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)律及防治實踐大興礦陳志平摘要：以大興煤礦南五采區(qū)7煤層為對象，通過煤樣試驗、現(xiàn)場實測結(jié)合理論分析火成巖順層侵入對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。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)造復雜，正斷層較發(fā)育、巖漿活動頻繁、發(fā)育一些伴生的短軸背、向斜構(gòu)造。含煤地層分上、下兩個含煤段，主要可采煤層10個。大興煤礦為一設計生產(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10次突出，最大突出煤量450t、涌出瓦斯量2.3萬m3，2017年測定礦井相對瓦斯涌出量20.08m3t，絕對瓦斯涌出量116.95m3min。開采層煤自燃傾向性等級

3、為I類容易自燃和II類自燃、煤塵具有爆炸性。多年開采實踐經(jīng)驗表明，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)變得復雜、煤低溫耗氧自熱更強、煤層瓦斯壓力和含量實測均較原生煤異常增大、升高?；鸪蓭r構(gòu)造對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)實踐中瓦斯與內(nèi)因火災相互關(guān)聯(lián)，嚴重影響礦井安全生產(chǎn)。通過統(tǒng)計分析煤層瓦斯賦存規(guī)律及其涌出特征，選取“靶向”目標治

4、理瓦斯方法，能有效地提升礦井生產(chǎn)能力、保障安全。1試驗區(qū)概況試驗區(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，火成巖侵入嚴重、且無規(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。煤層以復合煤層為主，厚度變化大，結(jié)構(gòu)復雜，受火成巖侵入破壞影響局部形成天然焦。目前主要開采上煤組、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。地勘期間測得72煤層瓦斯含量為0.55~13.77m3tdaf。生產(chǎn)期間在533m、665m標高分別測得瓦斯壓力為0.56MPa、2.5MPa；煤層瓦斯放散初速度△P=10~13.5；堅固性系數(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90.29m3min；而南翼淺部712綜采面最大瓦斯涌出高達120m3min。712、719綜采面均因瓦斯涌出量大、回采進度慢而造成采空區(qū)自燃導致封閉綜采面；719綜采面改造掘進新運順時發(fā)生突出傷亡事故。711、717、719工作面傾斜方向位置見圖1。表3煤層瓦斯參數(shù)實測結(jié)果煤層瓦斯參數(shù)實測結(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實驗室測定不同變質(zhì)程度的煤樣自燃傾向性指標參數(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；但在反應溫度達到70℃時，變質(zhì)煤對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溫度指標，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烈；計算煤氧化動力學綜合指標判定指數(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)火的風險。由圖2對比分析可以看出變質(zhì)煤較原生煤在低溫氧化階段標志性氣體產(chǎn)出溫度低，變現(xiàn)了變質(zhì)煤更易發(fā)火的實踐經(jīng)驗。表4煤樣自燃傾向性指標煤樣自燃傾向性指標煤樣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煤的低溫氧化過程氣體產(chǎn)物變化曲線在生產(chǎn)實踐中發(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)火危險性大。表現(xiàn)為低透氣性煤層瓦斯難于預抽，在采掘落煤時瓦斯涌出量明顯增大、工作面推進速度慢、地質(zhì)和開采技術(shù)條件遺煤多、發(fā)育松動圈與氧氣的接觸時間長等。通過加大配風量稀釋落煤涌出瓦斯是主要有效措施，但同時也為防治自然發(fā)火提供了不利條件；機械切割或爆破松動火成巖侵入體由增加了外因火災風險。因此，在容易自燃煤層火成巖順層侵入?yún)^(qū)開采作業(yè)時，存在著嚴重的瓦斯、火災耦合災害風險，雙重災害關(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