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摘要：陽(yáng)泉礦區(qū)為高瓦斯礦區(qū)，瓦斯地質(zhì)災(zāi)害成為威脅礦區(qū)當(dāng)前安全高效生產(chǎn)的主要因素。采區(qū)主要表現(xiàn)為較高的瓦斯含量和瓦斯壓力，瓦斯噴出和瓦斯突出等現(xiàn)象較為嚴(yán)重。文章在前期礦區(qū)地應(yīng)力測(cè)量的基礎(chǔ)上，通過(guò)地應(yīng)力的分析、計(jì)算和數(shù)值模擬，揭示研究區(qū)主采煤層的地應(yīng)力場(chǎng)空間分布狀況，并結(jié)合研究區(qū)構(gòu)造條件、煤層埋深、圍巖封閉性和構(gòu)造煤發(fā)育情況，最終對(duì)礦井煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性進(jìn)行了預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，對(duì)指導(dǎo)礦井安全生產(chǎn)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：瓦斯突出；地應(yīng)力；構(gòu)造煤

新景礦井田面積為64．7477km2，開(kāi)采深度由＋850m～＋230m標(biāo)高，批準(zhǔn)生產(chǎn)規(guī)模580萬(wàn)t／a，現(xiàn)階段設(shè)計(jì)主采煤層有3號(hào)、8號(hào)、15號(hào)煤層，井田為瓦斯突出礦井。隨著煤礦采區(qū)不斷開(kāi)拓，煤與瓦斯突出的致災(zāi)性，已嚴(yán)重影響了煤礦安全、高效生產(chǎn)。之前的研究表明影響煤與瓦斯突出的因素主要為地應(yīng)力、瓦斯含量，高地應(yīng)力環(huán)境使瓦斯壓力和瓦斯含量增加，從而增加了突出的動(dòng)力，總體上高地應(yīng)力環(huán)境下含瓦斯煤體更容易出現(xiàn)失穩(wěn)破壞，發(fā)生煤與瓦斯突出。含煤地層在高構(gòu)造應(yīng)力作用下形成高的瓦斯壓力，在強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下形成的構(gòu)造煤具有強(qiáng)度低、瓦斯吸附和放散能力強(qiáng)等特點(diǎn)，地應(yīng)力對(duì)煤體結(jié)構(gòu)和瓦斯壓力均起到控制作用，可以認(rèn)為地應(yīng)力在突出災(zāi)害中起主導(dǎo)控制作用，是煤體破壞的主要?jiǎng)恿ΑＲ虼耍谘芯繀^(qū)開(kāi)展地應(yīng)力、瓦斯賦存影響因素研究，最終完成煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)，對(duì)礦井預(yù)防瓦斯事故意義重大，同時(shí)對(duì)礦井安全高效生產(chǎn)有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1研究區(qū)概況

1．1瓦斯地質(zhì)概況新景礦井田3＃煤層為瓦斯突出煤層，礦井瓦斯來(lái)自本煤層和開(kāi)采層的鄰近層（煤層和含有機(jī)質(zhì)的圍巖）。據(jù)有關(guān)單位統(tǒng)計(jì)測(cè)定，鄰近層涌入開(kāi)采層的瓦斯占礦井瓦斯涌出總量的50％～70％，而對(duì)于開(kāi)采強(qiáng)度較大的綜采工作面此現(xiàn)象更為明顯。根據(jù)新景礦提供的最新資料（截至2017年3月底），研究區(qū)3＃煤層瓦斯含量為10m3／t～30m3／t，分布特征大致表現(xiàn)為研究區(qū)中部偏東側(cè)－東北角含量高、東南角略高，中部偏西－西北、南部地段較低，其高值區(qū)大致呈NE－SW條帶狀分布；瓦斯壓力為0．4MPa～2．4MPa，瓦斯絕對(duì)涌出量為6m3／min～26m3／min，瓦斯壓力和瓦斯絕對(duì)涌出量的分布特征與瓦斯含量類(lèi)似。

1．2實(shí)測(cè)地應(yīng)力特征陽(yáng)煤集團(tuán)與有關(guān)單位合作，運(yùn)用小孔徑水壓致裂地應(yīng)力測(cè)量?jī)x對(duì)主要生產(chǎn)礦井國(guó)陽(yáng)一礦、國(guó)陽(yáng)二礦、陽(yáng)煤五礦和新景礦進(jìn)行了地應(yīng)力的測(cè)試工作，獲得了研究區(qū)及其鄰近礦區(qū)的地應(yīng)力數(shù)據(jù)（如表1所示）。其中在新景煤礦測(cè)試采用水壓致裂法進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)量，采用鉆孔觸探法進(jìn)行頂板以上10m范圍內(nèi)和對(duì)應(yīng)的煤幫10m范圍內(nèi)的煤巖體強(qiáng)度測(cè)試，采用孔壁觀(guān)察法對(duì)頂板巖層分布情況和結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀(guān)測(cè)。

2主采煤層地應(yīng)力場(chǎng)特征

根據(jù)研究區(qū)地層、構(gòu)造特征，建立二維剖面地質(zhì)模型，依據(jù)有限元原理，結(jié)合數(shù)值模擬軟件進(jìn)行地應(yīng)力模擬計(jì)算。以主采煤層3＃煤作為目標(biāo)層位，取煤層底板的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，繪制表征研究區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)特征的有關(guān)圖件。

2．1地應(yīng)力模擬成果檢驗(yàn)根據(jù)研究區(qū)內(nèi)的地應(yīng)力實(shí)測(cè)成果，對(duì)最大水平主應(yīng)力進(jìn)行檢驗(yàn)。13測(cè)點(diǎn)：測(cè)深454m，最大水平主應(yīng)力15．23MPa；14測(cè)點(diǎn)：測(cè)深447m，最大水平主應(yīng)力12．77MPa；平均測(cè)深：450．5m，最大水平主應(yīng)力平均值14．0MPa。根據(jù)3號(hào)煤層底板等高線(xiàn)圖，13、14測(cè)點(diǎn)處地面標(biāo)高約983．45m（鉆孔3－73孔口標(biāo)高），底板標(biāo)高530m，底板埋深453．45m。測(cè)點(diǎn)的平均測(cè)深與3＃煤層底板埋深近似一致。考慮到地應(yīng)力實(shí)測(cè)值自身的偏差，以及數(shù)值模擬中巖石組合、約束條件等簡(jiǎn)化造成的偏差，該結(jié)果應(yīng)屬于正常偏差范圍，因此認(rèn)為模擬結(jié)果可以接受。

2．2地應(yīng)力分布的主控因素研究區(qū)地應(yīng)力分區(qū)性較明顯，現(xiàn)以3＃煤層底板為例，分析影響地應(yīng)力分布的主控因素。

3研究區(qū)瓦斯賦存的主要影響因素

3．1埋深瓦斯含量與煤層埋深的相關(guān)性是比較顯著的，因?yàn)殡S著煤層埋深的增加，溫度、壓力隨之增大，有利于瓦斯的吸附，因此瓦斯含量與煤層埋深一般呈正相關(guān)關(guān)系。

3．2構(gòu)造及陷落柱構(gòu)造改造作用破壞了煤層的原始產(chǎn)狀，一般不利于瓦斯的保存，尤其是斷層構(gòu)造。新景礦已采區(qū)查明的斷層絕大多數(shù)為落差5m以下的小斷層，盡管研究區(qū)尚未開(kāi)采，亦可推測(cè)斷層發(fā)育特征相似，因此，斷層構(gòu)造對(duì)研究區(qū)瓦斯賦存的影響相對(duì)較小。研究區(qū)的褶皺構(gòu)造發(fā)育程度較為顯著，且具疊加作用，對(duì)煤層底板形態(tài)影響較大，但研究區(qū)瓦斯的賦存特征與褶皺發(fā)育條件匹配性不明顯，因此，褶皺構(gòu)造形態(tài)并未直接控制研究區(qū)瓦斯的分布格局。現(xiàn)有的勘探成果顯示，研究區(qū)的低瓦斯區(qū)陷落柱較為發(fā)育，故認(rèn)為研究區(qū)陷落柱的發(fā)育造成了瓦斯的逸散，不利于瓦斯賦存。

3．3圍巖封閉性通過(guò)統(tǒng)計(jì)研究區(qū)鉆孔資料，繪制了研究區(qū)3＃煤層頂板泥巖厚度等值線(xiàn)圖，并疊加了瓦斯含量分區(qū)圖。

4煤與瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)預(yù)測(cè)

通過(guò)研究地應(yīng)力分布特征及瓦斯賦存主要影響因素，綜合評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)研究區(qū)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。在地應(yīng)力場(chǎng)的等效應(yīng)力等值線(xiàn)圖中，綜合考慮應(yīng)力數(shù)值及應(yīng)力梯度大小，將低于14MPa區(qū)域劃分為低應(yīng)力區(qū)，將大于等于14MPa的應(yīng)力區(qū)域劃分為高應(yīng)力區(qū)。在瓦斯含量等值線(xiàn)圖中，將低于10m3／t的區(qū)域劃分為低瓦斯區(qū)，將大于等于20m3／t的區(qū)域劃分為高瓦斯區(qū)，兩者之間為中等瓦斯區(qū)。將構(gòu)造煤破壞值分區(qū)、高地應(yīng)力分區(qū)和中－高瓦斯含量分區(qū)進(jìn)行疊加，據(jù)此圈定研究區(qū)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)。

5結(jié)論

在總結(jié)研究區(qū)的礦井地質(zhì)條件和瓦斯賦存條件的基礎(chǔ)上，分析了新景礦及鄰近礦區(qū)的地應(yīng)力實(shí)測(cè)成果，通過(guò)建立二維地質(zhì)模型，運(yùn)用有限元法模擬了研究區(qū)的地應(yīng)力分布，得到了研究區(qū)主采煤層底板的地應(yīng)力場(chǎng)，并在綜合地應(yīng)力、瓦斯賦存影響因素的基礎(chǔ)上，預(yù)測(cè)了研究區(qū)煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性。主要取得了以下成果：1）在分析區(qū)域現(xiàn)代地應(yīng)力場(chǎng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)已有的地應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)有限元數(shù)值模擬方法，獲得了研究區(qū)3＃和15＃煤層底板的地應(yīng)力分布特征，探討了地應(yīng)力的主要影響因素。2）分析了研究區(qū)埋深、礦井構(gòu)造及圍巖封閉性對(duì)瓦斯賦存的影響，綜合地應(yīng)力、瓦斯賦存各項(xiàng)影響因素等條件，評(píng)價(jià)了研究區(qū)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。

作者：查文鋒 單位：陽(yáng)煤集團(tuán)地質(zhì)測(cè)量部