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1、芦岭矿10煤层瓦斯涌出量预测摘要：随着矿井生产规模的日趋展开和开采水平的不断延伸，瓦斯煤尘爆炸和煤与瓦斯突出事故将严重威胁着安全生产，形势非常严峻。准确地对矿井进行瓦斯涌出量预测是制定瓦斯防治措施必不可少的重要环节。通过系统收集、整理芦岭矿大量的瓦斯地质资料，运用瓦斯地质理论对芦岭矿的瓦斯生成、瓦斯赋存以及分布规律进行了初步研究。在研究矿井瓦斯地质规律的基础上，在现场采用井下钻屑解吸法对10煤层的瓦斯含量进行了测定，通过对数据进行系统分析，得出芦岭矿10煤层相对瓦斯涌出量与煤层底板标高的线性回归方程式，并画出了芦岭矿10煤层相对瓦斯涌出量回归分析图及相对瓦斯涌出量梯度预测表。关键词：瓦斯地质规
2、律 瓦斯含量 瓦斯压力 涌出量预测10 Luling coal mine gas emission projections Abstract : Mine production scale with the increasing expansion and exploitation of the continuous extension gas and coal dust explosion of coal and gas outburst accident will be a serious threat to safety in production, the situation is v
3、ery grim. Accurate right for mine gas emission projections are formulated gas control measures is the essential part. Through collecting, collating a lot of Luling mine gas geological data, the use of gas geological theory of the Luling mine gas generation, gas occurrence and distribution of a preli
4、minary study. In the gas geological research on the basis of the law, Underground at the scene using cuttings desorption of 10 coal seam gas content of the performance, Through the data analysis. reached 10 in Luling coal mine gas emission relative with the seam floor elevation of the linear regress
5、ion equation and the mapping out of the 10 Luling coal mine gas emission relative regression analysis of the map and relative gradient gas emission projections. Keywords : gas geology of gas pressure in gas emission forecasts目 录1 前言32 矿井概况42.1 井田位置、范围和交通条件42.2 井田地质概况52.2.1 含煤地层52.2.2 煤层52.2.3 煤质72.3
6、 通风系统概况82.4 开采方法及影响因素93 瓦斯地质规律研究103.1 瓦斯的生成和赋存条件103.1.1 瓦斯的生成条件103.1.2 瓦斯的赋存条件103.2 区域构造控制特征103.3 宿东矿区瓦斯地质规律研究123.4 矿井瓦斯地质规律133.5 煤体结构特征143.6主采煤层顶、底板特征154 瓦斯涌出量预测174.1 矿井瓦斯涌出量、涌出形式及其影响因素174.1.1 矿井瓦斯涌出量174.1.1.1 煤层和围岩的瓦斯含量174.1.1.2 开采规模174.1.1.3 开采顺序与开采方法184.1.1.4地面大气压的变化184.2 矿井瓦斯涌出量预测方法184.2.1 矿山统计
7、法184.2.2 分源预测法204.2.2.1 开采煤层（包括围岩）瓦斯涌出量204.2.2.2 邻近层瓦斯涌出量214.2.2.3 回采工作面瓦斯涌出量214.3 芦岭矿瓦斯含量和瓦斯压力224.3.1 瓦斯涌出情况224.3.2 瓦斯含量测定234.3.3 煤层瓦斯压力测定254.4 芦岭矿10煤层瓦斯涌出量预测265 结论32致谢33参考文献341 前言在我国煤矿的重大灾害事故中70以上是煤与瓦斯突出事故和瓦斯煤尘爆炸事故。瓦斯突出和瓦斯煤尘爆炸给煤矿带来巨大危害，而且威胁井下人员生命，摧毁矿井设施，迫使矿井停产，它是煤矿开采中最严重的灾害之一。瓦斯爆炸不仅造成大量人员伤亡，有时还会引起
8、煤尘爆炸、矿井火灾、井巷垮塌等二次灾害。井下煤矿一次死亡人数多的重大事故主要是瓦斯煤尘爆炸事故和瓦斯突出事故。我国现有国有重点煤矿657处，其中有煤尘爆炸危险的矿井567处，占86.3；煤与瓦斯突出矿井130处，高瓦斯矿井180处。根据对地方国有煤矿年产3万吨以上的1650处矿井统计，有煤尘爆炸危险的矿井700处，煤与瓦斯突出矿井120处，高瓦斯矿井700处。芦岭矿是淮北矿业集团公司的四对突出矿井之一，自建矿以来已经发生大小有记录的煤与瓦斯突出或动力现象20余次，2000年以来突出发生的频率不断增大，其中2002年4月7日发生在一采区8183面3煤眼斜石门的煤与瓦斯突出强度极大，共突出煤量89
9、24t，喷出瓦斯量多达123万m3；其它矿井也相继不同程度的突出或动力现象发生。突出隐患的存在不仅极大增加了企业的生产成本，而且随着生产规模的日趋展开和开采水平的不断延伸将严重威胁着安全生产，形势非常严峻。瓦斯是地质产物，受地质作用的控制。瓦斯作为气体，除了它的生成条件，最重要的是地质作用对它保存的影响。运用瓦斯地质的方法，搞清矿井瓦斯生成和保存的地质条件；搞清影响瓦斯赋存、瓦斯含量分布、瓦斯涌出量及发生瓦斯突出的主要地质因素，研究瓦斯分布的客观规律，并进行预测，得出一个科学的论断。本论文是在分析了芦岭矿10煤层的瓦斯涌出规律，在系统收集、整理、分析大量回采工作面通风、瓦斯资料基础上；在现场采
10、用井下钻屑解吸法对10煤层正在采掘的工作面进行了瓦斯含量测定，结合芦岭矿以往勘探钻孔瓦斯含量测定，应用矿山统计法对10煤层各采区进行瓦斯涌出量预测，得出了与各采区对应的相对瓦斯涌出量梯度预测和线性回归方程。2 矿井概况2.1 井田位置、范围和交通条件芦岭煤矿位于宿东矿区东南部，在皖北宿州市东南20km处，北距集团公司所在地淮北市82km。井田东以F32断层为界，西以补13线和6-7线为界与朱仙庄煤矿相邻，浅部以10煤层露头为界，深部以-800m等高线为界。走向长约8.2km，倾斜宽3.6km，勘探面积29.5km2。芦岭矿是设计年生产能力为150万t的大型矿井。1960年建井，1969年底简易
11、投产，1976年达到并超过设计生产能力，出煤161万t。其后又经过多次局部技术改造，使矿井年产量稳定在180万t以上，最高年产量突破200 万t。矿井采用竖井石门分水平开拓方式，共划分为三个开采水平：水平标高为-210m-400m，水平标高为-400m-590m，水平下限标高暂定为-800m。井田采用采区开拓前进、工作面回采后退、跨上山无煤柱开采方式；8、9煤层采用联合布置，在9煤底板布置三条上山，阶段布置双岩巷、反眼穿煤；采煤方法为倾斜分层，走向长壁、放炮落煤、全部垮落法跨上山回采。井田范围内除采矿形成的塌陷湖外均为农田，地形平坦，呈西高东低的趋势变化，地面标高在22m25m之间。井田内的水
12、系主要是塌陷湖及沱河，地表水系简单。芦岭矿西临京浦铁路，距芦岭火 图2.1 芦岭井田交通位置图车站9km，矿区专用铁路在此与京浦铁路线连接。井田北有宿（州）泗（县）、南有宿（州）蚌（埠）101省级公路穿过，各有9km矿区公路与之相连，四通八达，阴雨无阻，交通方便，见图2.1。2.2 井田地质概况2.2.1 含煤地层芦岭煤矿含煤地层为石炭、二叠系。石炭系太原组地层含煤68层，其中23层个别点达到可采厚度，无工业价值，不作为研究对象；二叠系含煤地层有下统山西组、下石盒子组和上统上石盒子组，含煤地层厚度约1010m，含1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、等十个煤层（组），含煤1958层，煤层总
13、厚约1.1458.48m，平均20.60m，煤系地层含煤系数2.04%。山西组：组厚平均120m，中上部含煤13层，其中10煤层厚度04.99m，平均2.06m，为主采煤层之一，本组含煤系数为1.60%。下石盒子组：组厚平均280m。含煤1028层，煤层总厚度1.1441.63m，平均14.99m，其中 4、5、6、7、9为局部可采煤层，8煤层为全区可采煤层。8、9煤层为主采煤层，本组含煤系数5.35%。上石盒子组：组厚610m。含煤组3个，含煤层数827层，煤层总厚度为011.88m平均厚度3.69m，含煤系数为0.6%。本组含煤层数多，厚度变化大，煤层极不稳定，可采煤层少，含局部可采煤层一
14、层，即3煤层。2.2.2 煤层本井田内可采煤层有8层，自上而下依次为3、4、5、6、7、8、9、10煤层，分别赋存于二叠系上、下石盒子组和山西组，其中7、8、9、10煤层为主采煤层，3、4、5、6煤层为局部可采煤层。8煤为特厚煤层，含 1-2层夹矸，有软硬分层，软分层以碎粒状和鳞片状为主，硬分层则呈梭形多层次的包裹体状，平均厚度为9.56 m，赋存稳定；9煤层为中厚煤层，平均厚度为3.01 m，局部与8煤层合并，煤层绝大多数为鳞片状，顶板破碎。8、9煤层坚固性系数低，松软易碎。10煤层为中厚煤层，平均厚度为2.06m，全区普遍发育，是煤矿主要可采煤层，较稳定。详见表2.1。表2.1 芦岭井田主
15、采煤层特征一览表煤层编号厚度（m）结构稳定性顶 底 板 岩 性煤型号层间距(m)顶 板底 板7简单不稳定中粒砂岩为主，局部为细砂岩或泥岩泥岩为主局部为细砂岩F、Q208复杂稳定以泥岩为主，局部为细砂岩薄层状细砂岩或砂质泥岩Q3.59简单较稳定薄层状细砂岩或砂质泥岩块状泥岩Q6610较简单较稳定中粒砂岩为主细砂岩泥岩次之泥岩为主砂岩次之F、Q10煤层为中厚煤层，全区普遍发育，较稳定。井田内198个穿过10煤层位的工程点(不含断缺孔)，见煤点187个，可采点179个，煤厚0-4.99，平均1.86；可采点平均煤厚0.7-4.99m，平均2.07；三水平内见10煤层的工程点37个，可采点29个，煤厚
16、0.43-4.3，平均2.01，可采点平均煤厚2.14。煤层结构较简单，全区仅13个钻孔见夹矸，单层夹矸0.14-0.63m，平均0.26。通过全层选点计算，Km值为0.89，值为44.62%，为不稳定煤层。全区分为三个区段，分别选点计算，三个区段是：11-12线以东、11-12线至F7-1断层、F7-1断层至西部采区边界。计算结果为11-12线以东为极不稳定煤层，其它两个为较稳定煤层。10煤层-400m水平以上厚度较稳定，变化不大，-400m水平以下，F7断层以西厚度较稳定，一般为2.53.lm，F7断层以东在走向上变化不大，沿倾向上向深部变薄，最薄点仅0.79m，呈东薄西厚变化（见图22）
17、。图2-2 10煤层可采区分布图10煤层受古河流冲刷较为明显，如10l8工作面的古河流冲刷（见图2-3）。除古河流冲刷煤厚变化外，基底不平也造成煤厚变化，如10107工作面实见基底不平造成煤厚变化。煤层顶板以灰白色中粒砂岩为主，细砂岩、泥岩次之。图2-3 10煤层受古河流冲刷素描(据1018工作面)2.2.3 煤质煤质以气煤为主，中低灰分，低硫低磷、高焦油率。各主要煤层颜色主要为黑色，油脂光泽弱玻璃光泽、条带状及线理状结构，参差状及棱角状断口，内生裂隙较发育，裂隙面多充填黄铁矿薄膜，性脆、易碎成粒状及粉末状，坚硬程度多为松软级，视密度多在1.31.45之间。6、7、8、10煤层呈薄块状,质较硬
18、；8煤层受构造应力作用,垂向上出现几个软分层,与硬分层相间分布；3、4、5、9煤层呈粉末状或鳞片状,煤质较松软,颜色一般为黑褐色,具油脂光泽,内生裂隙发育中等,具条带状和线理状结构。各可采煤层煤质特征详见表2-2。（主要列出10煤层及邻近8、9煤层即可）表2-2 可采煤层煤质特征表煤 层水分Mad(%)灰分A.d(%)硫分St.d(%)磷Pd(%)3原煤0.92-2.321.54(28)13.66-49.030.64(28)0.18-2.881.20(19)0.001-0.0110.0135(8)精煤0.87-2.281.52(22)7.22-37.0712.62(22)0.46-1.9410
19、9(15)0.006(1)4原煤1.15-3.131.66(36)15.88-50.124.18(35)0.14-1.070.69(25)0.0019-0.0130.0078(6)精煤0.95-2.411.57(30)5.68-15.529.41(30)0.28-0.710.76(13)0.0028(1)5原煤0.65-2.191.44(32)12.27-38.425.13(31)0.09-0.700.28(26)0.003-0.0180.0047(6)精煤0.67-1.931.31(29)6.44-16.1111.49(29)0.09-0.700.33(13)0.0025(1)6原煤0.63
20、-1.911.41(18)18.56-41.226.18(17)0.16-0.560.21(11)0.003-0.00870.0057(6)精煤0.60-2.021.26(14)10.39-15.112.26(14)0.17-0.410.27(4)7原煤0.64-2.311.61(58)11.59-43.919.69(57)0.11-0.470.25(45)0.001-0.0190.0078(13)精煤0.55-2.381.46(52)5.09-31.177.81(52)0.10-1.410.32(37)0.0018(1)8原煤0.39-3.231.52(115)10.82-30.718.00
21、(115)0.07-0.550.27(86)0.001-0.0430.0015(36)精煤0.70-2.381.47(112)4.30-13.517.46(112)0.11-0.470.25(45)0.0017-0.0200.0035(7)9原煤0.60-2.621.52(74)13.15-39.823.30(74)0.19-1.300.46(59)0.0016-0.01150.007(22)精煤0.72-2.961.69(71)5.45-16.269.16(71)0.21-0.770.43(37)0.0015-0.00260.0023(6)10原煤0.48-2.761.44(103)6.04
22、-34.3714.85(103)0.16-0.660.34(77)0.0015-0.0060.0049(19)精煤0.76-2.451.27(96)3.79-20.906.68(96)0.28-0.570.37(44)0.0016-0.0020.0018(4)2.3 通风系统概况矿井采用中央边界配并列混合式通风方式，矿井通风方法为抽出式。矿井共有3个风井，即东风井、中央风井、西风井。其中东风井根据实际需要已于98年停用。中央风井安装两台K4-2X7328离心式扇风机两台，一台工作，一台备用，西风井安装两台BD-829轴流式扇风机。目前矿井生产采区有81采区、82采区、8采区及88、810采区，
23、准备采区有3、4采区。东部81采区主要通过-400大巷、-590东大巷进风，81回风上山、101轨道上山及东边界回风上山回风至南风井。中部82采区通过-400大巷、-590西大巷进风，82人行上山、104回风上山、102中部回风上山回至南风井。西部88采区及8采区通过西部井-320大巷、-590西大巷进风，通过88人行上山及回风石门、88回风上山及88中部回风上山回至西风井。810采区通过-320西大巷进风，通过西总回风巷回至西风井。每个采区均有专用回风道。81、82采区有边界、回风、瓦斯道三条回风上山；88采区有88专用回风上山；810采区有810专用回风道；88采区有88回风上山。为了保证
24、矿井通风系统稳定，矿加强了通风设施的管理制定了通风设施管理办法，所有风门均安设了风门闭锁，对主进回风巷之间安装了语因报警和开关，目前矿井通风系统稳定、可靠。矿井等积孔为7.97m2，南风井等积孔为4.11m2,西风井等积孔为3.94m2。南风井风机总排风量为12234m3/min，风井总回风量为11892m3/min，外部漏风率为2.8%，有效风量率为88.5。南风井系统分为两个采区即81和82采区，共有回采工作面3个，掘进工作面14个（包括钻场打钻），硐室16个。西风井风机总排风量为9936m3/min，风井总回风量为9638m3/min，外部漏风率为3.0%，有效风量率为89.8。西风井系
25、统分为88、88及810三个采区，共有采煤工作面3个，掘进工作面11个（包括钻场打钻），硐室15个，风量能够满足生产需要，没有出现超通风能力生产现象。（上标，包括以后）2.4 开采方法及影响因素目前开采的煤层有8、9、10三层。8、9煤层联合布置，10煤单独布置。采用走向长壁顶板全垮落放炮落煤和低位剪网放顶煤的开采工艺。8、9煤层由于顶板岩石松软破碎，随采随落；10煤层则多采用人工强制初放。开采的主要影响因素为煤层松软、地压、瓦斯、自然发火等。特别是开采8煤顶分层，除夹矸影响外，瓦斯和地压是制约安全生产的关键因素；开采9煤层，由于受8煤回采的重复破坏，顶板破碎，煤层松软，支柱钻底严重。因此，顶
26、板和地压是9煤层开采的最大障碍。3 瓦斯地质规律研究瓦斯是复杂的气体地质体，受着地质条件的控制。瓦斯地质规律是瓦斯涌出、瓦斯突出的重要规律。瓦斯含量、涌出量大小和发生煤与瓦斯突出受地质构造演化条件的控制，并且存在着明显的分区、分带特征。矿区、矿井、采区采面都有各自的瓦斯地质规律，但瓦斯受地质构造逐级控制。只有搞清矿区、矿井瓦斯地质规律，才能准确地进行采区采面的瓦斯预测，有的放矢的进行瓦斯防治。3.1 瓦斯的生成和赋存条件3.1.1 瓦斯的生成条件煤矿井下的瓦斯来自煤层和煤系地层，它主要是腐植型有机物质在成煤过程中生成的。有机物质沉积以后，一般经历两个不同的造气时期：从植物遗体到形成泥炭，属于生
27、物化学造气时期；从褐煤、烟煤直到无烟煤属于煤化变质作用造气时期。瓦斯生成量的多少取决于原始母质的组成和煤化作用所处的阶段。瓦斯是煤化作用的产物，煤化程度高，单位重量的煤产生的瓦斯就多。3.1.2 瓦斯的赋存条件煤层经过漫长地质年代煤化过程生成的瓦斯，在其压力与浓度差的驱动下进行运移，其中大部分脱离产气煤层排放到古大气中；当在运移途中遇到良好的圈闭和贮存条件时，会聚集起来形成天然气藏。留存在现今煤层中的瓦斯，仅是其中的一小部分（占324%）。煤层保存瓦斯量的多少，主要取决于封闭条件（如煤层埋藏深度、煤层及围岩的透气性、地质构造等）与存贮条件（如煤的吸附性能、孔隙率、含水程度、温度与压力等）。瓦斯
28、的保存条件是指煤的孔隙多少和对瓦斯的吸附能力；放散条件是指煤的赋存条件、覆盖层的性质和煤的厚薄、地质构造等因素。煤的孔隙率大，贮存游离瓦斯的空隙就大，瓦斯的吸附能力也大。煤层的透气性越大，瓦斯就容易逸散，反之，就易保存。水分对瓦斯也有一定的影响，它不仅占据了空隙和吸附面，而且还可以溶解和带走瓦斯。因此，煤层含水越大，瓦斯相应就越少。一般说来，煤层的瓦斯含量随着深度的增加而逐渐增大。其次是煤层的倾角，煤层的倾角越小，瓦斯含量就越大。3.2 区域构造控制特征 根据区域地质构造的形成机制，弧形构造的凹侧遭受挤压而成为应力集中带，该带内有利于瓦斯的聚集和保存，而且弧顶部位应力集中程度最强，随着向弧心及
29、两侧的展布影响逐渐减弱。芦岭井田基本上位于徐宿弧形构造的侧弧顶位置，强烈的地质应力作用引起了宿北断裂（基本上形成与弧顶对称中心线）的出现，从而使附近区域的煤层瓦斯得以部分释放。以此分析，芦岭井田瓦斯赋存量总的来说应该具有以下的变化趋势：总体随煤层埋深的增加而增大；井田东部虽处徐宿弧形构造的弧顶中心区域，地质构造复杂，但距宿北断裂很近，应力在后期已经部分释放，瓦斯相对较小；井田中部已逐渐远离宿北断裂带，但仍深受徐宿弧形构造的影响，除东南浅部瓦斯较小外，其它区域向深部瓦斯增加很快；井田西部不仅远离宿北断裂，更逐步移出徐宿弧形构造的弧顶中心区域，瓦斯又趋于减小。宿东向斜北受宿北断裂控制，南有光武固镇
30、断裂，西南有西寺坡逆冲断裂，东有固镇长丰断裂（见图31）。宿北断裂为区内规模最大的一条东西向断裂带，由龙山孟集和宿县蒿沟断陷带组成，长度大于200km，断面南倾,倾角70，断距大于1000 m，早期具右行走滑性质，生成于中生代，横贯于徐宿弧形构造中段与南段之间，南北两侧构造与地貌截然不同，是地貌单元的分界线；光武固镇断裂横贯于淮北煤田南缘边界，也是徐宿构造的南界断层，控制长度大于200 km，这两条断层生成于中生代，第三纪仍有活动,其间的古生代地层应为徐宿推覆体的下盘。西寺坡逆冲断裂由四条走向NW的图3-1 宿东矿区构造纲要图冲断层组成，走向N603510W，延展长度36.5km，倾向北东，倾
31、角浅部陡，深部缓。T89-1孔和区域频率测深资料证实滑脱面下为二叠系煤盆地。1、宿东向斜轴向及范围已叙述前,以主采煤层8煤来讲,轴部最深处约1200 m,向两端逐渐变浅,但大部分在-700m以下,有132. 、254、11-12线3孔、芦水14、157、134及两条物探测线控制,基本查明。2、小史家背斜位于F29断层及11-12线之间，轴向NNW，向北倾伏，两翼倾角变化大，经五采区生产证实背斜呈歪斜褶曲，东翼走向较为平直，煤岩层倾角变化不大,一般2035,西翼走向急转,煤岩层倾角大多在35以上，变化较大，局部出现地层倒转现象。此背斜是宿东向斜西南翼的次级褶曲，基本查明。3、松林王背斜位于井田边
32、界,八采区浅部，1010采区中部,第6线及8线之间，轴向NW，两翼倾角较缓，起伏幅度1530m，为宿东向斜内的低序次褶曲，经10煤层l0采区北部生产证实,属查明褶曲。4、王格庄向斜位于松林王背斜西侧,1010采区西南部,轴向近SN向，两翼产状较平缓，8、9煤层呈封闭型向斜盆地，10煤层与宿东向斜相连，呈弧形向南突出，为宿东向斜内的低序次褶曲,经1010采区南翼生产证实，该褶曲浅部倾角较大，一般多在2030，-300m水平以下，煤岩层倾角较缓，呈边缘陡，盆底缓平的形态。属查明褶曲。3.3 宿东矿区瓦斯地质规律研究从区域构造图中可以看出（图3-1），淮北煤田断裂构造发育，褶皱强烈，地层产状变化甚大
33、，整体构造形迹较为复杂。作为徐宿弧形构造的组成部分，宿东向斜内的各种构造形迹的形成和发展、展布与组合，必然受到区域构造运动的制约和影响,整体构造形态也决非一次构造运动期次所能形成。根据宿东矿区十层煤开采底板灰岩水文地质条件初步评价报告研究成果，宿东向斜形成于印支运动期，存在两期构造运动。第一期印支运动，本区在N60E非均匀挤压应力作用下，首先形成早期平面X型剪节理。早期平面X型剪节理形成后，宿东矿区继续受NE向挤压作用，地层弯曲褶皱，形成宿东向斜，并在早期平面X型剪节理的基础上，逐步发展成NNE、NWW向大中型张及张扭性正和正平移断层，其中芦岭井田以NNE向一组较为发育，如Fl4、 Fl6、F
34、 29、 F30等；朱仙庄则以NNW向一组较发育，如F10、 F11、 Fl3等。F7断裂组也应属于早期平面X型剪节理发育而成的正平移断层，可能由于局部边界条件影响，应力方向发生变化或后期改造等原因而导致断层走向为近南北向。 随着构造作用力的不断加大或持续作用，宿东向斜递进变形，向斜东北翼发生局部倒转，向斜中产生晚期剖面X型剪节理，走向NW，倾角比早期平面X型剪节理要缓，在此基础上发育形成了F4、F21、F22等走向逆冲断层。褶皱晚期，在转折端产生了一系列放射状断裂，同时还产生一系列小断层和层间滑动构造。印支期挤压应力有两个主应力点，一是在芦岭井田的六采区；二是在朱仙庄井田的补7线、4线附近，
35、此处应力集中，向斜较窄，构造较为发育，地层变形较大，导致芦岭矿四、六、II八采区断层极为复杂，煤层赋存条件极差，给开采带来很大困难。从矿区构造图上可以看出，宿东矿区构造形迹在向斜最窄处以NE向为对称轴线呈类似对称关系，此处的宿东向斜轴线向西南突出到最大位置，此处可能是宿东向斜在第一期构造运动中的最大主应力集中区。在强大构造应力作用下，轴线两侧形成了两个方向相反的次级应力场，东南侧(芦岭井田)产生逆时针方向的旋转应力，松林王、小史家背斜、王格庄向斜可能就是这一应力场留下的产物。该构造应力同时还对先期形成的F6、F7断层进行了改造，从而导致芦岭井田的NNE向的构造产生走向偏移。印支运动奠定了宿东矿
36、区的主体构造格局。根据矿区小断层及共轭节理和岩组图反映，宿东向斜经受过第二期构造应力的作用，主应力方向来自于105左右方向，但强度和规模远不如第一期构造作用强烈，第二期构造作用使宿东向斜枢纽在平面上发生弯曲，次级褶皱及断层发生走向偏转，加剧了煤系地层变形程度，破坏了煤层的原生结构，使构造进一步复杂化，初步分析，其作用时间可能在燕山晚期。宿东矿区的主体构造格局形成于印支期，燕山运动期，构造应力加大和改造了宿东向斜的变形程度，岩浆沿着早期形成的断裂构造侵入到煤系地层。喜马拉雅构造期，本区地壳缓缦下沉，接受第四纪松散沉积物。值得注意的是，宿东矿区与周围煤层赋存有很大差异，特别是8煤层厚度差异较大，可
37、能是与推覆构造有关。据安徽省“两淮”煤体推覆构造与找煤研究成果报告，西寺坡断裂为淮北地区推覆构造体的南部前缘挤压带，基本上是顺层推覆于石炭二叠系之上。该推覆构造体形成于印支晚期，属盖层内冲掩，其动力来源于华北板块与华南板块对接碰撞对板内施加的应力。宿东向斜也是在这一构造背景和应力作用下形成的，属徐宿推覆体的上覆系统保留下来的一个向斜，这使它与四周的地质构造与煤层赋存具有相对独特性。3.4 矿井瓦斯地质规律芦岭井田处于宿东向斜西南翼的东南段。按照构造的复杂程度，可将井田划分为三段：井田西南部（6-7线F7）：主要包括106、108采区，该块段内中小型断层发育，浅部沿走向和倾向上有舒缓的褶曲和波状
38、起伏。在水平上部，发育一条走向方向的正断层与倾向断层斜切。本块段内以六采区构造最为复杂，把106采区切割成五个孤立块段。井田中部（F711-12线）：包括101、103、102、104采区，相对构造比较简单，发育几条斜切断层，其中四采区-600m水平以上倾角宽缓，煤层沿走向有平缓的波状起伏，薄及中、厚煤层中落差10m以下断层较为发育。井田东南部拐头区（11-12线以东）：包括105、107采区，为宿东向斜的仰起端，呈弧形向南突出，该区内地层倾角变化较大，一般在40o75o，局部出现地层倒转，褶皱发育，断层密集，切割关系复杂。据统计井田内已查明落差大于10m的大断层有45条，其中正断层19条，逆
39、断层26条；落差100m以上的断层有条10条；落差在30100m之间的有12条，落差小于30m的23条。落差大于20m的断层多作为采区的自然边界使用。大中型断层主要是以近SN向和NE向的斜切正断层为主，高角度正断层占60%以上，其力学性质多具扭动性质。中小断层及滑动构造较为发育，构造面多具细腻致密的构造膜泥，封闭性较好，推压扭搓特征明显。35 煤体结构特征煤体结构研究是瓦斯地质学的重要内容，在瓦斯含量和地应力条件具备的前提下，煤体结构控制着瓦斯的突出。要发生煤与瓦斯突出，就必须具有高瓦斯含量、高应力（包括地应力、上覆岩层静压力、采矿生产诱导压力）和一定厚度的软煤分层。根据煤层的结构破坏特征，煤
40、体结构可区分为四类：原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤，其中后三种称“构造煤”，而后两种则为软煤。煤体结构的分类特征见表3-1。表3-1 煤 体 结 构 分 类型号类 型赋存状态和分层特点光泽和层理煤体破碎程度裂隙、揉皱发育程度手试强度原生结构煤层状、似层状与上下分层整合接触煤岩类型界限清晰，原生条带状结构明显呈现较大保持棱角状块体，块体间无相对位移内外生裂隙均可辨认，未见揉皱镜面捏不动或呈厘米级块碎裂煤构造煤层状、似层透镜状，与上下分层呈整合接触煤岩类型界限清晰，原生条带结构断续可见呈现棱角状块体，但块体间已有相对位移煤体被多组互相交切的裂隙切割，未见揉皱镜面可捻搓成厘米、毫米级碎粒或煤粉碎
41、粒煤软煤透镜状、团块状，与上下分层呈构造不整合接触光泽暗淡、原生结构遭到破坏煤被捻搓碎，主要在1毫米级以上粒级构造镜面发育易捻搓成毫米级碎粒或煤粉糜棱煤透镜状、团块状，与上下分层呈构造不整合接触光泽暗淡、原生结构遭到破坏煤被捻搓碎得更小，主要在1毫米级以下粒级构造、揉皱镜面发育极易捻搓成粉末或粉尘据勘探阶段岩心描述，10煤层属于厚煤层，常含12层夹矸，有软硬分层，软分层以碎粒状和鳞片状为主。另据井下观测及采煤样进行实验室分析，软煤f值一般为0.160.614， P最大达到17.5，基本上可认定为表中的、类“构造煤”，即软煤。大量的生产和科研实践表明，由于“构造煤”特别是软煤自身具有高吸附能力、
42、高瓦斯含量、低渗透性、高瓦斯解吸速率及低强度等特点，所以煤与瓦斯突出多发生在有软煤分布的区域。芦岭井田的这种软煤与较硬夹矸互层的煤体结构便是容易造成煤与瓦斯突出的便利条件。3.6主采煤层顶、底板特征本矿精查及生产期间对主采煤层7、8、9和10煤，顶底板岩石在部分孔取样进行了测试，其力学性质测试结果见表3-2。表32 煤岩层物理力学性质测试成果表煤岩层名 称取样位置取 样层 位岩石名称比重（g/m3）容重（g/m3）抗压强度(Mpa)抗拉强度(Mpa)抗剪强度坚固性系数f孔隙率(%)测试单位10煤补14线5孔顶板中粒砂岩2.722.5988.58.54.78第三勘 探 队1965年底板砂泥岩互层
43、2.662.54140.520.54.50补13线5孔底板细砂岩2.692.58117.513.54.109煤补14线5孔底板铝质鲕状泥岩2.732.6755.53.02.205煤8-9线1孔底板页岩2.642.5925.98.42.61.90太 原组 石灰 岩81-1水孔顶板粉砂岩2.732.6026.91.33.0局勘1981年一灰石灰岩2.762.7374.72.87.0二灰石灰岩2.742.6791.63.59.07煤井下取样顶板砂岩2.60123.65.4淮南矿院19848煤顶板粉砂岩2.5576.21.59煤底板粉砂岩2.6556.62.410煤90-观2孔煤1.341.315.9
44、0.41132.17淮南矿院1990底板粉砂岩2.572.5445.72.415.81.09底板砂质泥岩2.522.4414.10.611.23.06二灰石灰岩2.622.5949.22.323.51.43井田中部，10煤层受古河流冲蚀较严重，顶板常为灰白色厚层状中、粗砂岩，局部出现砾岩或含砾砂岩，厚度多在310m，泥质胶结，遇水易松散。正常沉积形成的顶板为灰色泥岩或粉砂岩，厚度25m，伪顶厚00.5m，局部(1010采区)出现厚达2m，为薄层状夹煤线的炭质泥岩，顶板多含植物叶片化石。从101、102和1010采区看，10煤顶板还常发育有一层似底板的叶片状砂岩，厚度多在24m，但较底板叶片状砂岩软，内夹细而直的灰白色砂岩条带，层理界线清晰，无底栖动物通道，也不含菱铁结核；底板的咔炸状砂岩是深灰色泥岩中夹细砂岩条带，顶板的叶片状砂岩是灰白色细砂岩中夹深灰色泥岩条带，是二者最明显的区别标志。中、粗粒砂岩或粉砂岩顶板较平整，稳定性较好，局部凹凸不平,裂隙不太发育，属1I类顶板；泥岩或叶片状砂岩顶板则凹凸不平，裂隙发育，还经常出现一些有一定分布规律的沟槽、陡坎、槽坎，其间多平行排列，延展长度一般在1040m,采掘工作面顶板管理较困难，易冒顶，属类顶板。10煤老顶多为厚层状砂岩，间夹泥岩、粉砂岩；底板为灰色块状泥岩或粉砂岩,厚13m,富含植物根茎化石。
