瓦斯的突出的发生条件,预测突出的可能性和强度,都有巨大的实际意义。因此,在实际生产中,地质人员应对构造煤有足够的专业敏感度,遇到构造煤区,就应特别注重研究该区的地质构造状况,力求准确判断该区煤与瓦斯突出的可能性,精确预测突出的规律。但是我们不能仅凭构造煤来判断突出事件是否会发生或预测煤与瓦斯突出分布规律,因为煤与瓦斯突出是受瓦斯压力、地应力、煤体特征及围岩条件等多种因素综合影响、控制的。或者说,一定厚度的构造煤的存在是煤与瓦斯突出发生的基础和必要条件,但并非是煤与瓦斯突出的充分条件。
四、结论
综上所述,煤与瓦斯突出与地质构造的关系在煤矿正常生产进程中非常重要,因此必须充分做好地质预报工作,加强对突出煤层管理工作,采取各类安全防范措施,减少突出事故发生,做好安全生产工作。
参考文献:
[1]蔡树中.煤与瓦斯突出与地质构造的关系[J].煤炭技术,2008,(4).
[2]刘昭伦.地质构造对煤与瓦斯突出的控制作用[J].科技资讯,2006,(8).
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