煤与瓦斯突出预测

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工作面坑透发射点和接收点布置示意图
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• 破坏1显.2 三著因的素煤在层瓦,斯低突瓦出斯事不件中具的备主突体出位，置是浅变部换瓦的斯风 化带不发生突出。此时高瓦斯是主体。
• 地应力是突出因素也是激发突出条件。地应力作为
激发突出条件始终存在。当瓦斯和煤体结构破坏存
“湘、赣、豫煤与瓦斯突出带地质构 造特征”总结时提出七种类型。 断滑构造、扭褶断层（麻花状断 层）、扭褶构造（S型褶皱）、膝 状构造等。
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突出危险带地质 构造类型
压扭性逆断层带
紧闭褶皱发育地带
不协调褶皱发育地带
图式
典型矿井
立新矿蛇形山井、马田矿桐子山、艾和 山井、梅田矿区一、二、四矿
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绘制煤层顶底板岩石力学强度等值线平面图，根 据井下构造软煤观测点和突出点的力学强度值，预测 构造软煤分布区域。
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张集煤矿9煤
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张集煤矿9煤
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3 、煤层底板等高线构造曲率与煤体结构
煤层底板等高线曲
率反映了煤层产状、褶
Zi
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2）逆断层与煤体结构的关系
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3）褶皱与煤体结构的关系
八矿戊9-1012111采煤工作面小褶皱素描
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4）褶皱、断层组合与煤体结构的关系
顺层与切层断层及褶皱与煤体结构的关系图（戊9-1012111采面）
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5、煤层厚度与煤体结构的关系
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2.1
碎碎粉斑煤煤
糜棱煤 （糜碎棱粉煤煤 ）
0.7 淮北芦岭矿8煤
0.7
1.1
再
0.8
生
顶
0.5
1.4
再
0.9
生
0.6
顶
0.3
2.7
0.1
0.5
1.0 0.4
0.9 13
0.9
Байду номын сангаас2.8
2.1 0.9
1.0
1.4
0.0 848
1.4
1.9
2.0
848 -1
848 - 2
847
845 - 1
821-1
825 - 2
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2.3 煤体结构破坏规模和影响范围与地质 构造的型式和规模有密切关系。
• 据观测，带状破坏的规模与断层方 向、断层性质、所在盘位和断层落 差有关。
• 面状破坏规模与区域构造、褶皱形 式、顶底板岩性差异和煤层厚度等 有关。
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2.4 构煤造体类结：型构规模破坏的主要
糜 状，与上下分 光泽暗淡，
棱
原生结构遭
层呈构造不整
煤
到破坏
合接触
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煤体破碎程度
呈现较大的保 持棱角状的块 体，块体间无相 对位移
呈现棱角状块 体，但块间已有 相对位移
煤被揉搓捻碎, 主要粒级在 1mm 以上
煤被揉搓捻碎 得更小，主要粒 级在 1mm 以下
裂隙、揉皱 发育程度
内、外生裂隙 均可辨认，未 见揉皱镜面 煤体被多组互 相交切的裂隙 切割，未见揉 皱镜面
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平顶山八矿煤与瓦斯突出危险带
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13190采面瓦斯突出带预测与实际对比图
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基于煤层瓦斯参数的煤与瓦斯突出预测
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实测瓦斯地质参数曲线
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图45 十二矿16081机巷构造煤厚、揉皱系数曲线图
图46 十二矿16081瓦斯地质图
基于煤体结构的 煤与瓦斯突出预测评价技术
一、煤体结构
二、预测技术与方法体系
三、煤与瓦斯突出区域预测
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煤体破坏是瓦斯突出的主体
• 瓦斯突出综合假说：瓦斯、地应力和煤体破坏 • 三因素在瓦斯突出事件中的主体位置是变换的 • 几乎所有的煤与瓦斯突出的始突点都与构造煤
密切相关，构造煤具备瓦斯突出危险性的固体 和气体介质条件，是煤与瓦斯突出的必备条件。
在，往往突出发生起决定作用的是采矿应力的集中
而导致突出。地应力包括静压力、地质构造应力和
采矿应力三种，开采到一定深度时，地应力中应着
重考虑的采矿应力的集中。我们认为地质构造应力
形成了地质构造和煤体破坏后，应看作是一个结束
了的过程。
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1.3.2 构造煤在煤和瓦斯组成的系统中起的作用：
皱面弯曲程度的量化参
Wg
Zi-1 α
Wg，
数，煤层弯曲幅度越大，
R
曲率绝对值就越高，
结合褶皱中和面分析，
进行构造软煤预测 。
△h
Zi+1
△h，
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试井渗透率(10-3um2)
6
5
4
沁水盆地
3
2
1
0
0
0.1
0.2
0.3
构造曲率(10-4/m)
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焦作矿业学院袁崇孚教授1982年将煤体结构分为原 生结构煤、碎裂煤、碎粉煤和糜棱煤四类；
朱兴珊（1995）在对南桐矿区煤体结构研究的基础 上将煤体结构划分为二大类四型七种。
傅雪海（1999）结合地球物理测井曲线将煤体结构 分为：
原生结构~碎裂煤（Ⅰ类）
碎斑煤（Ⅱ类）
糜棱煤或碎粉煤（Ⅲ类）
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半亮型煤
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0.7
裂隙较发育，走向、倾角变化较大，线密度2 碎斑结构 ～3条/5cm
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3）显微观测
煤样
戊 9-10 煤
己 15 煤 己 16-17
丁 5-6 煤
扫描电镜显微裂隙观察成果表
平顶山八矿
煤岩成分
显微裂隙描述
镜煤 亮煤 暗煤
表面光洁，主要发育一组裂隙，比较平直，局部略有弯曲，连通性差， 裂隙内部大都未被充填或有少量充填，发育有少量孔隙（图 5-5a）。 表面不太光洁，显微裂隙不发育，连通性差、内部几乎无充填，各级 孔隙比较发育（图 5-5b）。 表面很不光洁，裂隙非常不发育，孔隙非常发育，局部甚至成片状出 现（图 5-5c）。
811
811
芦岭矿
3号
切眠
切眠
3号
机巷
上提
切眠
2号
3号
801
2021溜/3斜/3
掘进头 掘进头 溜斜 掘进头 机巷
掘 进 头 回 风石 门
溜 斜 11 溜 斜
平顶山八矿戊9-10煤层煤体结构
宏观煤 岩类型
煤岩 柱状
厚度(米) 煤体结构
裂隙特征
光亮型煤
0.6
碎斑结构
裂隙发育，走向为245°，倾角80°，线密 度约3条/5cm
类型
赋存状态
光泽和层理
和分层特点
原生 结构 煤
层状、似层状， 煤岩类型界
线清晰，原
与上下分层整
合接触
生条带状结
构明显
碎 层状、似层状 煤岩类型界
透镜状，与上 线清晰，原
裂
下分层呈整合 生条带结构
煤 接触
断续可见
碎 透镜状、团块 光泽暗淡，
状，与上下分
粉
原生结构遭
层呈构造不整
煤 合接触
到破坏
透镜状、团块
4、煤层厚度与煤体结构
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绘制煤厚变化指数等值线平面图，根据井下构造软煤观 测点和突出点的煤层厚度值，预测构造软煤分布区域。
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煤与瓦斯突出区域预测的任务
在生产矿井中划分突出煤层与非突出煤层 突出煤层中划分突出区（带）与非突出区（带） 突出区（带）中划分严重突出与一般突出。 为突出矿井在采区设计、掘进和回采阶段制定防 突措 施提供依据。
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2
构造软煤的特点
• 构造软煤发育区内，由于煤体微孔隙多，孔隙度 大、渗透性差而成为瓦斯富集带，或相对富集带；
• 构造煤具有瓦斯解吸快的特点；
• 构造煤发育区形成各向异性，是容易引起应力集 中的弱面。
• 构造煤强度低、抵抗外来破坏的能力最小、阻力 最小。
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一、煤体结构
半亮型煤 光亮型煤 半亮型煤
0.4
碎斑结构
裂隙较发育，走向为258°，倾角80°，线 密度2～3条/5cm
裂隙发育，走向为276°，倾角80°，线密 0.7 碎斑结构 度约3条/5cm
裂隙较发育，走向、倾角变化较大，线密度 0.3 碎斑结构 2～3条/5cm
糜棱煤
0.6
糜棱结构
光泽比较亮,呈鳞片状结构,手易捻成mm级的 粉末
造煤的存在和加厚是阻力变小，原生结构煤为
主或全部为原生结构煤是阻力加大。现今的开
采深度内，无构造煤的煤层或区、带成为非突
2021/3出/3 的原因也就是如此。
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2、构造煤受地质构造控制
2.1 构造煤有明显的地质构造特征：土状、粒 状、粉状、糜棱结构皆是原生结构煤破坏后 再胶结的结果。摩擦镜面揉皱和劈理发育是 一种构造现象。
水平应力等于铅直应力时对应的深度。
2）始突深度、压力
一个矿井或一个煤层第一次发生煤与瓦斯突出的 深度、瓦斯压力。
3）地质构造与煤体结构
一个矿井或一个煤层开拓区域内观察、描述、统 计，建立断层性质、断距、褶皱产生构造煤的类型、 宽度，注意褶皱中合面的位置。
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4）岩浆岩与煤质变化接触带 5）瓦斯含量、瓦斯压力
• 2.2 构造煤在煤层中的赋存状态 受地质构造 控制：
• 2.3煤体结构破坏规模和影响范围与地质构 造的型式和规模有密切关系。
• 2.4煤体结构规模破坏的主要构造类型：
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2.2 构造煤在煤层中的赋存状态 受地质构造控制：
• 煤层中构造煤赋存形式有线状（或 带状）破坏和面状破坏两种。线状 或带状破坏是与断裂构造伴生的。 煤体结构面状破坏主要是由层间滑 动构造所造成的。
1、定义
煤体结构是煤层在构造应力作用下形成的构造特征。
2、分类
基于煤与瓦斯突出的研究，原苏联矿业研究所（1958） 将煤体结构分为五类：
Ⅰ类－非破坏煤； Ⅱ类－破坏煤； Ⅲ类－强烈破坏煤（片状煤）； Ⅳ类－碎粉煤（粒状煤）； Ⅴ类－全粉煤（土状煤）。
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中国矿业大学瓦斯组1979年根据煤与瓦斯突出难易 程度把煤体结构分为甲、乙、丙三类；
萍乡青山矿硬子槽、英岗岭矿建山井、 枫林井
江西新华矿一井、湖南里王庙井坦家冲 井、金竹山矿一平峒
封闭断层之间的地堑式构造
焦作李封矿天官区
扭曲的直立煤层
萍乡青山矿大槽、硬子槽、湖南两市塘 矿区、立新矿咸沙坝井
具有波状起伏的单斜构造
湖南利民煤矿东翼、资江煤矿
透镜状煤包或薄煤带所包围 的厚煤带
红卫矿里王庙井、坦家冲井、新华一井、 梅田矿区
5
1
2
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3
4
1—原生结构煤；2—碎裂煤；3—碎粉煤；4—糜棱煤
6
原生结构煤
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碎粉煤
碎裂煤
鳞片状煤
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蜂窝状煤 粒状煤
网络状煤
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3、煤体结构的研究方法
1）煤心观测
原生结构煤
山西晋城
大多数因煤体强度较低，结构破碎，煤体 结构难以描述。
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2）井下观测
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ab
平顶山八矿
cd
ef
14
ef gh
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4、断层与煤体结构的关系
断 层 带 上 煤 体 结 构 分 布 示 意 图
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煤 体 结 构 素 描 图
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1）正断层与煤体结构的关系
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镜煤 表面光洁，裂隙发育 2 组，内部几乎被充填，孔隙不太发育（图 5-5d）。
亮煤 裂隙发育 1 组，裂隙内部无充填（图 5-5e）。
镜煤 表面光洁，裂隙较发育，局部充填，孔隙不太发育（图 5-5f）。
镜煤 表面比较光洁，发育 1 组裂隙，被充填，孔隙不太发育（图 5-5g）。
暗煤 表面不光洁，大孔隙较发育（图 5-5h）。
厚 煤 层 与 煤 厚 变 化 带 与 煤 体 结 构
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二、预测技术与方法体系
1、地应力场与煤体结构 2、煤层顶底板力学强度与煤体结构 3 、煤层底板等高线构造曲率与煤体结构 4、煤层厚度与煤体结构 5、地球物理测井曲线评价煤体结构
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1、地应力场与煤体结构
1）地1应、力现临界场深观度 测：包括
煤岩层和瓦斯组成的力学系统中，构造煤起到
了非常核心的作用。煤与瓦斯突出发生与否，
取决于地压和瓦斯膨胀能对煤壁所产生的消长
关系。这就是说，如果将煤与瓦斯突出当作一
个力学过程来考察，它必然有一个作用于物质
实体的动力，同时煤体也产生抵抗力，即阻力。
当阻力大于动力时，突出就被有效地遏制，而
阻力小于动力时，突出就不可避免地发生。构
构造镜面发育
构造、揉皱镜 面发育
手试程度
坚硬，手试不 动
较坚硬，手试 不动
易捻搓成毫米 级碎粒或煤粉
极易捻搓成粉 末或粉尘
10
10.0m
7.5m 煤
厚 5.0m (M)
2.5m
原生结构煤
1.8 0.5
1.0 1.2
1.7
再
生
1.3
顶
0.4
0.6
1.8
0.7
1.0
碎裂煤
1.0 1.0 0.9 0.8 0.7 0.4
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2、煤层顶底板力学强度与煤体结构
基于构造煤的形成与其顶、底板岩性、硬度、 力学性质的内在关系，采用顶、底板力学强度对构 造煤分布进行预测。
n
f hi fi i 1
f―顶板或底板10m内累计强度值，MPa； hi―顶板或底板中某种岩性的厚度，m； fi ―某种岩性的力学强度值， MPa； n ―顶板或底板累计到10m时不同岩性的层数。