地质构造因素对煤与瓦斯突出的影响 | 科技导报

煤与瓦斯突出是一种严重的煤矿安全事故，它是指在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、岩和瓦斯由煤体岩体内突然向采掘空间抛出的异常动力现象。据统计，世界各国累计发生突出事故已超过37000次，仅中国就发生了20000次以上的突出事故。2020年全国共发生煤与瓦斯突出事故2起，2021年全国共发生煤与瓦斯突出事故5起。这些事故不仅造成人员伤亡和财产损失，还严重影响了煤炭生产的正常进行。

地质构造因素在煤与瓦斯突出中扮演着关键角色。研究表明，80%左右的突出事故都发生在地质构造活动区域，且突出的分布和危险性与地质构造的关联性表现出极强的规律性。地质构造因素主要通过影响应力、瓦斯和煤的属性三个方面来控制突出的发生。

首先，地质构造作用产生的构造应力是控制突出的应力重要组成部分。地质构造对地应力场的改变，使得区域内的地应力异常，出现高地应力的条件。例如，大型的断层、褶皱、逆推、滚动等地质构造会对煤层的赋存环境和物理结构产生剧烈改变，造成这些大型构造区域内极易发生突出灾害，尤其是大型突出灾害。

其次，地质构造区域的高地应力造成煤层表现出低渗的特征，限制瓦斯沿着煤层运移，导致地质构造区域煤层瓦斯赋存的异常，出现瓦斯富集的现象。瓦斯对突出的作用体现在两个方面：一是对煤的力学性质的改变，参与煤体的力学破坏；二是为突出煤/岩的搬运提供动力，后者是突出连续发展的必要条件之一。

最后，地质构造在漫长的地质过程中由于构造应力的作用下将对煤的原始结构进行改造，形成构造煤。构造煤的物理结构决定这类煤在较低的应力作用下即可发生破坏，并被粉碎。此外，构造煤在高地应力状态下表现出低渗的特性，限制了瓦斯在高地应力状态构造煤中的流动。而经历应力扰动后的构造煤基质-裂隙结构发生改变，瓦斯在裂隙中渗流速度加快，造成瓦斯极快释放并成为突出能量源之一。

以2009年11月21日黑龙江省新兴煤矿发生的特大突出事故为例，事故发生在三水平南二石门15煤层探煤巷。该区域地质构造十分复杂，大中小构造纵横交错，将原生的煤层切割成大小不等、形状不同的块段。突出点位于大断层控制的地质破碎带，煤体较为破碎。靠近突出点的15煤层底板7 18m范围内为火成岩侵入区，探煤巷工作面已经揭露火成岩20m。在探煤巷工作面突出点后20m和前方23m区域存在两条近似平行的正断层Fa和Fb。复杂的地质构造条件造成突出点附近煤层及顶底板岩层高度破碎，并且极易出现地应力异常区域。同时，靠近突出点的15煤层底板7 18m范围内的火成岩侵入区对区域内的瓦斯富集又存在关键作用。在地应力异常、煤层和顶底板破碎、瓦斯富集等条件下，当15煤层与探煤巷的层间距发生变化，区域内发生了特大型煤与瓦斯突出事故，造成突出煤岩量达到3845t，搬运距离超过278m。

因此，地质构造从应力、瓦斯、煤的属性三个方面均对突出产生关键影响。未来研究煤与瓦斯突出机制及防治技术的方向包括：进一步研究地质构造及构造类型对原始煤层应力场和瓦斯场的改变，以及其对突出的影响；深入研究构造应力对原始煤层的物理结构改造，研究构造煤的物理结构与其力学特性、孔裂隙特征、瓦斯流动特性等的影响；研发高精度的地质勘探技术，尽早发现煤层中地质构造作用的痕迹，提早对突出做出预测。

总之，地质构造因素在煤与瓦斯突出中起着至关重要的作用。深入研究地质构造因素对突出的影响，对于预防和控制突出事故具有重要意义。只有充分认识和理解地质构造因素的作用机制，才能制定出更加有效的突出防治措施，保障煤矿安全生产。