表1 煤层瓦斯压力在各矿区的分布情况
指标分类各矿区分布六枝盘江水城织纳黔北黔西北林东普兴红茂合计P<0.74MPa58837875141763455126120.74MPa≤P≤1.00MPa17211421177050102P>1.00MPa15243629364000144
分析研究
孔愨1， 吴桂义1,2， 钟锋1， 陈寄名1
(1.贵州大学 矿业学院， 贵州 贵阳 550025；
2.贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室， 贵州 贵阳 550025)
摘要：通过收集分析贵州矿区381对矿井、695 层煤的突出指标和以往120对矿井发生的214起典型煤与瓦斯突出事故，对贵州矿区煤与瓦斯突出指标分布特点及突出特征进行了研究，提出了针对性的防突措施：加大煤层突出指标的测试工作，对黔北、织纳、六枝、盘江、水城等突出强度大和突出次数多的矿区制定严格的管理制度，加大煤巷掘进工作面的防突工作，并加强放炮管理、动力现象监测和地质构造探测，以此减少贵州矿区煤与瓦斯突出事故。
关键词：煤与瓦斯突出； 突出指标； 突出特征； 防突对策
煤炭工业是贵州省大力发展经济的重要支柱产业，在全省86个县(巿)中，有74个县(市)产煤，含煤地层分布面积达7万km2，约占全省总面积的40%[1]。2014年末贵州探明保有煤炭资源储量542.28亿t，居全国第5位[2]。但贵州煤矿地质构造复杂，断层和褶皱构造较多，煤层原始瓦斯赋存量大，且矿井工作人员对贵州瓦斯赋存实际情况及突出特点了解不深，瓦斯基础数据大量缺乏，采取的防突措施没有针对性，加之管理不到位，导致煤与瓦斯突出事故时有发生，使得煤炭资源开采受到了极大阻碍。目前，贵州已将六枝、盘江、水城、织纳、黔北、黔西北、林东、普兴、红茂矿区划分为煤与瓦斯突出矿区和突出危险矿区，目的是加大煤矿管理，遏止煤与瓦斯突出事故发生[3]。因此，研究贵州矿区煤与瓦斯突出特征，提出相应的防突措施，对防止煤与瓦斯突出事故有重要意义。
通过收集贵州省九大矿区381对矿井、695层煤的煤与瓦斯突出指标，现场共测得煤层瓦斯压力(P)858组；采集煤样在实验室测得瓦斯放散初速度指标(Δp)815组；煤的普氏系数(f)809组；在井下各煤层暴露点判定煤的破坏类型532组。
1.1 煤层瓦斯压力分布特点
煤层瓦斯压力是决定煤层瓦斯含量和煤层瓦斯动力学特征的基本参数。煤层瓦斯压力在各矿区的分布情况见表1。P<0.74 MPa的有612组，占71%，这是由于大多矿井的开采深度较浅，测得的煤层瓦斯压力相对较小；P≥0.74 MPa的有246组，占29%(其中0.74 MPa≤P≤1.00 MPa的占12%，P>1.00 MPa的占17%)，除林东和红茂矿区外其他矿区均有分布，可看出贵州煤层瓦斯压力偏大，突出风险较大；P>1.00 MPa的主要分布在水城、黔北、织纳、盘江和六枝矿区，这些矿区也是突出事故最严重的区域，而林东、普兴和红茂矿区煤层瓦斯压力均不大于1.00 MPa。
1.2 煤的瓦斯放散初速度指标分布特点
煤的瓦斯放散初速度指标反映的是煤在常压下吸附瓦斯的能力和放散瓦斯的速度[4]。煤的瓦斯放散初速度指标在各矿区的分布情况见表2。Δp<10的有82组，占10%，在各个矿区均有分布；Δp≥10的有733组，占90%(其中10≤Δp≤20的占48%，Δp>20的占42%)，贵州煤层吸附瓦斯的能力和放散瓦斯的速度普遍偏大。特别是黔北矿区的190组煤的瓦斯放散初速度指标中，Δp≥10的有187组，占98.4%，可看出该矿区瓦斯放散初速度指标较大，开采时应引起重视。
表1 煤层瓦斯压力在各矿区的分布情况
表2 煤的瓦斯放散初速度指标在各矿区的分布情况
1.3 煤的普氏系数分布特点
煤的普氏系数是表示煤抵抗外力破坏能力的一个综合指标，煤的普氏系数越小，发生煤与瓦斯突出的可能性越大[5]。煤的普氏系数在各矿区的分布情况见表3。可以看出六枝、盘江和水城矿区煤的普氏系数较小，大多小于0.5，大于1.0的极少；织纳、黔北和黔西北矿区煤的普氏系数从小于0.3到大于1.0均有分布，主要原因是这些矿区煤种为无烟煤，煤质较硬，但煤层遇到构造或存在软分层时，又会变得很软。总体来说贵州煤层偏软，煤的普氏系数小于0.5的就占了71%，且煤的普氏系数分布比较广泛，这与贵州复杂的地质条件有关，特别是软分层的存在，使得煤层时硬时软。
1.4 煤的破坏类型分布特点
煤的破坏类型在各矿区的分布情况见表4。可以看出贵州煤层的破坏程度较大，煤的破坏类型主要集中在Ⅲ～Ⅳ类(占89%)，其中以Ⅲ类居多(占72%)，Ⅰ～Ⅱ，Ⅴ类占的比例很小；Ⅰ～Ⅳ类煤在各个矿区均有分布，水城、织纳和黔北矿区煤的破坏程度较大，均有Ⅴ类煤分布。
表3 煤的普氏系数在各矿区的分布情况
表4 煤的破坏类型在各矿区的分布情况
通过对贵州省九大矿区120对矿井共214起典型煤与瓦斯突出事故进行系统、全面地统计，从突出强度、巷道类型、作业方式、动力现象及地质构造方面分析贵州矿区煤与瓦斯突出特征及影响因素。
2.1 突出强度
对煤与瓦斯突出事故的突出强度进行统计：小型突出事故64起，占29.9%；中型突出事故43起，占20.1%；大型突出事故96起，占44.9%；特大型突出事故11起，占5.1%。贵州矿区煤与瓦斯突出事故强度分布统计如图1所示。特大型突出事故较少发生，主要发生在六枝、盘江、水城、黔北和黔西北矿区；大型突出事故在黔北、织纳矿区发生得较多；中型突出事故在各个矿区分布较为均衡；小型突出事故除黔北矿区外在其他各个矿区分布也较为均衡。其中黔北矿区发生的煤与瓦斯突出事故最多，为71起，多为大型和小型突出事故。
图1 贵州矿区煤与瓦斯突出事故强度分布统计
2.2 巷道类型
对煤与瓦斯突出事故发生处的巷道类型进行统计：17起发生在切眼处，占7.9%；29起发生在上山处，占13.6%；8起发生在下山处，占3.7%；21起发生在回采工作面，占9.8%；30起发生在石门揭煤处，占14.1%；109起发生在煤巷掘进工作面，占50.9%。贵州矿区煤与瓦斯突出事故巷道类型统计如图2所示。可看出贵州矿区煤与瓦斯突出事故主要发生在煤巷掘进工作面；上山比下山更易发生煤与瓦斯突出。
图2 贵州矿区煤与瓦斯突出事故巷道类型统计
2.3 作业方式
对煤与瓦斯突出事故发生前的突出地点作业方式进行统计：因放炮导致的突出164起，占76.6%；采煤机割煤导致的突出8起，手镐及风镐落煤导致的突出11起，打钻导致的突出16起，支护导致的突出6起，其他作业方式导致的突出5起，共占21.5%；无作业方式导致的突出4起，占1.9%。贵州矿区煤与瓦斯突出事故作业方式统计如图3所示。可看出作业方式是突出最重要的影响因素；在这些作业方式中，放炮是诱导煤与瓦斯突出的主要因素。
图3 贵州矿区煤与瓦斯突出事故作业方式统计
2.4 动力现象
对煤与瓦斯突出事故发生前的动力现象进行统计：发生过喷孔、响煤炮、卡钻、瓦斯超限、煤质变软、片帮、煤体外移及顶板来压等动力现象的突出182起(有相当一部分突出发生2次及2次以上动力现象)，占85%；无动力现象的突出32起，占15%。贵州矿区煤与瓦斯突出事故动力现象统计如图4所示。
2.5 地质构造
对煤与瓦斯突出事故发生处的地质构造情况进行统计：87起发生在断层处，占40.7%；65起发生在煤层变厚处，占30.4%；29起发生在褶曲、软分层变厚、煤倾角变化和其他地质构造处，占13.5%；33起发生在无地质构造处，占15.4%。贵州矿区煤与瓦斯突出事故地质构造统计如图5所示。可看出贵州矿区煤与瓦斯突出事故大多发生在地质构造带，特别是断层及煤层变厚处更易发生突出事故。
图4 贵州矿区煤与瓦斯突出事故动力现象统计
图5 贵州矿区煤与瓦斯突出事故地质构造统计
(1) 贵州大部分矿井基本突出指标数据缺乏，导致防突工作不到位。因此应加大煤层突出指标的测定，对煤层瓦斯压力较大的水城、黔北、织纳、盘江和六枝矿区，瓦斯放散初速度较大的黔北矿区，煤的普氏系数较小的六枝、盘江和水城矿区以及煤的破坏程度较大的水城、织纳和黔北矿区应采取更严格的针对性防突措施。
(2) 黔北矿区为煤与瓦斯突出事故多发矿区，因此需加大黔北矿区防突的管理力度；对六枝、盘江、水城、黔北及黔西北等发生过特大型突出事故的矿区，应加强矿区人员的安全意识培训。
(3) 贵州矿区煤与瓦斯突出事故多发生在煤巷掘进工作面，因此在煤巷掘进时应提高警惕并制定专门的防突对策；上山比下山更易发生突出，因此在巷道掘进中应尽量采用下山掘进，从而减少突出事故的发生。
(4) 煤与瓦斯突出大部分是由于作业所诱发的，而放炮是诱发煤与瓦斯突出的主要因素，因此在采掘作业时，应加强矿井放炮的安全管理，计算好放炮参数，准确确定瓦斯突出能量、瓦斯量，在条件允许的情况下，尽量采用综掘和综采。
(5) 贵州矿区煤与瓦斯突出事故中，85%都会出现一定的动力现象，因此应加强动力现象的观测，加强监测监控力度。在采掘作业时如有突出动力现象，应立即停止采掘作业活动，检查安全后再继续进行作业[6-7]。
(6) 贵州矿区煤与瓦斯突出事故大多发生在地质构造带，特别是断层和煤层变厚处。因此应加强钻孔探测与地质分析，做好地质构造预报工作，如遇构造应探清情况并确定安全后再向前推进。
贵州省煤层及瓦斯赋存条件复杂，使得开采及瓦斯治理困难，加之矿井人员防突意识淡薄，未按规程规定采取防突措施，使得煤与瓦斯突出事故频发。因此应加强煤层突出指标的测试工作，对黔北、织纳、六枝、盘江、水城等突出强度大和突出次数多的矿区应引起高度重视，加大监管力度并制定严格的防突措施和管理制度；加大煤巷掘进工作面的防突工作，在巷道掘进中应尽量采用下山掘进；加强放炮的安全管理，在条件允许的情况下，尽量采用综掘和综采；加强动力现象监测，如发生喷孔、响煤炮等动力现象时应立即停止采掘作业；最后还应加强地质构造探测，特别是遇到断层和煤层变厚时须制定相应的措施。只有这样才能有效防止贵州矿区煤与瓦斯突出事故的发生。
参考文献：
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[7] 孙继平.煤矿监控新技术与新装备[J].工矿自动化,2015,41(1):1-5.
KONG Que1, WU Guiyi1,2, ZHONG Feng1, CHEN Jiming1
(1.Mining College, Guizhou University, Guiyang 550025, China; 2.Guizhou Key Laboratory of
Comprehensive Utilization of Non-metallic Mineral Resources, Guiyang 550025, China)
Abstract:With collection and analysis of outburst indexs in 381 mines and 695 seams and 214 coal and gas outburst accidents occurred in 120 mines in Guizhou mining areas, a study on coal and gas outburst index distribution features and outburst features in Guizhou mining areas was conducted, and relative outburst prevention countermeasures were proposed. Enhanced coal seam outburst index measurement, developing strict management system to mining areas with high outburst strength and more outburst such as Qianbei, Zhina, Liuzhi, Panjiang and Shuicheng, enhanced outburst prevention work of coal roadway heading face, and enhanced blasting management, dynamic phenomenon monitoring and geological structure detecting could be applied to reduce coal and gas outburst accidents occurred in Guizhou mining areas.
Key words:coal and gas outburst; outburst index; outburst features; outburst prevention countermeasures
中图分类号：TD713
文献标志码：A 网络出版时间：2016-01-26 15:42
文章编号：1671-251X(2016)02-0022-05
DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.2016.02.006
孔愨，吴桂义，钟锋，等.贵州矿区煤与瓦斯突出特征及其防治对策[J].工矿自动化，2016,42(2)：22-26.