第四章控制煤與瓦斯突出的地質因素知識點地質構造對瓦斯突出控制煤層厚度對瓦斯突出的控制

10月16日上午11時38分，銅川市照金鎮田玉煤礦發生瓦斯爆炸，當時51人在井下工作，事發前30人升井，事發再有10人升井，其余井下11人遇難。死者遺體于17日凌晨3時30分全部升井。

10月17日13時10分，奉節縣大樹鎮蘭靛村6社富發煤礦發生瓦斯爆炸事故，目前已導致9人死亡，4人失蹤。６名相關責任人已被警方刑拘。該礦系2008年9月投產的有證礦，產能4萬噸/年。第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件

煤與瓦斯突出分區分帶受地質條件控制。烏克蘭頓巴斯突出區域占整個煤層5%-7%。瓦斯形成和保存是突出的物質基礎，地質因素是發生突出的必要條件。第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件

4.1地質構造4.2煤層厚度變化4.3煤體結構4.4煤結構破壞程度分類4.5構造煤成因與分布第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件4.1地質構造地質構造是控制煤與瓦斯突出的主要地質因素。有些突出點，雖然其附近地質條件無明顯異常，但卻處于某些封閉型構造圈閉的范圍內或受某些特殊的構造邊界所控制。保加利亞有90%的突出發生在構造破壞帶，在烏克蘭頓巴斯煤田，緩傾斜煤層有80%的突出、急傾斜煤層有50%的突出集中發生在地質破壞帶。重慶南桐礦區(1955-1972)在有資料記載的464次突出中，有436次(占94％)發生在構造帶；湖南紅衛煤礦(1954-1976)225次突出中有190多次(占85％)發生在煤包處。

第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件

北票礦區、英崗嶺煤礦85%發生在構造破壞帶地質類型北票礦區(1951-1977)年英崗嶺煤礦(1967-1978)年次占總次數(％)次占總次數(％)斷層附近39135.12120.6小褶曲211.922.0煤層傾向、走向變化615.576.8煤層厚度變化20618.53029.5煤包4241.1巖漿侵入26523.8資料不詳或未發現16915.2合計1113100102100第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件(1)封閉的向斜軸附近向斜是由水平側壓力作用形成的，在其中性面的下部產生張應力，在中性面上部產生壓應力。在軸部地帶，上面受到強大的壓應力作用，而下面受到深部地層的阻力，是地應力較高的地帶。因此，封閉向斜的軸部地帶往往是突出點分布密集的區域。第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件(1)封閉的向斜軸附近第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件(1)封閉的向斜軸附近重慶南桐礦區區域上處于川黔南北構造帶與新華夏至華夏式構造的復合部位，屬于構造應力集中區。南桐煤礦的大部分突出，包括最大的一次3500噸的突出，都發生在王家壩向斜的軸部附近。南桐煤礦突出點分布示意圖第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件(2)帚狀構造的收斂端

帚狀構造的收斂端常常是應力集中的區域，因而有較大的突出危險。例如，重慶天府礦務局三匯一礦+280m主平硐掘開斷層上、下盤的六號煤層時，分別發生了12780t和2500t的特大型突出。在三號煤層掘進巷道時，又發生了強度為數十噸的29次突出。從區域上看，突出是受華鎣山帚狀構造控制的。華鎣山帚狀構造與突出點的分布第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件(3)煤層扭轉區

在煤層扭轉區，強大的扭力作用區域，構造應力高度集中區域，突出嚴重地區。例如，南桐礦區有兩個主要扭轉區。一個扭轉區在魚田堡煤礦東部邊界附近，受強力擠壓作用，煤層走向由東西向急劇轉為南北向，傾角突然變陡，有30°左右突變為近于直立和局部倒轉，所以稱為扭轉帶。這個扭轉帶是該礦三個嚴重突出帶之一，至1989年底已發生的25次突出，均發生在扭轉軸西側50m范圍內。魚田堡礦東部邊界扭轉區突出分布示意圖-100-50±0+50+100+150+200+400+350+300+250AA放大突出點第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件(4)煤層產狀變化地帶

煤層產狀沿走向(傾向)轉折處(變陡、緩)是地應力集中區。當煤層的傾角由8°變到14°時(曲率半徑p≈600m)，如果彈性巖石埋藏在距離中性面60米處，地應力可以超過砂巖極限強度的幾倍。南桐煤礦一井王家壩向斜西翼轉折帶突出點分布示意圖37°→50°突出11次傾向37°→52°走向12°→19°突出73次，占80%以上第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件(5)壓性、壓扭性小斷層附近

斷裂構造是地應力達到或超過巖石斷裂強度時，巖石連續發生破壞的產物，總的表現為地應力的釋放。然而，在一些由于受到水平方向擠壓而形成的斷距較小的壓性或壓扭性小斷層帶，應力釋放還不充分，仍保持著應力集中，其兩側還處于強烈擠壓狀態，對瓦斷儲存也較為有利。同時，兩側的煤體結構遭到破壞，因而常常是突出集中的地點。第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件

六枝煤礦的東二采區構造與突出點分布示意圖煤層厚度由6-7米增至10米左右，并造成次一級的壓扭性小斷層發育。該采區突出14次，占全礦七號煤層突出總次數的61%。南北向壓扭逆斷層第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件

煤與瓦斯突出危險地帶第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件4.2煤層厚度變化

突出集中發生在煤層厚度變化地帶

如北票礦務局、英崗嶺煤礦突出發生在這類造地帶約占20%～30%，

湖南白沙礦務局紅衛煤礦在此類構造帶發生的突出還要多一些。

煤層厚度變化的原因很多原生的因素后期構造運動因素第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件4控制煤與瓦斯突出的地質條件

190多次85%突出發生在煤包，9次特大型突出集中煤包最厚處紅衛礦區坦家沖井116采區瓦斯突出與煤厚變化關系圖第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件

11600t+10

紅衛煤礦里王廟井底車場特大型突出點剖面圖第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件4.3煤體結構1.幾個概念

原生結構：煤層原始沉積時的結構。

構造結構：受構造應力作用，煤的原生結構遭受破壞后所表現出的結構稱為構造結構。

軟煤：在發生突出的地點及附近的煤層都具有層理紊亂，煤質松軟的特點。人們習慣上把這種煤叫做軟分層煤，或簡稱軟煤。地質角度分析，軟分層煤應屬于構造煤，它是煤層在構造應力作用下形變的產物。在突出礦井，構造煤的存在是發生突出的一個重要條件。第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件2.構造煤類型

按照煤在構造作用下的破碎程度，可將構造煤分為三種類型。碎裂煤：煤被密集的相互交叉的裂隙切割成碎塊，這些碎塊保持尖棱角狀，相互之間沒有大的移位，煤僅在一些剪性裂隙表面被磨成細粉。

碎粒煤：煤已破碎成粒狀，其主要粒級在1mm以上。由于運動過程中顆粒間相互摩擦，大部分顆粒被磨去了棱角，并被重新壓緊。糜棱煤：煤已破碎成細粒狀或細粉狀，并被重新壓緊，其主要粒級在1mm以下，有時煤粒磨得很細，只相當于巖石的粉砂級。第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件3.構造煤特征構造煤分層和原生結構煤分層(井下煤壁)宏觀特征(1)煤的原生結構遭到不同程度的破環，除碎裂煤可斷續見到原生條帶狀結構外，大部分均失去了原生結構。(2)表現有明顯的構造結構特點，如碎裂狀、砂糖狀、粉粒狀、鱗片狀、土狀等，還不同程度發育有鏡面、揉皺鏡面或定向排列構造等。(3)手試強度低，松軟易碎，用手捻可成厘米級、毫米級碎?；蛎悍?。第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件微觀結構特征原生結構煤電鏡圖像構造煤的蜂窩狀結構網絡結構蜂窩結構碎裂結構巖溶狀結構表面積增大煤體強度降低第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件

孔隙特征壓汞試驗發現滲透孔隙體積(中孔和過渡孔體積之和，孔徑100～1000?)隨煤之破壞程度增高而增大。嚴重破壞的V類煤的滲透孔隙體積是原生結構煤的6.5倍。引起構造煤滲透孔體積增加的主要原因是中孔體積大幅度增加了。V類煤的中孔體積是原生結構煤的16.69倍。在原生結構煤中，中孔占24.3%，而在V類煤中，中孔體積占59.2%。過渡孔(孔徑為100～1000?)體積在構造煤中所占比例從原生結構煤的75.7%相對下降到V類煤的40.73%。

Ⅰ原生結構煤:0.01606cm3/g;Ⅱ類煤:0.01305cm3/g;Ⅲ類煤:0.02155cm3/g;Ⅳ類煤:0.03166cm3/g;Ⅴ類煤:0.0825cm3/g。第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件4.構造煤的瓦斯地質特征隨著煤體破壞程度的增高，煤的堅固性系數(f值)降低，而瓦斯放散指數(Δp)增大。同原生結構煤相比，構造煤具有堅固性系數小、瓦斯放散指數大和瓦斯含量高等特點，這是構造煤易于發生突出的重要原因。f萍鄉青山礦各類煤的堅固性系數直方圖糜棱煤碎粒煤碎裂煤原生結構煤1.02380.35560.28270.26231.00.80.40.20.60Δp糜棱煤碎粒煤碎裂煤原生結構煤510.8413.4115.99155100萍鄉青山礦各類煤的瓦斯放散指數直方圖第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件

構造煤是一種高分散性多孔介質；煤的孔隙裂隙十分發育，比表面積增大；煤體強度低，f均在0.5以下，一般0.2-0.3；高應力條件下，孔隙易閉合形成“煤磚”；構造擠壓、剪切作用形成的壓扭性構造使煤層發生強烈韌塑性變形和破壞。構造煤發育是發生突出的重要影響因素第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件4.4煤結構破壞程度分類前蘇聯提出五類劃分法我國煤與瓦斯防治細則規定五類（防治煤與瓦斯突出規定）

構造變動引起的煤厚變化和煤體結構破壞是受地質構造控制的，因此上述三個因素可歸結為地質構造破壞。煤與瓦斯突出為什么集中發生在構造破壞帶呢？大部分研究者認為：地質構造變動引起煤層厚度變化，加深了煤的破壞程度，使煤的機械強度降低、瓦斯放散能力提高，或因處于某一構造部位，使煤層中的瓦斯向地表排放不利等，瓦斯含量增高。另外，在一些構造帶，存在著較高的構造應力，增大了突出危險性。破壞類型光澤構造與構造特征節理性質節理面性質斷口性質強度Ⅰ類（非破壞煤層）亮與半亮層狀構造塊狀構造條帶清晰明顯一組或二三組節理節理系統發達有次序有充填物（方解石）此生面少節理劈理面平整參差階狀，貝狀，波浪狀堅硬，用手難以掰開Ⅱ類（破壞煤）亮與半亮1尚未失去層狀較有次序2條帶明顯有時扭曲有錯動3不規則塊狀多棱角4有擠壓特征次生節理面多，且不規則與原生節理面呈網狀節理節理面有攃紋、滑皮節理平整易掰開參差多角用手極易剝成小塊中等硬度Ⅲ類煤強烈破壞煤半亮與半半暗1彎曲呈透鏡體構造2小片狀構造3細小碎塊層理較絮無次序節理不清系統不發達次生節理密度大有大量擦痕參差及粒狀用手捻之成粉末硬度低Ⅳ類煤粉碎煤暗淡粒狀或小顆粒膠結而成節理失去意義呈粘塊狀粒狀用手捻之成粉末偶爾較硬Ⅴ類煤全粉狀暗淡1土狀構造似土質煤如斷層泥狀土狀可捻成粉末疏松煤體結構五類劃分法(目前采用)類型類型賦存狀態和分層特點光澤和層理煤體破碎程度裂隙、揉皺發程度手試強度堅固性系數瓦斯放散初速度突出危險程度Ⅰ原生結構煤層狀、似層狀，與上下分層整合接觸煤巖類型界限清晰，原生條帶狀結構明顯呈現較大的保持棱角的塊體，塊體間無相對位移內、外生裂隙，均可辨認，未見揉皺鏡面捏不動或成厘米級碎塊＞0.8＜10非突出Ⅱ碎裂煤層狀、似層狀、透鏡狀，與上下分層整合接觸煤巖類型界限清晰，原生條帶狀結構斷續可見呈現棱角狀塊體，塊體間已有相對位移煤體被多組互相交切裂隙切割，未見揉皺鏡面可捻搓成厘米、毫米級碎粒0.8-0.310-15過渡Ⅲ碎粒煤透鏡狀、團塊狀，與上下分層呈構造不整合接觸光澤暗淡，原生結構遭到破壞煤被搓揉捻碎，主要粒級在1毫米以上構造鏡面發育易捻搓成毫米級碎粒或煤粉＜0.3＞15易突出Ⅳ糜棱煤透鏡狀、團塊狀，與上下分層呈構造不整合接觸光澤暗淡，原生結構遭到破壞煤被搓揉捻碎得更細小，主要粒級在1毫米以下構造、揉皺鏡面發育極易捻搓成粉末或粉塵＜0.3＞20易突出煤體結構四類劃分法(河南理工大學)第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件4.5構造煤成因與分布

1.構造逐級控制構造煤分布C-P煤層印支運動燕山運動喜馬拉雅運動構造擠壓構造剪切構造揉皺煤層深成變質巖漿熱變質煤層賦存條件煤體結構條件板塊區域礦井采區采面第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件2.順煤層剪切帶構造煤分布(1)順煤層剪切帶：是沿煤層發育的，剪切面與煤層以小角度相交或近于平行的剪切帶(順煤層斷層、滑動構造)。①與煤層產狀一致順煤層剪切帶剪切帶沿煤層發育，其位置可以在煤層上部，煤層下部，煤層中部或者整個煤層，其發育層位表現為一個順層剪切煤層破壞帶。一個煤層中可以發育一條剪切帶，也可以是多條。在后一種情況下，剪切帶可以相互交織，形成比較復雜的滑面結構。

第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件

①與煤層產狀一致順煤層剪切帶平頂山礦區東部戊9-10煤層順層剪切帶平頂山東部煤田下石盒子組中的戊9-10煤層中部發育一穩定的順層剪切帶。該剪切帶橫跨一礦以東的十礦、十二礦、八礦三個井田，影響范圍近百平方公里。該剪切帶的土、下界面平直而規則，在大部分地段基本上沿煤巖層理界面展布。局部受一些切層斷層的影響，其產狀略有變化。剪切帶厚度僅1-1.5m，上界面距頂板0.8m，下界面距底板1m左右，主剪切面位于上部。在四礦及一礦的丁5-6煤層中發育。第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件

在焦作煤田山西組的二l煤層中發育有兩條順層剪切帶，它們分別沿煤層的頂部和底部發生，形成煤層頂部和底部兩個構造煤帶。這一組順煤剪切帶在整個焦作煤田的幾百平方公里范圍內部相當穩定。第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件在山西沁水煤田東北部的陽泉礦區，一個重要的煤層剪切帶發育于山西組3號煤層的頂部，厚為40cm，延展幾百平方公里。在河南境內，一個規模巨大的順煤層剪切帶發育在沿自山觀音堂展布的山西組二l煤層中。涉及的煤田有陜油、新安、宜洛、恒龍、榮鞏、登封、禹縣、新密，影響面積上萬平方公里。剪切帶被破壞了約6m厚的整個二l煤層及其頂、底板，形成所謂豫西地區著名的三軟煤層(頂板軟，煤層軟，底板軟)。第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件

②波狀起伏順煤層剪切帶一些影響帶較窄但范圍較大的順煤層剪切帶在剖面上波狀起伏，剪切面產狀變化較大。在巷道中連續追蹤同一剪切帶，它時而表現為正斷層，時而表現為逆斷層。局部穿過煤層頂底板。四川白皎K3煤層第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件

③順煤層剪切帶選層性在同一煤層中，剪切優先發育在以鏡質組為主的光亮分層中。在同一煤組或煤系中，層間距、巖性組合大致相同情況下，剪切層優先發育在厚度較大的煤層中。在一個構造層內，剪切層優先發育在二組巖層強度差異較大的界面附近，煤是弱面，頂底板是強面?；瑒訕嬙於喟l生在沿頂底板。第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件

③順煤層剪切帶選層性新密礦區告成礦井1-2線剖面圖新密礦區蘆店滑動構造剖面圖第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件(2)切層斷層構造煤分布切層斷層使構造煤呈現帶狀分布，構造煤厚度的增加和分布的范圍，與斷層性質、斷層落差有關。平頂山八礦12290迎頭切層小型正斷層僅在斷面和斷層下降盤一側形成薄層構造煤，延伸不遠即行消失。第四章控制煤與瓦斯突出的地質條件(2)切層斷層構造煤分布順煤斷層帶內有0.25m厚的碎粒煤，隨距主斷面距離加大而逐漸變薄，6m后消失。隨斷層面的上、下煤分層沒有破壞跡象，全為原生結構煤。

斷層產狀為210°∠30