影响煤与瓦斯突出的地质因素

李志永

清流县煤炭行业管理办公室，福建三明 365300

瓦斯是在煤矿开采过程中从煤和采空区逸出的各种有毒、有害气体的总称。在采煤生产过程中，一瞬间（几秒钟），采掘工作面或巷道某处突然被破坏，迅速逸出大量瓦斯，同时抛出大量的煤、岩碎块和煤粉，这种现象叫煤与瓦斯突出，简称“突出”。它可分三种类型：即突出、倾出和压出。产生突出的基本条件是：1)必须存在高压的瓦斯源，这是突出的动力和内因；2)必须有采掘活动的诱发，这是突出的导火索和外部因素。影响突出的地质因素主要有地质构造，煤质、煤层厚度，顶底板岩石性质等等，下面分别阐述这些地质因素。

1 地质构造

对于煤层顶底板岩石透气性小的矿井，煤层中的瓦斯含量很大程度取决于地质构造，地质构造如褶曲、断裂对煤层瓦斯影响作用有双重性：一方面具有释放煤层瓦斯作用，另一方面又具有积聚煤层瓦斯的作用，地质构造类型不同，但有一个共同的特征，即在地质构造的形成过程中，形成两个相反分带，即地应力释放带和地应力集中带，相应的在煤层中的瓦斯也出现相反分带，在地应力释放带中的瓦斯含量降低，而在地应力集中的煤层瓦斯含量升高。

从大区域地质构造来看，突出与区域地质背景相关联。例如我国华南瓦斯涌出量大，突出次数多，强度大，始突深度浅。而华北煤田，大部分地区多不突出。这是因为华南经过多次构造运动，构造十分复杂。多为压扭性褶皱断裂。而华北多为张性或张扭性断裂。

1.1 断裂构造

1）一般情况和规律

张性断层或裂隙，对煤层瓦斯起释放作用。即所谓“张裂隙”。例如福建省区域构造大部份是张性断裂构造，福建煤层瓦斯含量较低。但随着埋藏深度的增加，排气断裂的排气性能可能减小。压性或压扭性断裂，对瓦斯起保存作用，即所谓“闭合裂隙”和遮挡断层，逆掩断层几乎为遮挡型的，而倾角较陡的断层有可能排气。

2）关于“峰值”问题

在开放性断层附近，瓦斯含量低，出现谷值，在断层两侧一定部位，瓦斯含量升高，各出现一个“峰值”，再远则是瓦斯含量正常值。

1.2 褶曲构造

煤矿巷道中常见的小型褶曲，一般对瓦斯含量影响很小，但中型成大型褶曲影响较大。区域性大型向斜埋藏深度大，瓦斯含量高；而大型背斜相对埋藏深度浅，瓦斯含量低。大型背斜的中和面以下则高。中型褶曲的瓦斯含量有三种情况：封闭条件好时，背斜较向斜瓦斯含量高，因为在封闭系统中，瓦斯只能沿煤层向高处运移。封闭条件不好时，向斜较背斜瓦斯含量高，因为背斜中的瓦斯易沿张性裂性逸散。在倾伏褶曲的转折端，倾伏背斜较倾伏向斜瓦斯含量高，因为倾伏背斜的转折端瓦斯运移距离长，受气面积往上逐渐缩小，阻力变大。

2 煤质

2.1 挥发分

瓦斯含量随着煤的变质程度升高而增加。在相同的条件下，挥发分越低，变质程度越高，因此瓦斯含量亦越高。随着变质程度的增高，吸付能力随之增加。

2.2 灰分

瓦斯突出强度与灰分会含量值成反比关系。煤中灰分增加，不仅增加了煤的强度，更重要的是：1）是减少了生成瓦斯的物质，如1t无烟煤可生成400m3的瓦斯。若灰分增加20%，则只能生成320m3的瓦斯；2）灰分多以分散状或呈胶结构充填或分布于煤的结构组分的胞腔中，占据一定的吸附表面空间。降低瓦斯的吸附能力；3）灰分增加，提高了煤的强度，因此，灰会增高，减少了瓦斯突出的危险性。

2.3 水分

由于水分不仅能占去煤体中的一部份孔隙，而且水分子部分吸附在煤的表面，从而影响煤对甲烷的吸附能力，充水性高的煤，其可塑性和柔性增加，减少了煤体的应力集中程度和强性，因此充水性高的煤，突出危险性小。

3 煤层厚度及其变化

1）煤层厚的地段，在其他因素相同的情况下，较易发生突出。煤层愈厚，生成的瓦斯多，储集的瓦斯内能愈大，煤层受地质构造挤压力作用，煤层愈薄，应力主要集中于比煤层强度大的围岩中传递，煤层厚，同样大的应力则主要在煤层中传递，增强了对煤的破坏程度，增加了突出的危险性；

2）煤与瓦斯突出多发生在煤厚变化带。这些地带不仅有较大的瓦斯内能，而且煤层受力也较复杂，应力比较集中，煤层受到破坏，煤强度降低，使突出的危险性增加。

4 煤系地层岩性

4.1 煤层围岩

大量的资料表时，凡是突出井田，其煤层顶底均由具有一定厚度而较完整的屏障层组成，在此种条件下，瓦斯属于封闭型，只发生临界突出到弱突出者，瓦斯属于半封闭型，无瓦斯突出危险的属于开放型，福建省煤矿瓦斯均属于开放型瓦斯。

4.2 岩性对瓦斯突出的影响

一般来说，泥岩比粉砂岩致密，易保存瓦斯。因此，泥岩所在比例愈大，瓦斯突出的危险性愈大。

4.3 煤岩特征

根据大量的资料表明，致密块状，条带状的煤强度大，瓦斯含量低，在地压的作用下，不易破碎，因此，一般为难突出煤，福建省大部份煤层都是致密块状，条带状等特征，为难突出煤。片状结构煤的强度小，但瓦斯含量小，也属于难突出煤，粉粒状、蜂窝状结构及网状裂隙结构煤，不仅瓦斯含量大，颗料之间的接触面小，强度低，煤质柔软，一经受地压作用，这些微粒受到错移，微孔隙互相沟通，使瓦斯迅速解吸，形成巨大的瓦斯内能，当煤壁不能承受巨大的瓦斯内能时，就会发生瓦煤和瓦斯的突出。因此，属于易突出煤。

5 生产活动

煤矿瓦斯突出与生产活动等均有一定的关系。矿山压力可使瓦斯压力增加，从而增加瓦斯和煤突出的危险性，有数据表明采动后的矿山压力比采动前的平均垂直压力大3倍～5倍，特别是掘进迎头的两个隅角，矿山压力集中，易发生瓦斯突出，地表下的煤、岩层在未经采动之前是处于应力平衡状态的，矿井下的采掘活动破坏了这种平衡状态，引起应力的重新分布，以达到新的平衡，此时造成局部应力集中，增强瓦斯突出的动力，随着采掘工程的推进和矿山开采深度的增加，矿压也明显增强，煤和瓦斯突出的危险性加大。除以上影响瓦斯突出的这些因素外，水文地质因素、岩浆岩、开采规模、开采深度以及采空区的密闭质量等因素对煤和瓦斯的突出危险性也有一定的影响。

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