容易自燃煤層火成巖順層侵入?yún)^(qū)瓦斯涌出規(guī)律及防治實(shí)踐

1、容易自燃煤層火成巖順層侵入?yún)^(qū)瓦斯涌出規(guī)律及防治實(shí)踐大興礦陳志平摘要：以大興煤礦南五采區(qū)7煤層為對(duì)象，通過(guò)煤樣試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)合理論分析火成巖順層侵入對(duì)煤層瓦斯賦存及涌出規(guī)律的影響，并定量分析了該瓦斯地質(zhì)條件下綜采工作面的瓦斯涌出規(guī)律，對(duì)比分析不同瓦斯防治措施的效果，為同類型地質(zhì)條件瓦斯治理工作積累了經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：火成巖；順層侵入；容易自燃；瓦斯賦存規(guī)律；瓦斯涌出鐵法煤田為一走向北北東向的斷坳式沉積盆地，大興井田位于鐵法煤田西南部的

2、盆地中心，總體呈北北東向展布、東西狹窄的向斜盆地。井田內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，正斷層較發(fā)育、巖漿活動(dòng)頻繁、發(fā)育一些伴生的短軸背、向斜構(gòu)造。含煤地層分上、下兩個(gè)含煤段，主要可采煤層10個(gè)。大興煤礦為一設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力3Mta的煤與瓦斯突出礦井，現(xiàn)核定生產(chǎn)能力為3.30Mta。到目前共發(fā)生過(guò)10次突出，最大突出煤量450t、涌出瓦斯量2.3萬(wàn)m3，2017年測(cè)定礦井相對(duì)瓦斯涌出量20.08m3t，絕對(duì)瓦斯涌出量116.95m3min。開(kāi)采層煤自燃傾向性等級(jí)

3、為I類容易自燃和II類自燃、煤塵具有爆炸性。多年開(kāi)采實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，突出、自然發(fā)火事故與火成巖構(gòu)造的發(fā)育和侵入關(guān)系密切?；鸪蓭r侵入影響后煤層結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜、煤低溫耗氧自熱更強(qiáng)、煤層瓦斯壓力和含量實(shí)測(cè)均較原生煤異常增大、升高?；鸪蓭r構(gòu)造對(duì)于煤層的破壞及瓦斯賦存條件的改變是發(fā)生突出和自然發(fā)火的主要因素、也是制約生產(chǎn)的主要根源，且在生產(chǎn)實(shí)踐中瓦斯與內(nèi)因火災(zāi)相互關(guān)聯(lián)，嚴(yán)重影響礦井安全生產(chǎn)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析煤層瓦斯賦存規(guī)律及其涌出特征，選取“靶向”目標(biāo)治

4、理瓦斯方法，能有效地提升礦井生產(chǎn)能力、保障安全。1試驗(yàn)區(qū)概況試驗(yàn)區(qū)概況南五采區(qū)位于大興井田東南部，宏觀上為一單斜構(gòu)造，地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜。區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷層為主并伴有寬緩的褶曲，火成巖侵入嚴(yán)重、且無(wú)規(guī)律。侵入形式以巖床為主，巖墻次之。局部區(qū)域發(fā)育有陷落巖體。煤層以復(fù)合煤層為主，厚度變化大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受火成巖侵入破壞影響局部形成天然焦。目前主要開(kāi)采上煤組、以72煤層為主要生產(chǎn)煤層，為不粘煤、氣煤?；鸪蓭r巖床侵入煤層后破壞其連續(xù)完整性將其一分為二，

5、形成了72上煤層和72煤層。圍繞火成巖體的煤層發(fā)生漸次接觸熱變質(zhì)作用，表現(xiàn)為環(huán)帶狀分布的接觸變質(zhì)暈。地勘期間測(cè)得72煤層瓦斯含量為0.55~13.77m3tdaf。生產(chǎn)期間在533m、665m標(biāo)高分別測(cè)得瓦斯壓力為0.56MPa、2.5MPa；煤層瓦斯放散初速度△P=10~13.5；堅(jiān)固性系數(shù)f=0.42~1.33，煤層以Ⅰ～Ⅱ類煤破壞類型為主，局部存在軟分層或軟煤，破壞類型為Ⅵ～Ⅴ類。該區(qū)北翼淺部711綜采面瓦斯涌出量為70.42m3

6、min、其深部719綜采面瓦斯涌出量高達(dá)90.29m3min；而南翼淺部712綜采面最大瓦斯涌出高達(dá)120m3min。712、719綜采面均因瓦斯涌出量大、回采進(jìn)度慢而造成采空區(qū)自燃導(dǎo)致封閉綜采面；719綜采面改造掘進(jìn)新運(yùn)順時(shí)發(fā)生突出傷亡事故。711、717、719工作面傾斜方向位置見(jiàn)圖1。表3煤層瓦斯參數(shù)實(shí)測(cè)結(jié)果煤層瓦斯參數(shù)實(shí)測(cè)結(jié)果吸附常數(shù)煤樣W（m3t）a（m3t）b（1MPa）f△P（mmHg）λ（m2MPa2d）變質(zhì)煤9.355

7、4.640.1560.4218.00.0095原生煤4.9727.160.8870.7212.50.6730由表4實(shí)驗(yàn)室測(cè)定不同變質(zhì)程度的煤樣自燃傾向性指標(biāo)參數(shù)可以看出，原生煤與變質(zhì)煤均為Ⅰ類容易自燃煤層；30℃煤的吸氧量表現(xiàn)為原生煤大于變質(zhì)煤；但在反應(yīng)溫度達(dá)到70℃時(shí)，變質(zhì)煤對(duì)于氧氣的消耗速率大于原生煤；結(jié)合衡量溫升速率快慢的交叉點(diǎn)溫度指標(biāo)，體現(xiàn)為變質(zhì)煤較原生煤加速氧化階段的氧化自燃特性更強(qiáng)烈；計(jì)算煤氧化動(dòng)力學(xué)綜合指標(biāo)判定指數(shù)表明火成

8、巖侵入破壞使得變質(zhì)煤較原生煤具有更高的自然發(fā)火的風(fēng)險(xiǎn)。由圖2對(duì)比分析可以看出變質(zhì)煤較原生煤在低溫氧化階段標(biāo)志性氣體產(chǎn)出溫度低，變現(xiàn)了變質(zhì)煤更易發(fā)火的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。表4煤樣自燃傾向性指標(biāo)煤樣自燃傾向性指標(biāo)煤樣Vd（cm3g）C70℃（%）Tcp（℃）判定指數(shù)原生煤0.8120.53151.1605.69變質(zhì)煤0.7920.13130.7310.62圖2煤的低溫氧化過(guò)程氣體產(chǎn)物變化曲線在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，火成巖侵入影響區(qū)煤層瓦斯含量顯著增高、自然

9、發(fā)火危險(xiǎn)性大。表現(xiàn)為低透氣性煤層瓦斯難于預(yù)抽，在采掘落煤時(shí)瓦斯涌出量明顯增大、工作面推進(jìn)速度慢、地質(zhì)和開(kāi)采技術(shù)條件遺煤多、發(fā)育松動(dòng)圈與氧氣的接觸時(shí)間長(zhǎng)等。通過(guò)加大配風(fēng)量稀釋落煤涌出瓦斯是主要有效措施，但同時(shí)也為防治自然發(fā)火提供了不利條件；機(jī)械切割或爆破松動(dòng)火成巖侵入體由增加了外因火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。因此，在容易自燃煤層火成巖順層侵入?yún)^(qū)開(kāi)采作業(yè)時(shí)，存在著嚴(yán)重的瓦斯、火災(zāi)耦合災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，雙重災(zāi)害關(guān)鍵在于瓦斯治理程度。3瓦斯賦存規(guī)律瓦斯賦存規(guī)律3.1煤層