桑樹坪煤礦是一個(gè)年產(chǎn)300萬t、具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)的礦井，1997年礦井建成投產(chǎn)以來，煤與瓦斯突出時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響煤礦生產(chǎn)安全。隨著采掘深度的加大和采掘速度的不斷提高，煤與瓦斯突出等煤巖災(zāi)害動(dòng)力現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。因此，進(jìn)行煤與瓦斯突出規(guī)律分析研究，找出影響煤與瓦斯突出的因素，對有效地防治煤與瓦斯突出，消除或降低煤與瓦斯突出事故造成的危害，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 井田概況

桑樹坪煤礦地處陜西省韓城市北部，屬渭北石炭二疊紀(jì)煤田東北端，面積63km2。井田為一走向北東、傾向北西的單斜構(gòu)造，受東部邊緣韓城大斷層影響，邊淺部煤層傾角10°左右，深部3°～5°。井田內(nèi)中小型褶曲、斷層均很發(fā)育，斷層密度為32.5條/km2。井田含煤地層為二疊系山西組及石炭系太原組，含煤9層（1、2、3、5、7、8、9、11、12），其中3號煤、11號煤為主采煤層，2號煤局部可采。3號煤厚5m，煤層瓦斯含量10.23 m3/t；11號煤厚3.3 m，煤層瓦斯含量9.27 m3/t；2號煤厚1.0 m，煤層瓦斯含量8.74 m3t。礦井采用聯(lián)合開拓（平硐-斜井）。平硐礦井絕對瓦斯涌出量20.80 m3/min，相對瓦斯涌出量10.35 m3/t；斜井礦井絕對瓦斯涌出量4.98 m3/min，相對瓦斯涌出量42.28 m3/t。平硐采用對角式通風(fēng)，斜井采用分區(qū)式通風(fēng)。

2 煤與瓦斯突出類型及突出強(qiáng)度特征

桑樹坪煤礦1998年至2004年5月共發(fā)生強(qiáng)度不同的煤與瓦斯突出48次，按突出類型及突出強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)分析如下。

2.1 煤與瓦斯突出類型

表1 煤與瓦斯突出類型

突出類型

突出次數(shù)/次

突出強(qiáng)度/t

瓦斯涌出量/m³

壓出

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，桑樹坪煤礦煤與瓦斯壓出較多，共36次，占總突出數(shù)的75％，突出強(qiáng)度較小，平均突出強(qiáng)度 42.36 t，平均瓦斯涌出量4 717.94 m3，突出強(qiáng)度超過100t的僅有3次；煤與瓦斯突出12次，占總突出次數(shù)的25％，但突出強(qiáng)度較大，平均突出強(qiáng)度478.92 t，平均瓦斯涌出量27 635.50 m3。從壓出和突出次數(shù)所占總突出次數(shù)百分比看，桑樹坪煤礦煤與瓦斯突出多為以地應(yīng)力主要作用力的壓出。

2.2 煤與瓦斯突出強(qiáng)度

表2 煤與瓦斯突出強(qiáng)度

突出強(qiáng)度/t

突出次數(shù)/次

占總數(shù)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中煤與瓦斯突出強(qiáng)度分布特征顯示，小于100 t的突出共34次，占總突出次數(shù)的70.8％。因此，桑樹坪煤礦煤與瓦斯突出以強(qiáng)度＜100 t的突出主為。

3 煤與瓦斯突出與各種影響因素的關(guān)系

3.1 突出強(qiáng)度及瓦斯涌出量與開采深度的關(guān)系

表3 突出強(qiáng)度及瓦斯涌出量與開采深度的關(guān)系

開采深度/m

突出次數(shù)/次

突出強(qiáng)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

從表3中數(shù)據(jù)可以看出，隨著開采深度的加大，突出強(qiáng)度及瓦斯涌出量明顯增大。實(shí)測資料顯示，桑樹坪煤礦煤層瓦斯壓力梯度平均1.15MPa/hm，當(dāng)采深大于400mm時(shí)，煤與瓦斯突出的頻度提高，突出強(qiáng)度增大。例如，采深＞415 m的4137回風(fēng)巷掘進(jìn)過程中，共發(fā)生煤與瓦斯突出6次，其中5次突出強(qiáng)度超過200 t，最大強(qiáng)度為810 t最大瓦斯涌出量為66 784m3。

3.2 突出強(qiáng)度及瓦斯涌出量與采掘工程類型的關(guān)系

表4 突出強(qiáng)度及瓦斯涌出量與采掘工程類型的關(guān)系

采掘工程類型

突出次數(shù)/次

突出強(qiáng)度/t

瓦斯涌出量/m³

平巷

石門

采面

33

3

12

4～810

152.75

41～1 100

540.33

3～220

50.83

810～66 784

13 961.60

2 100～42 000

23 366.67

130～28 000

6 402.84

從表4中突出次數(shù)看，平巷突出量多，占總突出次數(shù)的68.8％；采煤工作面突出次之，占總突出次數(shù)的25％；石門最少，占總突出次數(shù)的6.2％。但從突出強(qiáng)度看，石門突出強(qiáng)度最大，平巷突出強(qiáng)度次之，采煤工作面突出強(qiáng)度最小。石門突出強(qiáng)度是采煤工作面突出強(qiáng)度的10.63倍，平巷突出強(qiáng)度是采煤工作面突出強(qiáng)度的3倍。由此可以看出，桑樹坪煤礦巷道發(fā)生煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性遠(yuǎn)元大于采煤工作面。

3.3 突出強(qiáng)度及瓦斯涌出量與作業(yè)方式的關(guān)系

從表5中突出次數(shù)看，放炮和架棚引發(fā)突出并列首位，均占總突出次數(shù)的37.5％；采煤機(jī)割煤引發(fā)突出次之，占總突出次數(shù)的18.75％；無作業(yè)與打鉆引發(fā)突出最少。但從突出強(qiáng)度看，無作業(yè)突出強(qiáng)度最大，放炮與架棚突出強(qiáng)度相近，采煤機(jī)割煤突出強(qiáng)度最小。桑樹坪煤礦無作業(yè)突出和架棚突出強(qiáng)度較大。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)煤體結(jié)構(gòu)完整時(shí)，放炮使煤體破壞，裂隙增多，有利于瓦斯排放；當(dāng)煤體結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，為碎粉煤，糜棱煤時(shí)，放炮使媒體內(nèi)部裂隙閉合或被煤泥充填，煤層透氣孔生變差，不利于瓦斯排放，造成煤層瓦斯含量增大，瓦斯壓力升高，當(dāng)瓦斯壓力達(dá)到一定程度時(shí)，發(fā)生煤與瓦斯突出。因此，可以認(rèn)為，放炮既有誘導(dǎo)煤與瓦斯突出的作用，又有延緩煤與瓦斯突出的作用。

表5 突出強(qiáng)度及瓦斯涌出量與作業(yè)方式的關(guān)系

作業(yè)方式

突出次數(shù)/次

突出強(qiáng)度/t

瓦斯涌出量/m³

放炮

采煤機(jī)割煤

架棚

打鉆

無作業(yè)

18

9

18

1

2

14～810

161.61

3～220

45.78

4～610

140.60

77

3～120

671.50

810～28 594

8 774.22

877～28 000

5 907.67

1 287～66 784

12 757.33

4 766

13 969～42 000

7 984.50

3.4 突出強(qiáng)度及瓦斯涌出量與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系

表6 突出強(qiáng)度及瓦斯涌出量與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系

構(gòu)造類型

突出次數(shù)/次

突出強(qiáng)度/t

瓦斯涌出量/m³

斷層及層滑構(gòu)造

褶曲

煤厚變化

無構(gòu)造

11

5

13

19

30～120

41.73

25～1 100

532.60

4～361

114.31

3～810

159.87

820～8 900

3 710.45

1 393～42 000

20 717.40

877～66 784

14 053.79

820～49 309

13 755 118

表6顯示，在各種構(gòu)造因素中，褶曲部位煤與瓦斯突出強(qiáng)度最大，在發(fā)生的5次突出中，有4次突出強(qiáng)度超過200t，其中＋300 m軌道石門發(fā)生的強(qiáng)度為1 100 t的煤與瓦斯突出是近年來最強(qiáng)的一次；無構(gòu)造突出強(qiáng)度排次之；煤厚變化突出強(qiáng)度排第三；斷層及層滑構(gòu)造突出強(qiáng)度最小。桑樹坪煤礦無構(gòu)造突出強(qiáng)度較大，突出次數(shù)較多，其原因是這類突出多發(fā)生在深部或煤體結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重的部位。因此，可以認(rèn)為，桑樹坪煤礦煤與瓦斯突出與地質(zhì)構(gòu)造聯(lián)系密切，但在采深＞400 m及煤體結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重的無構(gòu)造部位，煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性依然很大。

3.5 突出強(qiáng)度及瓦斯涌出預(yù)兆的關(guān)系

表7 突出強(qiáng)度及瓦斯涌出量與突出預(yù)兆的關(guān)系

突出預(yù)兆

突出次數(shù)/次

突出強(qiáng)度/t

瓦斯涌出量/m³

響煤炮

片幫、掉碴

煤結(jié)構(gòu)紊亂

頂板來壓

噴頂夾鉆

瓦斯異常

瓦斯忽大忽小

無預(yù)兆

30

11

15

3

5

3

3

6

4～549

159.87

4～549

207.07

3～220

45.60

25～480

180.33

3～243

71.20

4～549

108.25

5～360

128.67

25～1 100

246

820～66 784

11 993.13

1 929～49.309

13 755.18

820～28 000

4 648.8

1 596～26 000

10 457

877～13 969

5 707.80

2 481～49 309

19 569

1 393～11 483

5 852

810～4 200

9 620.83

由表7可以看出，87.5％的煤與瓦斯突出有突出預(yù)兆，并且突出預(yù)兆的種類及特征與突出強(qiáng)度和突出時(shí)間有密切聯(lián)系；當(dāng)有響煤炮、片幫掉碴、頂板來壓及瓦斯異常等預(yù)兆時(shí)，突出強(qiáng)度較大；煤炮聲為單個(gè)，由遠(yuǎn)而近，強(qiáng)度由小到大，突出可以有在數(shù)小時(shí)后發(fā)生，突出強(qiáng)度較大；煤炮聲為群炮，頻率很高，強(qiáng)度很大，突出很快就要發(fā)生；當(dāng)瓦斯異?；蛲咚购龃蠛鲂。矣忻簤m及瓦斯冷風(fēng)出現(xiàn)時(shí)，突出可能在數(shù)秒或數(shù)分鐘內(nèi)立刻發(fā)生；突出預(yù)兆種類越多，突出發(fā)生的時(shí)間越近；突出預(yù)兆越提前，越明顯，突出強(qiáng)度就越大。因此，掌握突出預(yù)兆的種類及特征，對煤與瓦斯突出預(yù)測，防止突出造成人身傷亡事故，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

4 結(jié)論

通過對桑樹坪煤礦近6年來48次煤與瓦斯突出進(jìn)行分析，可初步得出如下結(jié)論：

（1）桑樹坪煤礦75％的煤與瓦斯突出為以地應(yīng)力為主導(dǎo)的煤與瓦斯壓出，突出強(qiáng)度一般＜100 t。

（2）各種巷道掘進(jìn)中發(fā)生的煤與瓦斯突出強(qiáng)度大、頻度高、危害嚴(yán)重；工作面采過程中發(fā)生的煤與瓦斯突出多為小型壓出。

（3）放炮突出和炮后延期突出的強(qiáng)度和頻度均較高，說明放炮既有誘導(dǎo)煤與瓦斯突出的作用，又有延緩煤與瓦斯突出的作用。

（4）褶曲構(gòu)造、煤厚變化是影響煤與瓦斯突出的重要因素，但當(dāng)采深超過400 m時(shí)靜壓力成為煤與瓦斯突出的重要影響因素。

（5）絕大多數(shù)煤與瓦斯突出發(fā)生之前有預(yù)兆出現(xiàn)，預(yù)兆的種類、特征與突出強(qiáng)度、突出時(shí)間密切相關(guān)。當(dāng)有響煤炮、頂板來壓、片幫掉碴及瓦斯異常等預(yù)兆中的2種以上同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，發(fā)生突出的強(qiáng)度大。