区域危险性预测研究

安林煤矿六、八采区区域预测指标及临界值研究魏保安 1 朱振 2 王振刚1（1．河南安林煤业有限公司安林煤矿，河南安阳 455133；2．安阳鑫龙煤业（集团）有限责任公司通风防突部河南安阳 455133)摘要：通过对河南安林煤业有限公司六、八采区二1煤层瓦斯地质资料、煤层瓦斯赋存规律、采掘瓦斯涌出量等资料的统计与分析以及六、八采区二1煤层突出危险性预测参数的测定，选取合适的预测指标，并确定六、八采区区域预测临界值。

关键词：煤与瓦斯突出区域预测指标临界值煤与瓦斯突出是煤矿安全生产过程中重要灾害之一，对矿井各采区瓦斯赋存规律及突出参数进行研究, 能够准确、科学地预测矿井瓦斯突出危险区，以确保煤矿安全高效生产。

长期的区域突出预测实践表明，区域预测需要考虑突出矿井及突出煤层的地质条件，尤其是煤层瓦斯赋存和构造煤的发育条件。

随着安林矿井采深延伸煤层瓦斯含量高，导致煤与瓦斯突出危险性较大，制约了高产高效矿井建设，严重影响了该矿的安全高效生产[1-3]。

通过分析该矿井六、八采区的瓦斯赋存规律, 把瓦斯地质资料和指标预测技术结合起来, 对该采区的突出区域进行了预测, 为矿井的安全生产提供了技术依据。

1. 矿井概述河南安林煤业有限公司（以下称“安林煤矿”）隶属于河南省煤层气开发利用有限公司，自建井以来发生煤与瓦斯突出事故75次，其中100~500t的大型突出有16次，最大突出强度为450t。

1.1 井田地质构造和水文地质概况安林煤矿位于安阳～鹤壁煤田的中西部，位于太行山背斜与华北平原的过渡带，井田内地层自下而上为中奥陶统马家沟组，中石炭统本溪组，上石炭统太原群，下二迭统山西组，上二迭统石千峰组，第四系冲积物及黄土；矿区从总体上来看是一单斜构造，底层走向呈箕状波形变化，其内部中、小型断层构造比较发育，构造类型以高角度正断层、褶皱为主，部分地区受岩浆岩侵入。

该矿区位于珍珠泉域地下水径流带，井田内煤层埋深大、覆盖层厚、隔水性较好，在地表无露头，地表水不能直接补给主充水含水层。

通过分析：矿区水文地质条件相对简单，最大开采水平（-600m）时，预测正常涌水量为242.27m3/h，最大涌水量为484.54m3/h。

1.2 煤层赋存规律和煤质特征安林煤矿主采山西组二1煤层，该煤层全区可采且矿区范围煤层赋存标高为+60～-610m，埋深约68～769.90m。

煤层厚度0.91～8.25m，平均为4.69m；均方差为1.22，变异系数为26.0%。

煤层结构较简单，局部含一夹矸，夹矸厚0.07～0.25m，岩性一般为泥岩、炭质泥岩。

矿区煤为黑～灰黑色，以粒状为主，内生裂隙发育，可见镜煤条带；莫氏硬度为2～3度，视密度为1.51t/m3，真密度为1.61t/m3；该煤层宏观煤岩组分以亮煤为主，镜煤及暗煤次之，夹丝炭薄层和透镜体。

2.采区煤与瓦斯突出预测参数测定2.1 煤体破坏类型在六、八采区工作面进行煤体破坏类型跟踪观测，总体而言，揭露的煤体均不同程度上受到岩浆岩侵入影响。

煤体普遍较硬，为钢灰色，断裂面呈土状，致密坚硬，黯淡光泽块状，敲击时发出礑礑响声。

依据煤体破坏类型的分类，该采区煤体破坏类型为I 、II 类煤，未发现典型的构造煤。

2.2煤坚固性系数和瓦斯放散初速度测定根据煤坚固性系数和瓦斯放散初速度测定方法，在安林煤矿六、八采区范围采掘巷道内采集新鲜煤样进行预测参数测定，测定结果见表1所示。

表1 煤的坚固性系数及瓦斯放散初速度测定结果表由煤坚固性系数和瓦斯放散初速度测定结果可知，安林煤矿六、八采区二1煤层由于岩浆岩侵入，均为高变质程度的天然焦、天然半焦和超级无烟煤等高变质系列的煤。

煤体普遍较硬，构造煤不发育，煤壁煤体完整、用手难以掰开，块状、条带清晰明显。

六采区所测坚固性系数f 值在0.59~0.79之间，瓦斯放散初速度△P 在2.0~5.0之间；八采区所测坚固性系数f 值在0.63~1.20之间，瓦斯放散初速度△P 在1.0~7.0之间。

由实际测定的预测参数得出：六、八采区二1煤层预测区域的煤体结构不具备发生煤与瓦斯突出危险。

2.3 煤层瓦斯含量及压力测定煤层瓦斯含量是单位质量煤中所含的瓦斯体积（换算为标难状态）量，单位是m 3/t 或ml/g ，现场测定采用钻屑解吸法实测煤层瓦斯含量。

钻屑解吸法的测定原理是：井下采集煤样，实测煤样的瓦斯解吸量，根据煤样的井下瓦斯解吸规律推算煤样采集过程中的损失瓦斯量，然后测定煤样的残存瓦斯量，最后根据煤样的取样损失瓦斯量、井下瓦斯解吸量、残存瓦斯量和煤样重量计算煤层瓦斯含量[4-5]。

根据钻屑解吸法测定瓦斯含量的基本原理和《防治煤与瓦斯突出规定》（2009）、《煤与瓦斯突出危险性区域预测方法》（GB/T25216-2010）中的相关规定，对安林煤矿六、八采区范围内煤层瓦斯含量测点进行了合理布置；由于六、八采区受到一定测定条件的限制，因而采用间接法对采区二1煤层的瓦斯压力进行测定，即先测定煤层原始瓦斯含量，然后利用朗格缪尔方程反算煤层原始瓦斯压力[6]。

编号 测试位置 所在 采区煤体破坏类型 ΔPf1 26082上顺槽口 六采区Ⅰ类 2.0 0.74 2 26062下顺槽距迎头20mII 类5.0 0.65 3 26062下顺槽距开口50m II 类 2.0 0.59 4 26062下顺槽距开口100m Ⅰ类 3.0 0.79 5 28061上顺槽距开口80m 八采区Ⅰ类 2.0 1.20 6 28061上顺槽距开口150mⅠ类 1.0 1.07 7 28061联巷Ⅰ类1.5 1.11 8 28061C 上顺槽距开口200m Ⅰ类 1.0 0.86 9 28071上顺槽距开口100m II 类 7.0 0.63 1028071上顺槽距开口200mⅠ类 5.5 1.04煤层瓦斯含量和瓦斯压力关系满足如下公式：γπPadMad M d A bP abP W 1031.0111001001++∙--∙+=式中：W ——煤层瓦斯含量，m 3/t ；a,b ——吸附常数；P ——煤层绝对瓦斯压力，MPa ；A d ——煤的灰分，%；M ad ——煤的水分，%；π——煤的孔隙率，m 3/m 3；γ——煤的容重（假比重），t/m 3。

根据现场测定的六、八采区煤层瓦斯含量结果，并结合上式可反算出煤层瓦斯压力， 其采区瓦斯含量及压力的结果如表2所示。

表2煤层瓦斯含量及压力测定结果测点采样位置采区气体成分（%）瓦斯含量 (m 3/t)绝对瓦斯压力（MPa ） CO 2CH 4 N 2 1 26062下顺槽距开口250m 六采 区19.86 71.14 9.00 3.51 0.26 2 26062下顺槽距开口100m18.4374.067.513.650.203 26082上顺槽口 28.2267.434.354.220.334 副轨道下山180m 36.55 59.22 4.23 3.35 0.25 5 副轨道下山70m 38.10 59.73 2.17 3.61 0.276 28061C 上顺槽距开口200m 八 采 区36.35 55.55 8.10 3.43 0.39 7 28061C 上顺槽与联络巷交叉点33.57 65.32 1.11 3.61 0.51 8 28061联络巷80m 17.96 72.62 9.42 4.62 0.36 9 28061上顺槽距2片盘250m 25.1462.7512.114.280.3610 28061上顺槽距2片盘100m 9.79 78.33 11.88 5.23 0.45 11 28071上顺槽距3片盘120m 28.43 69.02 2.55 5.89 0.53 12 28071上顺槽距3片盘260m15.35 71.39 13.26 5.21 0.50 1328051下顺槽14.5378.247.236.390.52注：进行煤层瓦斯压力间接计算时考虑了CO 2和N 2成分。

根据现场瓦斯含量测定结果，六采区二1煤层瓦斯含量在3.35~4.22m 3/t 之间，瓦斯压力在0.20~0.33MPa 之间；八采区二1煤层瓦斯含量在 3.43~6.39m 3/t 之间，瓦斯压力在0.36~0.53MPa 之间。

采区内测定的瓦斯中甲烷成分均小于80%，因测定结果中气体成份的影响，利用间接法计算的结果仅供突出预测时参考。

3. 突出区域预测指标及临界值3.1 突出区域预测指标的选取《防治煤与瓦斯突出细则》确定的煤层区域突出预测指标方法：单向指标法、综合指标法及瓦斯地质统计法[7-8]。

其单项指标法提出了以煤的破坏类型、瓦斯放散初速度、煤的坚固性系数和瓦斯压力作为突出区域预测指标。

安林煤矿煤的破坏类型全部是I、II类煤，现场测试的瓦斯放散初速度全部小于10，煤的坚固性系数基本上都大于0.5。

因此，判断某区域是否具有煤与瓦斯突出危险性，主要考察采区瓦斯压力指标。

考虑到安林煤业有限公司六、八采区二1煤层受岩浆岩侵入比较普遍，岩浆岩入侵对六、八采区瓦斯赋存影响较大，因此应根据安林煤矿六、八采区的实际情况确定把煤层瓦斯含量及瓦斯压力作为预测指标，其依据主要有以下三个方面：（1）安林煤矿突出具有明显的区域性：在安林煤矿开采的三个采区中，只有三采区发生过煤与瓦斯突出，六、八采区从未发生过煤与瓦斯突出；安林煤矿二1煤层始突深度为262m。

将岩浆岩侵入区（六、八采区）划为一个瓦斯地质单元，该单位为低瓦斯区；将未受岩浆岩侵入的区域（三采区）划为一个瓦斯地质单元，该单元为高瓦斯区并多次发生突出事故。

（2）突出的分区带性主要是因为岩浆岩的活动所决定的：安林煤矿六、八采区区内受岩浆岩入侵严重，导致采区内二1煤层中瓦斯含量相对邻近三采区瓦斯含量较低。

（3）安林煤矿六采区已基本采完，在采掘过程中瓦斯涌出量较低，且没发生过动力现象；在回采的八采区，由于受岩浆岩入侵影响，瓦斯涌出量同样不大，在掘进和回采过程中未发生过动力现象。

3.2 区域预测指标临界值的确定通过对安林煤业有限公司六、八采区二1煤层瓦斯地质资料、煤层瓦斯赋存规律、采掘瓦斯涌出量等资料的统计与分析，并结合采区二1煤层突出危险性预测参数的测定，综合分析得出：（1）六、八采区二1煤层由于岩浆岩侵入，均为高变质程度的天然焦、天然半焦和超级无烟煤等高变质系列的煤，六采区所测坚固性系数f值在0.59~0.79之间，八采区所测坚固性系数f值在0.63~1.20之间；煤体坚固性系数指标未达到发生突出煤体结构的临界值。

（2）六采区所测定的瓦斯放散初速度△P在2.0~5.0之间，八采区所测瓦斯放散初速度△P在1.0~7.0之间，煤的瓦斯放散初速度指标未达到发生突出煤体结构的临界值。

（3）采区二1煤层普遍较硬，构造煤不发育，煤壁、煤体完整、用手难以掰开；属块状结构、条带清晰明显，属Ⅰ、II类煤。