桑树坪煤矿是一个年产300万t、具有煤与瓦斯突出危险的矿井,1997年矿井建成投产以来,煤与瓦斯突出时有发生,严重影响煤矿生产安全。随着采掘深度的加大和采掘速度的不断提高,煤与瓦斯突出等煤岩灾害动力现象日趋严重。因此,进行煤与瓦斯突出规律分析研究,找出影响煤与瓦斯突出的因素,对有效地防治煤与瓦斯突出,消除或降低煤与瓦斯突出事故造成的危害,具有重要的现实意义。
1 井田概况
桑树坪煤矿地处陕西省韩城市北部,属渭北石炭二叠纪煤田东北端,面积63km2。井田为一走向北东、倾向北西的单斜构造,受东部边缘韩城大断层影响,边浅部煤层倾角10°左右,深部3°~5°。井田内中小型褶曲、断层均很发育,断层密度为32.5条/km2。井田含煤地层为二叠系山西组及石炭系太原组,含煤9层(1、2、3、5、7、8、9、11、12),其中3号煤、11号煤为主采煤层,2号煤局部可采。3号煤厚5m,煤层瓦斯含量10.23 m3/t;11号煤厚3.3 m,煤层瓦斯含量9.27 m3/t;2号煤厚1.0 m,煤层瓦斯含量8.74 m3t。矿井采用联合开拓(平硐-斜井)。平硐矿井绝对瓦斯涌出量20.80 m3/min,相对瓦斯涌出量10.35 m3/t;斜井矿井绝对瓦斯涌出量4.98 m3/min,相对瓦斯涌出量42.28 m3/t。平硐采用对角式通风,斜井采用分区式通风。
2 煤与瓦斯突出类型及突出强度特征
桑树坪煤矿1998年至2004年5月共发生强度不同的煤与瓦斯突出48次,按突出类型及突出强度统计分析如下。
2.1 煤与瓦斯突出类型
表1 煤与瓦斯突出类型
突出类型 | 突出次数/次 | 突出强度/t | 瓦斯涌出量/m3 |
压出 | 36 | 4~220 42.36 | 810~28 000 4 717.94 |
突出 | 12 | 93~1 100 478.92 | 5 600~66 784 27 635.50 |
由表1可以看出,桑树坪煤矿煤与瓦斯压出较多,共36次,占总突出数的75%,突出强度较小,平均突出强度 42.36 t,平均瓦斯涌出量4 717.94 m3,突出强度超过100t的仅有3次;煤与瓦斯突出12次,占总突出次数的25%,但突出强度较大,平均突出强度478.92 t,平均瓦斯涌出量27 635.50 m3。从压出和突出次数所占总突出次数百分比看,桑树坪煤矿煤与瓦斯突出多为以地应力主要作用力的压出。
2.2 煤与瓦斯突出强度
表2 煤与瓦斯突出强度
突出强度/t | 突出次数/次 | 占总数比例/% |
<50 50~100 100~300 300~600 600~1 000 >1 000 | 28 6 5 4 3 1 | 58.3 12.5 10.5 8.3 6.3 2.1 |
表2中煤与瓦斯突出强度分布特征显示,小于100 t的突出共34次,占总突出次数的70.8%。因此,桑树坪煤矿煤与瓦斯突出以强度<100 t的突出主为。
3 煤与瓦斯突出与各种影响因素的关系
3.1 突出强度及瓦斯涌出量与开采深度的关系
表3 突出强度及瓦斯涌出量与开采深度的关系
开采深度/m | 突出次数/次 | 突出强度/t | 瓦斯涌出量/m3 |
<400 400~600 600~800 | 20 25 3 | 4~220 47.34 3~1 100 227.48 12~549 212.67 | 820~28 000 4 595.85 810~66 784 13 961.60 4 766~49 309 20 173.67 |