鶴壁煤業(yè)（集團）公司所屬8對生產(chǎn)礦井均為高瓦斯礦井，其中南部3對礦井為煤與瓦斯突出礦井。自1970年六礦第一次出煤與瓦斯突出以來。共發(fā)生包括突出、壓出、傾出在內(nèi)突出事故63起，給安全生產(chǎn)和職工的生命安全造成嚴(yán)重威脅。為探索突出規(guī)律及發(fā)生突出的主導(dǎo)因素。有效防治煤與瓦斯突出事故，本文著重從地質(zhì)角度分析鶴壁礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造對煤與瓦斯突出的控制作用。

　　1鶴壁礦區(qū)與瓦斯突出的基本情況

　　鶴壁礦區(qū)煤與瓦斯空出均發(fā)生在石門揭煤及煤巷掘進(jìn)，基本情況出表1。

　　表1石門揭煤煤巷掘進(jìn)突出情況表

　　

鶴壁礦區(qū)突出，壓出、傾出3種類型的動力現(xiàn)象均發(fā)生過，其中典型突出所占比例較大，約為74%；壓力、傾力分別占5%、21%。突出誘導(dǎo)因不以放炮為主，統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2。

　　表2 不同作業(yè)突出比例

　　

　　煤巷突出中托頂煤掘進(jìn)煤巷所占比例較大，沿頂掘進(jìn)煤巷所占例較??；上山掘進(jìn)煤巷所占比例較大，下山煤巷及近水平煤巷所占比例較小。

2 突出井礦區(qū)的區(qū)域構(gòu)造背景

鶴壁礦區(qū)西依太行山新華夏系隆起帶，東臨華北平原新華夏系沉降帶，地質(zhì)歷史時期遭受燕山和喜山等多次構(gòu)造運動。礦區(qū)內(nèi)主采煤層為二₁煤，平均煤厚8m。煤層直接頂為薄層狀砂質(zhì)泥巖，老頂為細(xì)粒、中細(xì)粒砂巖。礦區(qū)整體為一單斜構(gòu)造，區(qū)內(nèi)次一級構(gòu)造復(fù)雜，以斷層褶曲為主。礦區(qū)內(nèi)8條規(guī)模較大的傾伏向、背斜相間出現(xiàn)，多為北東向。礦區(qū)內(nèi)還有為數(shù)不多的次一級短軸褶曲及非對稱形狀的鞍狀構(gòu)造，受拉長斷層影響失去了完整的幾何外形。礦區(qū)內(nèi)斷層均為高角度正斷層，落差大于100 m 的18條，走向以北東向或北北東向為主。大斷層兩盤往往發(fā)育多條階梯狀小斷層，形成較寬的斷層破碎帶。除斷層外，在煤層及煤層頂?shù)装逯蠿共軛剪節(jié)理、裂隙也非常發(fā)育，造成煤巖破碎。

礦區(qū)的控制性地質(zhì)造為青羊口斷層，為京廣大斷裂伴生斷層。該斷層走向長100多km，最大落差達(dá)1000m，北北向東向延伸。該斷層與礦區(qū)最南部的十礦距離最近，在十礦深部穿過，向北逐漸偏離礦區(qū)。礦區(qū)的一級斷層造為賈家地塹和F40斷層組，累計落差均在200m以上，將礦區(qū)分成相對獨立的三部分：南部為六礦、八礦、十礦3對礦井，中部為三礦、二礦2對礦井、北部為二礦、四礦、九礦3對礦井。在兩級斷層構(gòu)造作用下，南部三對礦井與中部、北部相比瓦斯地質(zhì)條件出現(xiàn)較大差異：

（1）井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度明顯不同。南部3對礦井井田內(nèi)斷層相互切割穿插較多，北部5對礦井則較少；南部3對礦井井田內(nèi)，尤其是六礦井田內(nèi)較多不同方向的褶曲相互交叉，形成穹隆或構(gòu)造盆地，北部5對礦井則較少。

（2）南部3對礦井煤層產(chǎn)狀變化大，傾角明顯變大，深部普遍達(dá)30°，局部達(dá)50°北部5對礦井煤傾角一般在20°以下。煤層傾角增大使自重應(yīng)力成為煤與瓦斯突出的誘導(dǎo)因素，托頂煤上山掘進(jìn)時成其明顯，十礦曾經(jīng)發(fā)生的“9.25”、“3.19”、“4.10”3次突出事故都是頂煤冒落誘發(fā)造成的。

（3）南部3對礦區(qū)井井田內(nèi)煤厚度變化大，薄煤帶、厚煤帶相對較多，局部煤層厚度變化在0~12m之間，與平均煤厚8m相比懸殊。煤厚變化帶往往是嚴(yán)重突出危險帶。

3地質(zhì)構(gòu)造對突出的控制作用

綜合分析鶴壁礦區(qū)煤與瓦斯突出事故特點，基本是受地質(zhì)構(gòu)造控制的。地質(zhì)構(gòu)造通過控制構(gòu)造煤發(fā)育程度及發(fā)育范圍、地應(yīng)力分布情況、瓦斯的賦存運移，控制煤與瓦斯突出。

3.1 地質(zhì)構(gòu)造對煤物理力學(xué)性質(zhì)的影響極其嚴(yán)重，主要通過構(gòu)造煤的發(fā)育程度及分布范圍表現(xiàn)出來。與北部5對礦井相比，南部3對礦井構(gòu)造煤的發(fā)育非常明顯，非常普遍。觀測表明，南部3對礦井在斷層附近及向、背斜軸部，構(gòu)造煤普遍發(fā)育；在非構(gòu)造帶由于南部3對礦井距離煤層底板1.5m~2.0m處的夾矸厚度只有北部5對礦井的0.3~0.5倍，巖石力學(xué)強度嚴(yán)重降低，在較強烈的地質(zhì)構(gòu)造影響下，在煤層內(nèi)部發(fā)生大面積的層滑構(gòu)造。這是一種煤層層位不發(fā)生錯動，但煤層頂?shù)装灏l(fā)生相對位移的層間滑動構(gòu)造，厚度較小的夾矸由于與上、下煤層的粘結(jié)力弱常常發(fā)揮滑動面的作用。受層滑構(gòu)造作用在煤層底部形成普遍發(fā)育構(gòu)造煤。采用四類構(gòu)造煤分類法，在斷層附近及向、背斜軸部整個煤層都是Ⅲ、Ⅳ類構(gòu)造煤且發(fā)育基本都是Ⅲ、Ⅳ類構(gòu)造煤。實測表明，各礦井Ⅰ類煤（非構(gòu)造煤）的煤強度基本相同，堅固性系數(shù)為0.41!~0.55。

實測表明，南部3對礦井的Ⅰ類煤至Ⅳ類煤的煤強度（?值）差別明顯，見表3。

表3 南部3對礦井的?值

　　

構(gòu)造煤的存在降低了煤強度，即降低了阻止突出發(fā)生的阻力。南部3對礦井非常明顯、非常普遍的構(gòu)造煤成為煤與瓦斯突出的因素之一。

3.2 地質(zhì)構(gòu)造對地應(yīng)力的控制作用

地質(zhì)歷史時期的燕山和雪中喜山2次主要構(gòu)造運動六礦井田疊加，造成南部3對礦井地應(yīng)力明顯偏大。六礦地應(yīng)力實測值表明，重直應(yīng)力為金尼克理論值的1.05~1.78倍，而水平應(yīng)力為金屬尼克理論值的2.69~4.76倍，且分布很不均勻。應(yīng)力實測值還表明六礦井田煤系地層內(nèi)存在較大剪應(yīng)力。殘余構(gòu)造應(yīng)力的存在起到了激發(fā)突出的作用，極大地增加了煤與瓦斯突出的危險性。計算結(jié)果表明，六礦井田內(nèi)磚瓦向壓縮狀態(tài)煤體的彈性潛能約為與瓦斯內(nèi)能的4倍，是破碎煤體、激發(fā)突出的主要動力，為煤與瓦斯突出主要激發(fā)因素。

構(gòu)造應(yīng)力還通過采掘活動形成的支承應(yīng)力，造成應(yīng)力的進(jìn)一步疊加，激發(fā)突出。六礦發(fā)生的“9·12”及“12·5”突出事故都是支承應(yīng)力作用結(jié)果?！?·12”事故為：某工作面開采頂分層時的因處理斷層留下20m×30m，下分層孤島掘進(jìn)行15m后，正處于孤島中部，發(fā)生了突出事故，突出煤量85t，瓦斯量1800m³；”12·5“事故為：為改造某工作面上順槽，在距原煤層底板上順槽2.5m處并行補掘一條由底找板2m處，炮后發(fā)生了突出事故，突出煤量140t，瓦斯量2600m³。2次事故的噸煤突出瓦斯量都只是略高于噸煤瓦斯含量，與典型突出的噸煤瓦斯出量（噸煤瓦斯含量的5~9倍）相比相差較多，因此突出動力主要是支承應(yīng)力。

3.3 地質(zhì)構(gòu)造對瓦斯的控制作用

地質(zhì)構(gòu)造對瓦斯的控制作用主要表現(xiàn)在瓦斯含量、瓦斯壓力、瓦斯放散速度等方面。各礦井實測瓦斯壓力及吸附瓦斯含量見表4。

　表4 各礦瓦斯壓力，吸附瓦斯量測定表

　　

實測結(jié)果顯示，瓦斯壓力與地質(zhì)構(gòu)造、煤層埋深關(guān)系密切。隨著埋深增加，瓦斯壓力增大；南部3支礦井構(gòu)造復(fù)雜，煤層透氣性差，瓦斯含量與埋深、煤質(zhì)關(guān)系密切。隨著埋深增加，瓦斯含量增大；十礦煤層含水量較高，總體而言，鶴壁礦區(qū)現(xiàn)開采水平瓦斯壓力與瓦斯含量普遍高于發(fā)生突出的臨界值，因此，控制瓦斯突出發(fā)生的是采掘活動中瓦斯放散速度。

構(gòu)造煤的發(fā)育程度決定著采掘過程中瓦斯放散初速度。實測的瓦斯散初速度（ΔP）見表5。

表5 礦井瓦斯初速度與煤類型關(guān)系

　　

實測數(shù)據(jù)表明，Ⅳ類構(gòu)造煤的放散初速度為Ⅰ類煤的2~3倍。構(gòu)造煤受到采掘集中應(yīng)力后破壞、變形、卸壓，吸附瓦斯快速解吸，形成大量的有強烈膨脹能的游離瓦斯，在集中應(yīng)力的激發(fā)下搬運、破碎煤體，促進(jìn)煤與瓦斯突出的發(fā)生、發(fā)展。

4結(jié)語

（1）鶴壁礦區(qū)內(nèi)南部3對礦井發(fā)生煤與瓦斯突出，北部5對礦井不發(fā)生，是區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造控制作用的結(jié)果。地質(zhì)構(gòu)造通過對構(gòu)造煤、地應(yīng)力及瓦斯的控制作用的結(jié)果。地質(zhì)構(gòu)造通過對構(gòu)造煤、地應(yīng)力及瓦斯的控制，控制煤與瓦斯突出。在現(xiàn)開采水平構(gòu)造煤的發(fā)育程度及規(guī)模是發(fā)生煤與瓦斯突出的關(guān)鍵因素。

（2）構(gòu)造煤發(fā)育部位是鶴壁礦區(qū)防突重點，需加強構(gòu)造帶及底分層煤巷掘進(jìn)的防突工作。同暗無天日，應(yīng)積極研究地質(zhì)構(gòu)造的預(yù)測探測技術(shù)，為搞好煤與瓦斯突出預(yù)測預(yù)報提供地質(zhì)資料。

（3）防治煤與瓦斯突出需采取卸壓與增強綜合防突技術(shù)，即通過排放鉆孔和瓦斯抽放，降低地應(yīng)力、瓦斯壓力和瓦斯含量，相應(yīng)增加構(gòu)造煤強度。同時提高巷道支護(hù)強度，保證發(fā)生突出的阻力大于動力，防治煤與瓦斯突出事故，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。