斯派爾煤礦瓦斯動力現(xiàn)象及預(yù)測分析

摘 要：煤礦瓦斯動力是一種煤礦瓦斯涌出現(xiàn)象，具體是指存壓在煤層中的瓦斯向外涌出，產(chǎn)生了瓦斯動力，有瓦斯動力參與的瓦斯涌出被稱為瓦斯動力現(xiàn)象。煤與瓦斯現(xiàn)象是瓦斯涌出的一種重要現(xiàn)象，這種現(xiàn)象成因比較復(fù)雜，主要發(fā)生在巷道周圍，煤層會發(fā)生運動并產(chǎn)生聲響。許多煤礦都有發(fā)生煤與瓦斯現(xiàn)象，這種現(xiàn)象嚴(yán)重地危害了煤礦的安全生產(chǎn)，也會影響到煤礦工人的生命安全。很多礦井礦井瓦斯動力現(xiàn)象時有發(fā)生，甚至非常頻繁，瓦斯動力現(xiàn)象給很多煤礦帶來了嚴(yán)重的困擾，為此很多專家投入了大量的精力和金錢對此展開研究，但仍未能發(fā)現(xiàn)非常普遍性的規(guī)律。斯派爾煤礦的煤與瓦斯現(xiàn)象也經(jīng)常發(fā)生，為了避免這種情況對電廠造成更大的損失，我們對斯派爾煤礦的瓦斯動力現(xiàn)象進行了研究，并在此基礎(chǔ)上展開預(yù)測研究。

關(guān)鍵詞：斯派爾煤礦；瓦斯動力現(xiàn)象；預(yù)測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.079

地質(zhì)構(gòu)造、煤體結(jié)構(gòu)、煤層變化等因素都會影響到煤礦的煤與瓦斯動力現(xiàn)象，我們對斯派爾煤礦瓦斯動力現(xiàn)象進行分析及預(yù)測就要從這些因素入手，并希望通過研究分析可以有效預(yù)防這些問題的發(fā)生。

1 瓦斯動力現(xiàn)象及預(yù)測簡析

瓦斯動力現(xiàn)象最常見的就是煤與瓦斯突出，通常會發(fā)生在工人正在進行采掘作業(yè)時，從四周的煤層中突然有大量的煤與瓦斯噴出，煤與瓦斯突出正是指這一噴出過程的突然性與迅速性。瓦斯動力現(xiàn)象出現(xiàn)的原因非常復(fù)雜，既有地質(zhì)應(yīng)力變化的影響，也有瓦斯自身變化帶來的影響，而煤炭開采過程中導(dǎo)致的煤層變化也會對其產(chǎn)生非常大的影響。這些因素共同作用之下導(dǎo)致了瓦斯動力現(xiàn)象的發(fā)生，而一旦發(fā)生了煤與瓦斯突出現(xiàn)象，輕則破壞煤礦內(nèi)的各種設(shè)備，重則導(dǎo)致人員傷亡，甚至?xí)拐麄€礦井陷入癱瘓。瓦斯動力現(xiàn)象預(yù)測是瓦斯動力想象防治的最有效手段，國內(nèi)外專家對很多煤礦進行了長時間的研究與分析，研究結(jié)果顯示并不是每個區(qū)域都會發(fā)生瓦斯動力現(xiàn)象，瓦斯動力現(xiàn)象只會發(fā)生在整個煤礦的20%左右區(qū)域內(nèi)，而且通常會集中在某個條形區(qū)域內(nèi)。這項研究也表明瓦斯動力現(xiàn)象是可以有針對性的進行預(yù)測的，對瓦斯動力現(xiàn)象可能高發(fā)的區(qū)域進行深入研究和預(yù)測，在煤層開采過程中準(zhǔn)備得更加充分，在最大程度上避免瓦斯動力現(xiàn)象的發(fā)生，保護煤礦安全與工人人身安全。

2 斯派爾煤礦現(xiàn)狀簡介

斯派爾煤礦位于云南省富源縣境內(nèi)，周圍有簡易公路，交通較方便，設(shè)計生產(chǎn)能力為30萬t/h，在2011年開始投產(chǎn)。經(jīng)過勘探發(fā)現(xiàn)斯派爾煤礦的瓦斯含量比較高，屬于高瓦斯礦井，發(fā)生瓦斯動力現(xiàn)象的概率很高。但是斯派爾煤礦的勘探研究工作并不是很完全，還未能形成系統(tǒng)化的危險性研究報告。當(dāng)前煤礦內(nèi)主要使用鉆屑指標(biāo)來對煤礦的危險性展開預(yù)測，這種預(yù)測方法并不是非常準(zhǔn)確，很難實現(xiàn)瓦斯動力現(xiàn)象的準(zhǔn)確預(yù)測。近年來，為了更好地完成相關(guān)預(yù)測分析工作，斯派爾煤礦投入了大量的物力財力，與國內(nèi)科研機構(gòu)展開合作，對是斯派爾煤礦的瓦斯動力想象展開了深入分析研究，希望可以尋找到斯派爾煤礦瓦斯突出現(xiàn)象的規(guī)律與易發(fā)區(qū)域，在此基礎(chǔ)上展開有效預(yù)測，確保整個煤礦的安全高效生產(chǎn)。

3 斯派爾煤礦瓦斯動力現(xiàn)象產(chǎn)生原因及規(guī)律分析

斯派爾煤礦發(fā)生瓦斯動力現(xiàn)象的原因與其獨特的煤層條件、地質(zhì)條件、瓦斯情況以及采取方式都有著直接的關(guān)系，正因為如此，斯派爾煤礦瓦斯動力現(xiàn)象也有著它的客觀規(guī)律，本文主要從這幾個方面進行分析。

3.1 煤層深度影響

斯派爾煤礦的開采標(biāo)高普遍在1500米以上，可開采煤層的煤層深度很深，這一深度的煤質(zhì)承受了很大的煤質(zhì)壓力，地質(zhì)用力導(dǎo)致煤層之間非常緊密，瓦斯很難有效的透過煤層散出。根據(jù)現(xiàn)有的勘探結(jié)果顯示，斯派爾煤礦的煤層中瓦斯含量很高。隨著開采過程的不斷深入，瓦斯含量會不斷積聚，如果不能夠采取有效措施進行及時處理，這些積聚的瓦斯終會有一天在薄弱環(huán)節(jié)爆發(fā)出現(xiàn)，導(dǎo)致瓦斯動力想象的發(fā)生。斯派爾煤礦的生產(chǎn)工作已經(jīng)步入正軌，但是瓦斯治理和監(jiān)控措施還很不到位，瓦斯動力現(xiàn)象發(fā)生的風(fēng)險正在不斷加大。根據(jù)已有的研究成果判斷，每一個煤礦都存在著瓦斯動力現(xiàn)象發(fā)生的臨界深度，當(dāng)挖掘作業(yè)未達(dá)到這一深度不會發(fā)生瓦斯突出，而當(dāng)挖掘深度超過這一臨界深入，如果未能采取有效措施進行愈發(fā)，發(fā)生瓦斯突出的概率將會大大攀升。斯派爾煤礦暫時還未發(fā)生過瓦斯突出現(xiàn)象，但是有檢測顯示斯派爾煤層出現(xiàn)過并不明顯的動力現(xiàn)象，這也說明該煤礦內(nèi)的瓦斯突出風(fēng)險正在增加。

3.2 斷層導(dǎo)致瓦斯動力現(xiàn)象風(fēng)險加大

斯派爾煤礦的地址構(gòu)造相對比較簡單，通過勘測發(fā)現(xiàn)斯派爾煤礦內(nèi)部存在著多條斷層，斷層對于瓦斯動力現(xiàn)象有著很直接的影響，在過往的研究中我們可以發(fā)現(xiàn)，很多斷層區(qū)域非常容易發(fā)生瓦斯動力現(xiàn)象，因為這些區(qū)域也往往都是瓦斯容易聚集的區(qū)域，大量的瓦斯聚集在這些斷層周圍，一旦地質(zhì)發(fā)生變動，就會導(dǎo)致瓦斯劇烈涌出，形成瓦斯動力現(xiàn)象。斯派爾煤礦的斷層統(tǒng)計情況如下表所示：

由上表我們可以看出，斷層附近的瓦斯含量普遍偏高，這正是由于地質(zhì)走向所導(dǎo)致的。在采掘過程中也能夠明顯感覺的瓦斯?jié)舛鹊脑黾樱@就要求我們在地質(zhì)斷層附近的掘進和開采工作要格外注意。根據(jù)過往的經(jīng)驗可以看出，在斷層之間的巷道從事采掘工作時，瓦斯動力現(xiàn)象明顯增多，當(dāng)巷道掘進越靠近斷層，瓦斯動力現(xiàn)象發(fā)生的概率也越高。

3.3 煤層厚度與瓦斯動力現(xiàn)象的關(guān)系

煤層厚度對瓦斯動力想象也有這非常重要的影響，因為煤層越厚，通常情況下瓦斯含量會越多，瓦斯的涌出難度也越大，而含煤地質(zhì)層的情況比較復(fù)雜，也會導(dǎo)致瓦斯涌出困難，容易發(fā)生瓦斯動力現(xiàn)象。斯派爾煤礦的煤層總體比較簡單，地質(zhì)厚度在249.83m至285.32m之間，平均厚度為252.02m，煤層平均厚度在1.5米到2.8米，各煤層之間差距不大。研究煤層所在位置的地質(zhì)厚度、煤層厚度及其變化情況對于瓦斯動力研究有著非常重要的意義，因為這些因素對于瓦斯產(chǎn)生的數(shù)量和涌出速度都有著直接的作用，深入了解這些因素可以幫助我們定量分析瓦斯動力現(xiàn)象發(fā)生的概率。endprint

3.4 巷道掘進作業(yè)方式及其帶來的煤層結(jié)構(gòu)變化

巷道掘進過程中會影響煤層及地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在變化過程中非常容易引起瓦斯涌出，因此巷道的作業(yè)方式及支撐保護方式對動力瓦斯現(xiàn)象有著直接的影響。斯派爾煤礦在掘進過程中主要使用了放炮落煤的方式，并使用錨噴作為永久支護。經(jīng)過實地調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，斯派爾煤礦巷道內(nèi)的地質(zhì)壓力非常明顯，在巷道掘進過程中礦井方面并未能采取有效措施進行預(yù)防，也未能采取有效措施促進瓦斯排放，使得很多瓦斯都停留在巷道周圍，這給巷道的安全帶來了極大的安全隱患，巷道內(nèi)經(jīng)常會發(fā)生瓦斯含量超標(biāo)報警。之所以會產(chǎn)生這種情況，是因為斯派爾煤礦所使用的掘進方式比較落后，在放炮的瞬間地質(zhì)應(yīng)力急劇變化，瓦斯大量涌出，但是由于不同區(qū)域所受到的影響不同導(dǎo)致瓦斯涌出很不均勻，很多瓦斯會在未來持續(xù)涌出，很可能引發(fā)瓦斯動力現(xiàn)象。

3.5 瓦斯治理措施對瓦斯動力現(xiàn)象的影響

斯派爾煤礦在瓦斯治理方面存在很多不足，正如我們前文所述，斯派爾煤礦在巷道掘進過程中使用的掘進方式是瓦斯持續(xù)涌出的一個重要影響因素，為了更好地判斷巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛鹊淖兓闆r，我們對斯派爾煤礦110701巷道的瓦斯最大濃度情況進行了監(jiān)控，具體情況如圖1，圖2所示：

由圖1，圖2我們能夠看出，斯派爾煤礦的瓦斯?jié)舛仍诜排诤笠恢北容^高，這正是因為在放炮后未能采取及時有效措施進行治理所導(dǎo)致的，這種情況非常容易產(chǎn)生瓦斯動力現(xiàn)象。

4 斯派爾煤礦瓦斯動力現(xiàn)象預(yù)測分析

4.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造形式分析

想要對煤礦的瓦斯動力現(xiàn)象進行預(yù)測，首先需要對煤礦的區(qū)域地質(zhì)情況進行詳細(xì)研究，了解地質(zhì)變化過程以及現(xiàn)在的地質(zhì)情況，在此基礎(chǔ)上分析人類活動將對煤礦產(chǎn)生哪些影響。斯派爾煤礦的地質(zhì)構(gòu)造相對比較簡單，情況比較容易摸清，這給斯派爾煤礦瓦斯動力預(yù)測工作減輕了很大負(fù)擔(dān)。

4.2 巷道周邊區(qū)域煤層分析

巷道是煤礦工作展開的主要區(qū)域，很多掘進工作都是在煤礦附近展開的，巷道周圍的煤層及地質(zhì)層對瓦斯涌出有著最直接的影響?；谶@種情況，研究巷道周圍區(qū)域煤質(zhì)情況對瓦斯動力現(xiàn)象預(yù)測分析有著非常重要的效果，在完成了相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和整理過程后可以使用數(shù)值模擬軟件對其進行深入分析，預(yù)測未來可能會發(fā)生的瓦斯動力現(xiàn)象。

4.3 瓦斯動力現(xiàn)象探測

傳統(tǒng)的瓦斯預(yù)測方法會在工作面及其周邊進行打孔作業(yè)，根據(jù)幾個預(yù)測孔中瓦斯含量的變化來預(yù)測可能存在瓦斯動力現(xiàn)象，通過這種方法預(yù)測后得到的結(jié)果比較片面，很難代表真實情況。這是因為瓦斯在整個煤層區(qū)域的分配是不均勻的，例如在煤礦斷層區(qū)域瓦斯?jié)舛群烤秃芨?，而其它區(qū)域通常比較低。所以瓦斯檢測過程和探測應(yīng)該更加全面，而且要進行長期檢測，對于整個瓦斯動力進行實施檢測，確?？梢愿觿討B(tài)化的掌握整體情況。

4.4 使用電磁輻射技術(shù)進行全面預(yù)測

電磁輻射技術(shù)是近些年來發(fā)展起來的一種地質(zhì)科學(xué)檢測技術(shù)，它可以對各種不穩(wěn)定的地質(zhì)變化包括煤質(zhì)變化進行檢測。其主要工作原理是對地質(zhì)變化過程中產(chǎn)生的能量外泄中的電磁輻射進行檢查，這種方式能夠很好地完成煤質(zhì)及瓦斯的非接觸連續(xù)動態(tài)檢測。而且測試時間很短，操作非常簡單，費用很低，適用于斯派爾電廠的煤與瓦斯突出檢測，可以在瓦斯動力現(xiàn)象發(fā)生前做出及時預(yù)警。為了更好地研究斯派爾煤礦的瓦斯動力現(xiàn)象，未來我們還需要完成更多相關(guān)實驗，并展開現(xiàn)場測試，在此基礎(chǔ)上展開電磁輻射的測試工作，這也能夠更與實際情況相符，有效實現(xiàn)瓦斯動力現(xiàn)象預(yù)測。

5 結(jié)論

斯派爾煤礦雖然還未發(fā)生過瓦斯動力現(xiàn)象，但是由于其地質(zhì)特點和巷道作業(yè)方式很容易導(dǎo)致風(fēng)險積聚，為了確保斯派爾煤礦長期穩(wěn)定生產(chǎn)，保護礦井和工人的安全，礦井方面應(yīng)該不斷加大研究力度，采用更多有效措施對瓦斯動力現(xiàn)象進行預(yù)測。

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作者簡介：魯偉，男，山東棗莊人，副總經(jīng)理，主要從事礦山開采及安全方面的管理工作。endprint