Vol.24 郭德勇等：煤与瓦斯突出的构造物理环境及其应用 ·583· 试结果K<30;碎裂煤也是以K<30为主，占 相对集中造成突出危险区，受构造应力控制煤 58.6%;碎粒煤K>30的有98%；糜棱煤100%的 与瓦斯突出类型以压出为主 测试结果K≥50.K值的分布更具有规律性 表2平顶山八矿地应力测量结果 2.3构造应力场 Table 2 Ground stress data of No.8 Colliery in Pingding- 构造应力是构造带发生瓦斯突出能量的重 shan 要组成部分，构造应力在突出中起重要作用.在 矿区 戊组大巷 丁四石门 12270机巷 逆掩断层中，尽管断层水平移距和垂直断距都 垂深/m 547.5 545 795 很小，在断层带中却发生了多次突出，而且突出 主应力MPa 21.32 18.14 19.93 强度大，相对于正断层带的突出其破坏性更强. 在逆掩断层的底部煤层及岩石受到了强烈的挤 2.4构造带瓦斯 煤层瓦斯含量不仅决定着发生瓦斯突出的 压和揉搓，构造变形强烈而且地应力高.构造应 难易程度，而且还影响瓦斯突出强度，地质构造 力分古构造应力和现代构造应力，二者在瓦斯 是控制煤层瓦斯赋存及含量最重要的地质条件 突出中发挥着不同的作用.古构造应力的主要 之一，煤层中的构造裂隙既是煤层瓦斯储集的 作用在于形成了构造和构造煤，有利于煤层瓦 空间，也是煤层瓦斯涌出的通道.煤层构造裂隙 斯的赋存，由于构造应力作用，煤的变质程度增 有良好的连通性，在采掘工程揭露煤层时，煤层 高，有利于煤中烷烃的生成.现代构造应力在古 中的瓦斯将顺裂隙通道涌出.构造作用造成煤 构造应力作用的基础上，为煤与瓦斯突出的发 层瓦斯含量不均匀分布的原因不仅是构造裂 生提供了主要的能量，有时可能改变突出发生 隙，还有构造形态和规模造成煤层埋深变化、煤 的条件和突出危险性. 层厚度变化、煤体结构类型变化、构造应力作用 平顶山八矿位于矿区构造李口向斜的轴 等方式使煤层瓦斯含量分布发生变化. 部，是矿区煤与瓦斯突出最严重的矿井.对矿井 根据构造对瓦斯赋存的作用，将地质构造 现代地应力的测试表明（表2），矿井现代地应力 分为封闭型和开放型构造.在封闭型构造带，瓦 受构造应力场控制，水平应力是最大应力，主应 斯含量、瓦斯压力、瓦斯放散初速度、瓦斯涌出 力方向与构造应力方向一致，地应力由岩层自 量随距断层带的接近其数值均增加，在开放断 重应力和构造应力组成.顺层断层沿层面的相 层带则相反（表3）.背斜构造轴部由于煤层顶板 对滑动使煤层结构遭到破坏，构造应力在局部 表3地质构造带（接近断层带）瓦斯参数 Table 3 Gas parameters in the tectonic zone 煤矿 位置 距断层面距离/m 瓦斯放散初速度△P采面瓦斯涌出量/(m3·min-)瓦斯含量/(mt) 80.0 3.2 8.78 平顶山八矿辛店断层 50.0 8.3 11.23 25.0 12.0 16.69 70.0 1.30 1.68 邢台矿 F断层 30.0 1.25 0.59 15.0 1.00 0.47 张裂隙发育，瓦斯将沿裂隙向地表运移，使煤层 3瓦斯突出预测实践 瓦斯扩散形成瓦斯含量低值区；向斜构造轴部 煤层底板张裂隙发育，瓦斯沿煤层运移在向斜 3.1瓦斯地质条件 轴部聚积形成瓦斯含量高值区，瓦斯含量等值 平顶山八矿是目前平顶山煤业集团公司煤 线呈闭合状.断层上、下盘受力作用岩层破碎程 与瓦斯突出最严重的刊矿井，矿井地质构造复杂， 度往往不一样，其中一盘破坏严重会形成更多 己组煤层瓦斯含量高，具有严重的煤与瓦斯突 的裂隙，另一盘裂隙相对不发育，瓦斯在两盘的 出危险性（表4），迄今发生煤与瓦斯突出33次. 相对富集程度就不一样，导致煤层瓦斯含量等 己1s-13190采面标高-463~-507m,煤层埋藏 值线的不连续. 深度为539-583m,煤层平均倾角15°，煤层厚度郭德勇等 : 煤与 瓦斯突 出的构造物 理环境及 其应用 试结 果K < 30 ; 碎裂 煤也 是 以 K < 30 为主 , 占 58 . 6% ; 碎粒煤K > 30 的有 98 % ; 糜棱煤 10 % 的 测试结果K 妻 50 . 尤值 的分布更具有规律性 . 2 .3 构造应 力场 构造应力是构造带发生瓦斯 突出能量的重 要组成部分 , 构造应力在突 出中起重要作用 . 在 逆掩断层 中 , 尽管断层水 平移距和垂直断距都 很小 , 在断层带 中却发生 了多次 突出 , 而且突出 强度大 , 相对于正断层带 的突出其破坏性更强 . 在逆掩断层的底部煤层及岩石受到了强烈的挤 压和揉搓 , 构造变形强烈而且地应力高 . 构造应 力分古构造应力和现代构造应力 , 二者在瓦斯 突 出中发挥着不同的作用 . 古构造应力的主要 作用在于 形成了 构造 和 构造煤 , 有利于煤层 瓦 斯的 赋存 , 由于构造应力作用 , 煤的变质程度增 高 , 有利于煤 中烷烃的生成 . 现代构造应力在古 构造应力作用 的基础上 , 为煤与瓦斯 突出的发 生提供 了 主要 的能量 , 有时可 能改变突出发生 的条件和突出危 险性 . 平 顶 山 八矿 位 于 矿 区 构造 李 口 向斜 的轴 部 , 是矿区煤与 瓦斯突出最严重的矿井 . 对矿井 现代地应力 的测试表明(表 2) , 矿井现代地应力 受构造应力场控制 , 水平应力是最大应力 , 主应 力方 向与构造应 力方 向一致 , 地应力 由岩层 自 重应力和 构造应 力组 成 . 顺层断层沿层面 的相 对滑动使煤层结 构遭 到破坏 , 构造应力在局部 相对集 中造成突 出危险 区 , 受 构造应力控制煤 与瓦斯 突出类型 以压 出为主 . 表 2 平顶 山八矿地应 力测且 结果 aT b l e 2 G or u n d s t er s s d a at o f N o . 8 C o山e yr i n P i n gd i n g - S h a n 矿区 戊组大巷 丁四石 门 1 2 2 70 机巷 垂深 m/ 5 4 7 . 5 5 4 5 7 9 5 主应力 / M Pa 2 1 . 3 2 1 8 . 14 1 9 . 9 3 .2 4 构造带瓦斯 煤层 瓦斯含量不仅决定着发生瓦 斯突出的 难易程度 , 而且还影响瓦斯突 出强度 . 地质构造 是控制煤层瓦 斯赋存及含量最重要 的地质条件 之一 煤层 中的构造裂 隙既是煤层 瓦斯储集 的 空 间 , 也是煤层瓦斯涌 出 的通道 . 煤层构造裂 隙 有 良好的连通性 , 在采掘工程揭露煤层 时 , 煤层 中的瓦斯将顺裂隙通道涌 出 . 构造作用造成煤 层 瓦 斯含 量不均 匀分 布 的原 因不 仅是构 造裂 隙 , 还有构造形态和 规模造成煤层埋深变化 、 煤 层厚度变化 、 煤体结构类 型变化 、 构造应力作用 等方式使煤层瓦斯含量分布发生 变化 . 根据构造对瓦 斯赋存的作用 , 将地质构造 分为封闭型 和 开放型构造 . 在封 闭型 构造带 , 瓦 斯含量 、 瓦斯压力 、 瓦斯放散初速度 、 瓦斯涌 出 量 随距断层带 的接 近其数值均增加 , 在开放 断 层带则相反 (表 3 ) . 背斜构造轴部 由于 煤层顶板 表 3 地质构 造带 (接近断 层带 )瓦斯参数 aT b le 3 G a s P a r a m d e r s in t h e t e c t o n ic z o n e 煤 矿 位置 距断层面距离m/ 瓦斯放散初速度护 采面瓦斯涌出量(/ m , · m in 一 1 ) 瓦斯含量 (/ m , 一今 80 . 0 3 . 2 8 . 7 8 一 平顶 山八矿 辛店断层 50 .0 .8 3 1 . 23 一 2 5 . 0 12 . 0 1 6 . 6 9 一 7 0 . 0 1 . 3 0 一 1 . 6 8 0 . 5 9 0 . 4 7 叹J 邢台矿 F o 20 O . , 断层 3 0 l 5 张裂隙发育 , 瓦斯将沿裂隙向地表运移 , 使煤层 瓦斯扩散形成瓦 斯含量低值 区 ; 向斜构造轴部 煤层底板张裂 隙发育 , 瓦斯沿煤层运 移在 向斜 轴部 聚积形成瓦 斯含量高值 区 , 瓦斯含量等值 线呈 闭合状 . 断层上 、 下盘受力作 用岩层破碎程 度 往往不一 样 , 其 中一 盘破坏严 重会形成更多 的裂 隙 , 另一盘裂隙相对不发育 , 瓦斯在两盘的 相对富集程度就不一样 , 导致煤层 瓦斯含量等 值线的 不 连续 . 3 瓦斯突 出预测实践 3 . 1 瓦斯地质条件 平顶 山八矿是 目前平顶 山煤业集 团公司煤 与瓦斯突 出最严重 的矿井 , 矿井地质构造复杂 , 己 组煤层瓦斯 含量 高 , 具有严重的煤与瓦 斯突 出危险性(表 4) , 迄今发生煤 与瓦斯 突出 3 次 . 己 , 5一 1 3 19 0 采面 标高 一 4 6 3一5 0 7 m , 煤层埋 藏 深度为 53 9一 58 3 m , 煤层平均倾角 150 , 煤层厚度