郴耒煤田里王庙煤矿瓦斯地质规律及其安全防护措施研究.pdf

分类号⋯⋯⋯⋯⋯ U DC 密级 编号 十I 初大学 C E N T R A LS O U T HU N I V E R S I T Y 硕士学位论文 论文题目．⋯．郴未煤曼里王唐蒜砖凰斯地质趣徒⋯ ⋯⋯⋯⋯墨共安全随妒措煎研巍⋯⋯⋯⋯ 学科、专业⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯地厦学⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 研究生姓名⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯奎熟华⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 导师姓名及 专业技术职务⋯⋯⋯⋯⋯邹．濠．聋⋯剐．熬．搀⋯⋯⋯⋯⋯ 分类号U D C 硕士学位论文 密级 郴耒煤田里王庙煤矿瓦斯地质规律及 安全防护措施研究 苴 ／、 G e o l o g i c a lR e g u l a r i t yo f G a sa n dP r e v e n t i o nM e a s u r e s o f L i w a n g m i a oC o a lM i n e i nB a i s h aM i n i n g A r e a ， C h e n l e iC o a l f i e l d ，H u n a nP r o v i n c e ． 作者姓名 学科、专业 学院 系、所 李跃华 地质学 地球科学与信息物理学院 指导教师邹海洋、张绍和 论文答辩日期2 垒皇p答辩委员会主 中南大学 加p 年歹月乡秒日 原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名圭陛缉日期趔兰年』月卫日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 中南大学硕士学位论文 摘要 摘要 里王庙煤矿是湖南省煤与瓦斯突出严重的矿山之一，位于白沙向 斜南段的西翼。矿井煤层埋藏相对较深，瓦斯涌出量大，煤与瓦斯突 出是影响矿井安全生产的主要问题。 本论文以白沙矿区里王庙煤矿6 煤层为研究对象，结合矿区和井 田地质特征，分析了地质条件及构造演化对瓦斯的控制作用；在分析 影响瓦斯赋存的主要地质因素基础上，探讨了矿井瓦斯地质规律；采 用分源预测法对里王庙煤矿6 煤层不同水平的瓦斯涌出量进行初步 预测，并对矿区突出危险区域进行了初步预测。根据前述矿井瓦斯地 质研究成果，提出了里王庙煤矿煤与瓦斯突出安全防护措施1 矿 井瓦斯通风措施通风系统为中央分列式通风系统，通风方式为机械 抽出式；2 矿井瓦斯抽放措施提出了地面预抽、穿层钻孔预抽、 顺层钻孔预抽等抽放措施；3 煤与瓦斯突出安全防护措施分别从 区域防突和局部防突两个方面论述了里王庙煤矿煤与瓦斯突出防护 措施。区域防突主要采用突出煤层大面积预抽瓦斯措施，经生产验证 其防治煤与瓦斯突出的效果相对较好；局部防突主要从三个方面着 手石门揭煤防、采掘工作面防突以及日常安全防护措施等。 综上所述，本文在系统分析白沙矿区里王煤矿瓦斯地质的基础 上，提出了里王庙煤矿煤与瓦斯突出安全防护措施，为矿井瓦斯治理 提供理论依据。 关键词瓦斯地质，瓦斯预测，瓦斯的涌出与抽放，煤与瓦斯突 出安全防护措施里王庙煤矿 A BS T R A C TL i w a n g m i a om i n ei so n eo ft h em o s ts e r i o u sc o a l ．．a n d ．．g a so u t b u r s tm i n e si nH u n a nP r o v i n c e ，w h i c h1 i e si nt h es o u t h e r no fw e s tw i n go fB a i s h aS y n c l i n e ．T h ec o a lb e dw a sb u r i e dr e l a t i v e l yd e e pw i t hal a r g ea m o u n to fg a sd i s c h a r g eS Ot h a to c c u r r e n c ec o a l - a n d - - g a so u t b u r s ti so n eo ft h eo u t s t a n d i n gp r o b l e m so fm i n es a f e t yp r o d u c t i o n ．I nt h i sp a p e r , 6 捍b e dc o a li nL i w a n g m i a om i n eo fB a i s h am i n i n ga r e ai st a k e na sr e s e a r c ht a r g e t ．T h i sp a p e rU S e Sg a s g e o l o g yt h e o r ya n dc o m b i n e st h eg e o l o g i c a lf o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c si nt h em i n i n ga r e aa n dw e l lf i e l dt oa n a l y z et h ec o n t r o lf u n c t i o no fg e o l o g i ce v o l u t i o na n ds t r u c t u r et og a s s e s ；a n dd i s c u s s e st h em i n i n gg a sg e o l o g i c a ll a w so nb a s i so fa n a l y s i so fg e o l o g i c a lf a c t o r sa f f e c t i n gg a so c c u r r e n c e ．I tU S e Sd i f f e r e n t s o u r c ef o r e c a s tm e t h o da n dp a r a m e t r i cm e a s u r e m e n tc a l c u l a t i o nt op r e d i c td i s c h a r g ea m o u n to fg a sa n dh a z a r d o u sa r e a s ．B a s i n go nt h ef o r e g o i n gg a sg e o l o g yr e s e a r c h ，t h i sp a p e rp u t sf o r w a r ds o m ep r o t e c t i v em e a s u r e so nL i w a n g m i a om i n ec o a l a n d g a so u t b u r s ta sf o l l o w s 1 、lm i n eg a sv e n t i l a t i o nm e a s u r e s a d o p t st h ec e n t r a ls u b c o l u m nv e n t i l a t i o ns y s t e m ，a n dv e n t i l a t i o ns t y l ei sm e c h a n i c a ld r a w o u t ．2 m i n eg a sd r a i n a g em e a s u r e s t h i sp a p e rp r o p o s e ss o m ed r a i n a g em e a s u r e s ，s u c ha sg r o u n dp r e p u m p i n g ，c r o s s i n g l a y e rd r i l l i n gp r e p u m p i n ga n db e d d i n gd r i l l i n gp r e p u m p i n ga n dS Oo n ．3 S e c u r i t ym e a s u r e so nc o a la n dg a so u t b u r s t T h i sp a p e rd i s c u s s e st h ep r e v e n t i o nm e a s u r e sf r o ml o c a la n dr e g i o n a la s p e c t sr e s p e c t i v e l y ．O nt h ea s p e c to fl o c a lo u t b u r s tp r e v e n t i o n ，m a i n l yf r o mt h r e ea s p e c t s ，s u c ha sm i n i n gf a c ep r e v e n t i o no u t b u r s t ，c r o s sc u tf o ro p e n i n gc o a lf a c ep r e v e n t i o no u t b u r s ta sw e l la sd a y - - t o - d a ys e c u r i t ym e a s u r e s ．O nt h ea s p e c to fr e g i o n a lo u t b u r s tp r e v e n t i o n ，t h i sp a p e rp r o p o s e sm e a s u r e so fg a sp r e p u m p i n go fl a r g ea r e ac o a lb e d ，w h i c hh a sb e e np r o v e nb yp r o d u c t i o nt oe f f e c t i v e l yp r e v e n ta n dc o n t r o lo u t b u r s to fc o a la n dg a s ．I ns u m m a r y , t h i sp a p e rs y s t e m a t i c a l l ya n a l y z e st h eg e o l o g i c a lc o n d i t i o n so fL i w a n g m i a om i n e ，a n dp u t sf o r w a r daf e wp r e v e n t i o nm e a s u r e s ，w h i c hp r o v i d e st h e o r e t i c a lb a s i sf o rt h ea b a t e m e n to fc o a lg a s ，c h a r tap a t hf o rp r e v e n t i o na n dc o n t r o lo fg a sa c c i d e n t s ． K E YW O R D SG a sg e o l o g y ，d r a i n a g e ，P r e v e n t i o nm e a s u r e so nc o a l f i e l dG a sf o r e c a s t ，G a sd i s c h a r g ea n dc o a la n dg a so u t b u r s t ，L i w a n g m i a oI I I 目录 摘 要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A B S T R A C T ⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I I 第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 研究背景与意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 里王庙煤矿概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 ．1 交通位置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 ．2 自然地理概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．2 ．3 里王庙煤矿建设概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．3 国内外研究历史与存在的问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 ．3 ．1 国内外研究历史⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 1 ．3 ．2 存在的问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 ．4 研究内容与方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．4 ．1 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 ．4 ．2 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 1 ．5 完成的主要工作量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 1 ．6 取得的主要成果和认识⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 第二章矿井概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．1 区域地质背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．2 井田地质特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 ．2 ．1 地层⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 0 2 ．2 ．2 构造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 2 ．2 ．3 岩浆岩⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13 2 ．3 煤层特征及可采煤层⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13 2 ．3 ．1 煤层特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．3 ．2 可采煤层与煤质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．4 瓦斯情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．4 ．1 矿井瓦斯情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．4 ．2 煤层瓦斯情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．5 开采技术条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．5 ．1 瓦斯涌出量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 2 ．5 ．2 煤尘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．15 2 ．5 ．3 煤层自然发火⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 T V 中南大学硕士学位论文 目录 2 ．5 ．4 煤层顶底板稳定性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 2 ．5 ．5 水文地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 2 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 第三章地质构造及控制特征研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 3 ．1 矿区地质构造演化及分布特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 3 ．2 井田地质构造及分布特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18 3 ．3 构造煤发育及分布特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18 3 ．3 ．1 矿井煤特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 3 ．3 ．2 矿井构造煤分布特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 3 ．4 地质构造对瓦斯赋存的控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 3 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 第四章矿井瓦斯地质规律研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 4 ．1 地质构造对瓦斯赋存的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 4 ．1 ．1 断层构造对瓦斯赋存的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 4 ．1 ．2 褶皱构造对瓦斯赋存的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 4 ．2 顶底板岩性对瓦斯赋存的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 4 ．3 岩浆岩分布对瓦斯赋存的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 4 ．4 上覆基岩厚度对瓦斯赋存的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 4 ．5 煤层厚度对瓦斯赋存的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 4 ．6 水文地质条件对瓦斯赋存的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 4 ．7 影响煤层瓦斯赋存的地质因素综合分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 4 ．8 矿井瓦斯地质规律研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 4 ．9 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 第五章矿井煤层瓦斯涌出量及突出危险性区域初步预测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 5 。1 矿井瓦斯涌出资料统计及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 5 ．1 ．1 矿井瓦斯涌出资料统计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 5 ．1 ．2 矿井瓦斯涌出分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 5 ．2 矿井瓦斯抽采资料统计及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 5 ．2 ．1 矿井抽采瓦斯设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 5 ．2 ．2 矿井瓦斯抽采目前现状与困难⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 5 ．2 ．3 矿井抽采资料分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 5 ．3 分源预测法预测煤层瓦斯涌出量方法及原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 5 ．3 ．1 开采煤层 包括围岩 瓦斯涌出量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 5 ．3 ．2 邻近层瓦斯涌出量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 V 中南大学硕士学位论文目录 5 ．4 矿井6 煤层不同开采水平煤层瓦斯涌出量初步预测⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 5 ．5 煤与瓦斯突出危险性区域初步预测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 5 ．5 ．1 突出危险性鉴定方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31 5 ．5 ．2 参数测定方法及测定结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 5 ．5 ．3 煤与瓦斯突出危险性评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 5 ．5 ．4 煤与瓦斯突出危险性的区域预测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 5 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 第六章煤与瓦斯突出安全防护措施研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 6 ．1 通风瓦斯治理措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 6 ．1 ．1 矿井通风方式与系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 6 ．1 ．2 采掘工作面通风⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 6 ．2 瓦斯抽放措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 6 ．2 ．1 瓦斯可抽采性评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 6 ．2 ．2 瓦斯抽放措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 6 ．3 煤与瓦斯突出综合防护措旌⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 6 ．3 ．1 区域性防突措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 6 ．3 ．2 局部防突措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 6 ．3 ．3 安全管理措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 第七章结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 2 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 6 攻读硕士期间的主要研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 7 V I 中南大学硕士学位论文第一章绪论1 ．1 研究背景与意义第一章绪论当前，煤炭是我国的主体能源，随着我国煤炭资源采掘深度的不断增加、机械化程度的不断提高、推进速度的不断加快及开采强度的不断增加，开采地质条件越来越复杂，煤与瓦斯突出事故的发生危险性越来越高。因此，如何在煤矿开采中采取合理的安全防护措施以保证煤矿资源有效开采就显得十分重要【l 。2 J 。由于瓦斯的隐蔽性、无形性及突出机理的不明确，预防发生煤与瓦斯事故有很大的技术难度，至今还未取得决定性的突破【3 。J 。因此，加强对煤与瓦斯突出的安全防护措施的研究具有极其重要的生产实践指导意义。白沙矿区位于湖南省耒阳市境内，矿区内地质构造复杂，由于煤炭赋存条件复杂多变，煤层厚度普遍小于2 m ，办矿条件差、煤矿技术力量薄弱，大部分矿井生产能力不超过6 0 k t ／a ，白2 0 0 9 年以来共发生各类安全生产事故4 1 起，死亡6 9 人，在严峻安全生产形势下，摸清白沙矿区煤与瓦斯突出煤层的地质特征，总结事故发生的机理和原因，根据实际情况研究有效的开采煤与瓦斯突出煤层安全防护措施，对提高煤矿安全技术水平，降低人员伤亡将起到积极作用。1 ．2 里王庙煤矿概况1 ．2 ．1 交通位置里王庙煤矿隶属湖南省煤业集团红卫矿业有限公司，位于耒阳市东南1 7 k m处的泗门洲镇与小水镇的交界处。属白沙向斜南段之西翼，井田北部以枫树下断层为界与龙家山井田相连，南部以3 9 勘探线向南3 0 0 m 为边界与坦家冲井田相连。地理坐标为东经1 1 2 0 5 3 ’0 1 ”～1 1 2 0 5 3 ’5 4 ”，北纬2 8 0 1 7 ’0 8 ”“ - - 2 8 0 1 8 ’4 8 ”。南北走向长3 ．2 k m ，东西倾向宽0 ．7 8 k m ，面积约2 ．4 1 k m 2 。京广铁路从里王庙矿区西侧通过。在耒阳火车站以南2 ．5 k m 的浪石坪站接轨处，建有白沙矿区专用运煤耒新支线，该支线经过本井田设有红卫站，到浪石坪站1 5 k m 。1 0 7 国道紧邻京广铁路，且与之并行，在矿区西部可见京珠高速公路，在耒阳市有京珠高速公路的出入口。矿区公路北通耒阳、西N d , 水镇、均与1 0 7国道、京珠高速公路相连，南通清水铺水运码头，耒水流经本井田附近清水铺镇。耒水深一般1 - - 一3 m ，常年可通航1 0 ～2 0 t 机船，交通方便 图1 - 1 。 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 ＼ j 、 、 、、●．～a i s } ‘’‘8 、 ＼、 一 、 ；～ ≥ 一 4 ““』 图1 ．1 里王庙煤矿交通位置图 根据里王庙煤矿生产资料编制 1 ．2 ．2 自然地理概况 本区属于低山丘陵地区，区内冲沟发育，地形起伏较大。井田内地势西部煤 层露头地带较高，东部较低，最高标高在3 9 线附近的大路冲，2 0 8 ．5 4 m ，最低标 高在井田西北角池塘附近，9 3 ．7 0 m 。最大的相对高差1 1 4 ．8 5 m 。 本区主要河流为耒水，是湘江的主要支流之一，其清水铺码头距本井田7 公里。本井田内有一条满洲小溪，自南向北贯通本井田，小溪的补给水源为大气 降水、山间溶滤水和老窑积水。小溪中部有一“麒麟山水库”，库容量为4 8 7 5 1 m 3 。 区内四季分明，年降雨量，最大为1 8 7 0 ．9 0 m m ，最小为1 0 3 0 ．O O m m ，历年 最高气温4 1 ．5 。C ，最低气温．7 ．7 ℃，年平均气温1 6 ．1 ～18 ．2 。C ，适应植物、农作 物生长。 1 ．2 ．3 里王庙煤矿建设概况 里王庙煤矿建井于1 9 5 8 年，投产于1 9 6 6 年，设计生产能力为1 5 0 k t ／a ，核 定能力生产能力为9 0 k t ／a ，现主要有．1 2 5 m 和．2 5 0 m 两个水平在生产，矿井采用 底板斜井方式开拓，中央分列式通风方式通风。矿井水文地质条件简单，涌水量 小，除1 9 9 2 年7 月，因小煤窑井口标高低于满洲小溪最高洪水位，暴雨使小溪 水位上涨，溪水从小煤窑口灌入井下而造成一次淹井外，其它年份均未发生过矿 井水灾害。 里王庙煤矿采用斜井一集中底板运输巷开拓。主井筒倾角3 0 0 ，井口标高 2 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 8 ．3 m ，井底标高．1 2 5 m ，斜长4 4 8 m ；副斜井井口标高 1 3 2 ．9 m ，井底标高为 一1 2 6 m ，斜长4 8 5 m 。 主井为矿井的主要提升运输井筒，担负煤炭、矸石等其他材料的上下提升任 务，主井采用双钩斜井串车提升，主绞车型号为2 5 M 2 5 0 0 ／1 2 2 0 ．2 A 。副井主要担 负上、下井人员的运输任务。 全矿井划分为三个水平，其中 0 m , - - 一 6 0 m 水平已开采完毕，．1 2 5 m “ - 0 m 水 平、．1 2 5 m - ～．2 5 0 m 两个水平目前还在生产。 1 ．3 国内外研究历史与存在的问题 1 ．3 ．1 国内外研究历史 煤与瓦斯突出为突出煤层特有的复杂动力学现象，目前彻底防治煤与瓦斯突 出尚无有效手段。我是世界上煤与瓦斯突出事故最为严重的国家。据有关部门统 计，我国9 5 ％的煤矿是地下开采，受煤层地质赋存条件等客观因素的影响，煤矿 各种地质灾害严重【6 】。因此，我国的煤田地质工作者非常重视对煤层瓦斯赋存规 律与煤层产出的地质条件之间的关系研究。 我国自上世纪5 0 年代，焦作矿业学院杨力生教授首次注意到瓦斯事故与地质 构造有关并指出了治理瓦斯和研究瓦斯地质的思路以来，瓦斯地质工作者分别从 不同的角度对瓦斯进行了不同程度的研究。如周世宁院士提出了影响煤层原始瓦 斯含量的8 项主要因素【7 】，即煤的变质程度、煤层地质史、煤层露头、煤层本身的 渗透性和顶底板的渗透性、煤层的断层和地质破坏、埋藏的深度和地形、地下水 的流动以及古窑的开采，奠定了影响煤层瓦斯含量的主要因素研究的基础。张子 敏等从板块构造运动学的角度，分析了构造演化对瓦斯赋存特征的影响瞄_ ⋯。曹 运兴等从微观角度揭示了构造对煤体的动力学特征及煤岩学特征的影响【l 。上述 研究从不同的侧面推动了瓦斯地质研究，为从区域构造演化和矿区构造演化控制 特征的角度研究瓦斯赋存特征奠定了基础。随着国民经济发展，煤炭开采的深度 和难度也越来越大，瓦斯的赋存和分布情况趋于复杂，瓦斯突出事故出现也趋于 频繁。周克友根据不同矿区以及同一矿井不同地段瓦斯分布的不均匀性，研究了 矿井瓦斯的分布与地质构造的关系，指出了不论高瓦斯矿井还是低瓦斯矿井都要 积极预防瓦斯事故【1 2 】。王生全等通过分析地质构造与煤层瓦斯含量、涌出量及煤 与瓦斯突出之间的关系，总结了地质构造控气的四种类型【l3 1 。刘红军揭示了地质 构造与瓦斯赋存之间的特征联系关系【1 4 】，在一定程度上为煤与瓦斯突出安全防护 措施的研究提供了基础和依据。 在国外，瓦斯地质的研究工作也受到了足够的重视，如前苏联从上个世纪 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 5 0 年代就开始瓦斯地质方面的研究，吉马科夫B ．M ．、彼特罗祥A ．3 ．等先后指出 了煤层中瓦斯分布不均的特征，并指出了地质因素对瓦斯赋存与分布的影响 [ 1 5 , 1 6 】；C r e e d y 提出了煤系地层中地质构造特征对瓦斯赋存和分布状态的影响1 1 7 ] ； F r o d s h a m 等提出了构造煤是瓦斯富集的载体l l 引，H u o y i n 等则通过模拟试验证实 了构造煤是瓦斯的富集体，并指出构造煤在地质构造附近广泛发育【l9 | 。B i b l e s 等 在研究全球范围的瓦斯涌出现象时，指出矿区构造运动对煤层瓦斯的生成和保存 条件具有重要影响【2 ⋯。 通过近百年来国内外煤矿瓦斯科技工作者的努力，先后提出了3 0 多种突出机 理假说，如综合作用假说、地应力假说、化学本质假说、瓦斯作用假说等。其中 以综合假说最为得到科技工作者的赞同，综合作用假说认为围岩中不均匀分布的 地应力、高的瓦斯压力和低透气性、变形和破坏的松软煤体是产生突出的有利条 件。但由于突出的复杂性，对这三个因素在突出中所起作用的具体认识上，学界 还存在着较大分歧。综合国内外对煤与瓦斯突出机理的研究可概括为以瓦斯为主 要因素；以地应力为主导因素；动态流变机理学说这三个大类。动态流变机理认 为煤与瓦斯突出不是简单的因为瓦斯压力、煤体物理力学性质和地应力综合产生 的，而是动态的，这些因素之间是相互影响、相互耦合作用这体现了对突出机理 的认识趋势。其中于不凡提出了中，t l , 扩张学说[ 2 1 】，周世宁等提出了煤与瓦斯的流 变机理圈2 2 J 。蒋承林提出的瓦斯突出的球壳失稳机理圈，能较准确地判断理想石 门揭煤条件下煤体是否会发生突出及突出的类型【2 3 】。 虽然煤与瓦斯突出的机理复杂，特征多样，对突出现象发生的许多方面还未 能做出科学、全面、完整解释，但我国政府高度重视煤与瓦斯突出防治工作。在 防治煤与瓦斯突出的长期研究过程中，我国已建立了一整套有效的防治措施，其 中包括了突出危险性预测、突出防治措施、防突措施效果检验以及安全防护措施 等相配套的一系列综合防突措施，并研制出系列相应的装备和仪表，防突技术的 不断发展，对减少煤与瓦斯突出事故起到了的积极作用。2 0 0 9 年国家安全生产 监督管理总局出台了防治煤与瓦斯突出规定，强制规定了煤与瓦斯突出矿井 必须采取区域防突和局部防突两个“四位一体”的综合防突措施，对加强矿井安 全生产，防治重特大瓦斯事故，维护煤矿工作人员生命财产安全，促进煤矿安全 状况稳定好转具有重要意义。 目前湖南省煤业集团白沙矿区安全生产管理局对所辖突出矿井主要采取底板 预抽的方式排放瓦斯，并进行煤层煤与瓦斯突出安全防护措施研究，且已经取得 了一定成果。 4 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 1 ．3 ．2 存在的问题 随着煤矿采掘深度的不断增加及开采规模的不断扩大，矿井地质条件越来越 复杂，瓦斯地质各项指标间的关系日益模糊、难以精确描述【2 4 】。此外，多数情 况下煤矿事故是技术原因和管理原因综合作用的结果，并且一个事故的发生可能 诱发其它事故，如郑煤集团大平煤矿“1 0 ．2 0 ”特别重大瓦斯爆炸事故，就是因 为突出的瓦斯逆流而导致矿井通风系统紊乱，最终发生重特大瓦斯爆炸事故【2 5 1 。 由于上述种种原因，简单地应用某一种常规的治理方法已经难以应对。 目前还没有能够绝对准确预测煤与瓦斯突出的方法【2 6 1 。虽然有不少学者认 识到煤矿事故致因的极其复杂，但是多停留在单独分析事故的技术或管理原因的 研究之上，很少考虑技术和管理的综合作用。综合分析事故的原因，存在的问 题主要有通风系统不完善、不可靠，瓦斯抽采管理不到位，安全监控系统运行 部正常，采掘接替紧张，采煤方法和工艺落后，现场瓦斯管理不到位，技术力量 不足，措施针对性不强等问题【27 | 。 1 ．4 研究内容与方法 1 ．4 ．1 研究内容 本次研究工作以里王庙煤矿为研究对象，通过对里王庙煤矿矿区地质构造及 控制特征研究、矿井瓦斯地质规律研究、煤与瓦斯突出危险性区域预测、矿井瓦 斯安全防护措施研究等的基础上，对郴耒煤田白沙矿区煤与瓦斯突出煤层进行安 全防护措施研究，为有效地保证郴耒煤田白沙矿区煤矿的安全开采提供理论依 据。 1 矿区地质构造及其对瓦斯控制特征研究 里王庙煤矿位于白沙向斜南段的西翼，井田内地层为一单斜构造。矿井南边 煤层的走向为大致为0 0 ～1 0 0 ，北边煤层走向大致为O O ～2 0 0 。里王庙煤矿地层倾 向东，倾角为2 1 0 “ - 5 9 。，平均倾角为2 7 0 。井田内地层未出现大的褶皱构造，只 有局部地段存在小的褶曲。井田的北端有一条正断层位于矿井北部的2 2 6 与2 4 6 采区之间，其北盘下降、南盘上升，倾向北东，水平断距1 0 0 “ - - 1 6 0 m ，垂直断距 l O O m ，倾角6 0 0 左右，走向为北西至东南，直向长约1 l O O m 。由于该断层存在于 矿井边界范围内，因此对矿井的生产无大的影响。影响区域内瓦斯赋存情况与矿 井生产的主要构造为成煤时期，基底的起伏变化与后期的地质构造运动，导致煤 层在整个井田区域内，煤厚变异系数大，局部地段煤层层理结构消失，使煤层变 成碎粒状、粉状、糜棱状为主的构造煤，煤层瓦斯赋存也随煤层赋存情况，呈现 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 大的变化1 2 引。 在分析区域构造地质特征的基础上，通过研究构造对瓦斯的控制特征，进一 步研究区域控制矿区、矿区控制矿井、矿井控制采区、采面逐级控制特征。 2 矿井瓦斯地质规律研究 掌握矿区地质演化和地质构造对瓦斯赋存的影响，研究矿井地质构造及各地 质因素对瓦斯赋存的控制作用，结合矿井的瓦斯抽采统计资料，总结矿井瓦斯地 质规律。 3 矿井突出煤层瓦斯涌出量初步预测 运用分源预测法对煤矿6 煤层的瓦斯涌出量进行初步预测。 4 矿区煤与瓦斯突出危险性区域预测 根据矿井瓦斯涌出量预测结果，结合矿区构造特征，按照安全生产行业相关 标准和规范中规定的方法对里王庙煤矿的相关参数进行测定，按照相关标准对煤 与瓦斯突出危险区域进行初步预测。 5 矿井瓦斯安全防护措施研究 在上述工作基础上根据研究结果提出科学有效的防治煤与瓦斯突出安全防 护措施。 1 ．4 ．2 研究方法 1 调查里王庙煤矿地质特征，分析其地质构造演化特征，研究地质地层、 构造对瓦斯赋存的控制作用； 2 根据里王庙煤矿近几年的瓦斯资料，并结合实验室测定的相关参数，通 过统计分析方法，对矿井瓦斯地质规律进行研究； 3 应用分源预测法初步预测里王庙煤矿当前主采6 煤层的瓦斯涌出量； 4 按照相关规程，采用突出参数测定方法，对里王庙煤矿突出危险区进行 预测； 5 通过瓦斯地质规律研究及突出危险性区域预测，提出科学的区域和局部 煤与瓦斯突出安全防护措施，合理确定矿井的相关抽采参数； 6 通过对里王庙煤矿煤与瓦斯突出特征及防护措施的研究，进而对整个白 沙矿区突出煤矿安全防护措施进行研究，提出防治煤与瓦斯突出的有效安全防护 措施。 技术线路图如下 6 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 矿区构造控制特征研究据 矿井瓦斯地质规律研究 瓦斯涌出量与危险性区域预 矿井瓦斯安全防护措施研 1 ．5 完成的主要工作量 矿区地质构造演化及分布特征 井田地质构造及分布特征 埋藏深度及上覆岩层厚度的影响 顶底板岩性的影响 水文地质条件的影响 煤的破坏类型测定及煤坚固性系数测 瓦斯放散初速度测定 煤层瓦斯压力测定 瓦斯通风措施 瓦斯抽放措施 煤与瓦斯突出综合防护措施 图i - I 技术线路图 本次工作主要完成以下工作量 见表1 ．1 。 表卜1 完成实物工作量列表 项目 完成工作量 资料搜集 现场考察 分析总结 收集郴耒煤田白沙矿区范围内主要突出矿井的矿井建设资料、地质资料、 近年来发生的煤与瓦斯突出动力现象记录等资料2 5 份 积极跟踪煤矿企业科研项目，坑道调查1 5 处，踏勘点1 7 个，实测数据 2 3 1 个，全面分析里王庙煤矿近年来煤层瓦斯压力、瓦斯抽放量、矿井瓦 斯涌出量等数据， 对郴耒煤田白沙矿区范围内主要突出矿井近年发生的1 2 起瓦斯事故从物 的不安全状态和人的不安全行为两方面的原因进行全面分析，提出有针 对性的防护措施。 7 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 1 。6 取得的主要成果和认识 1 通过现场调查与测试得出，里王庙矿井南边煤层的瓦斯含量比北边煤层 的瓦斯含量多，且南边煤层瓦斯压力也比北边煤层瓦斯压力大；里王庙矿区内，