岩浆侵入对煤矿生产的危害及其防治技术研究-02.ppt

5、卧龙湖煤矿岩浆侵入对瓦斯的影响：,岩浆侵入导致煤的变质程度增高，而煤层瓦斯含量的大小则随煤阶的升高而增加。本矿井无烟煤及贫煤中，瓦斯含量最高可达14.6ml/g，而相距仅15km的百善煤矿其平均仅约4ml/g。但当煤层进一步蚀变为天然焦时，其瓦斯含量测试结果则明显降低，平均约2ml/g。造成这种现象的原因为： 在岩浆的高温作用下，煤层中游离瓦斯含量增多。在盖层及围岩密封性不好的情况下，瓦斯大部分已逸散，煤层中瓦斯含量主要以吸附量为主。,张文永，徐胜平，蔡学斌.卧龙湖煤矿岩浆侵入规律及其对煤层、煤质、瓦斯的影响.安徽地质，2005,5、铁法煤田大兴煤矿岩浆侵入对瓦斯的影响,迄今为止，该矿已经发生了6次煤与瓦斯突出，其中7-2 煤4次，4-2 煤2次，其突出情况见下表。这6次煤与瓦斯突出的共同特点是突出煤层均不同程度地受到第三纪辉绿岩侵入体的影响。,2、突出特点： 该矿上煤组煤层为长焰煤，下煤组煤层为气煤，煤层平均瓦斯含量4-2 层为7.34m3/t，7-2层7.24m3/t，12层8.85 m3/t，15-2层8.34 m3/t。局部块段由于第三纪辉绿岩侵入煤层发生了接触变质，在平面上呈现围绕绿岩岩体向外依次为天然焦、无烟煤、不粘或弱粘煤、气煤或长焰煤的煤质分带现象。随着煤层变质程度的提高，其吸附瓦斯能力增强，岩浆作用本身携带的CO2 ，N2 等气体进入煤层空隙之中，煤的接触变质作用产生某些气体等都促进了煤层瓦斯含量的增高，详见表。,王生辉，崔玉环，等.岩浆侵入煤层对煤与瓦斯突出的影响.煤炭技术，2005.,在海孜矿，岩浆侵入煤层对瓦斯生成和保存的有利影响比较普遍，特别是沿煤层呈岩床侵入的岩浆对瓦斯赋存和突出的发生影响显著，主要表现为： (1)岩浆侵入使煤层受热力变质后炭化程度增高，进一步生成瓦斯，促使瓦斯含量增加。 (2)由于岩床处在煤层顶板部位，对排放瓦斯通道起封闭作用，瓦斯易于保存。 (3)岩浆侵入使煤层受力、揉搓粉碎，造成煤体结构破坏，形成软煤分层，强度降低。 (4)岩浆侵入使局部煤系地层处于不均衡的应力紧张状态，积蓄了弹性潜能。矿井西部7煤层顶板大面积被岩浆岩呈岩床侵入，从而成为下部8、9煤层瓦斯的良好覆盖层。,6、海孜煤矿岩浆侵入对煤层瓦斯的影响：,7、铁法大隆煤矿瓦斯爆炸事故分析：,岩墙,爆炸地点,推测岩鞍分布范围,巷道大量瓦斯涌出地段,东一采取平面示意图（局部）,C,D,C-D剖面示意图,（1）岩浆侵入概况：,C,D,（2）瓦斯储存特点：,该区岩浆通过一断层通道（形成岩墙）向上侵蚀到煤层顶板后，向东西二侧分散开，形成典型的岩鞍（与原地质构造的一倾伏背斜有关）。从采掘巷道所揭露的岩鞍、岩墙情况来看，其垂直岩鞍和岩墙的节理和裂隙很不发育，所以不透水，也不透气，为一为一良好的隔气屏障层，使各种成因的瓦斯，自下往上运移到此地后，被保存在岩鞍之下，构成一个大型的“储气仓库”，进而瓦斯不能很好的释放出去，造成瓦斯爆炸事故。,徐国堂.关于铁法大隆煤矿瓦斯爆炸事故的”瓦斯地质”因素分析.阜新矿业学院学报.1988.,8、1999年辽宁南票矿务局三家子煤矿“11·5”瓦斯爆炸事故分析：,（1）概况： 1999年11月5日19时50分。三家子煤办水采一区二上山掘进工作面外27m处发生瓦斯爆炸事故。死亡6人，直接经济损失46万元。,（2）导致瓦斯爆炸的直接原因：井田构造复杂火成岩侵入严重。掘进工作面遇地质构造变化瓦斯涌出量突然增大，风量不足；放炮间隔时间短，造成瓦斯积聚达到瓦斯爆炸界限。,王捷帆，李文俊.中国煤矿事故暨专家点评集.2002.,3、对水体的影响,岩浆侵入煤层，会改变局部地段的矿井水文地质条件，使其趋于复杂化，易造成水害。 煤系中的侵人体，改变了含煤地段的地层结构，对水体可能产生三方面的影响： 对水体起阻水作用； 对水体起导水作用； 能改变水体的化学成分。,阻水机理： 岩浆侵入体在区域上形成地下水的阻(隔)水边界，构成水文地质条件明显不同的水文地质块段。 由于岩浆岩体的存在，控制了地下水的运动范围，或改变了地下水的径流方向。 大面积岩浆岩体甚至形成水文地质亚区或水文地质亚单元的隔水边界。,岩浆侵入体对水体起阻水作用,邢台百泉单元水文地质略图,以百泉奥灰水文地质单元为例，岩溶地下水在 北洺河以北，流向为北北东向和北东向，沿矿山岩体东侧经云驾岭、郭二庄至惠兰村后分流，径流至中关后，由于受綦村岩体阻挡，向东折流。,据闫海渠，邯邢煤田岩浆岩体的水文地质意义.中国煤炭地质2006,章村煤矿岩浆侵入与水文地质变化略图,章村三井西风井沿9煤层+125m水平掘进过程中，多次底鼓突水，最大涌水量12001300m3/h，其东侧600m处的7-5孔以东地段，岩浆岩侵入，使地下水径流受阻，富水性减弱，成就了水文地质条件简单地段。,据闫海渠，邯邢煤田岩浆岩体的水文地质意义.中国煤炭地质2006,邯郸矿区北李庄井田所处的陶庄块段由于受巨厚岩浆岩侵人体的阻隔，影响奥灰含水层的补给条件，使奥灰地下水水位存在南北两翼明显的差别。据陶二煤矿观测资料，北翼水位标高在+80m左右，而南翼水位标高为+100+120m。,据闫海渠，邯邢煤田岩浆岩体的水文地质意义.中国煤炭地质2006,导水机理： 由于岩浆活动时，侵入体对原岩层产生巨大的挤压撑开作用，当侵入的岩体温度逐渐降低时，原岩层冷缩，出现开裂，从而形成了大量张性裂隙。尤其在接触带裂隙极为发育，常形成密集的裂隙破碎带。具备了沟通含水层组水力联系的条件； 这些裂隙一方面成为地下水活动的空间，另一方面，可以成为沟通邻近含水层的导水空间。 因而，如果对岩浆岩侵人体的水文地质意义认识不够，就可能给煤矿生产的防治水工作造成不良影响。,岩浆侵入体对水体起导水作用,陶二煤矿四下采区在采掘2煤层时，发生过多次工作面涌水事故，其涌水水源来自伏青灰岩及其下岩浆岩体，单点涌水量为150m3/h。经分析为伏青灰岩下侵入巨厚层岩浆岩所致。 岩浆在强大挤压下侵入伏青灰岩下，炽热的高温使上覆岩石脆性化，上挤的张力，使上覆地层产生大量裂隙，采掘时，破坏了地应力的平衡状态，随地应力的释放，导致裂隙张开，并导通伏青灰岩含水层，而造成底板突水事故。,据闫海渠，邯邢煤田岩浆岩体的水文地质意义.中国煤炭地质2006,淮北刘东煤矿岩浆岩突水事故分析：,1、突水概况： 1997年3月，刘东煤矿外水仓开口时，发生60t/h的涌水量，砌墙封闭。 8月14日，继续掘进，布置5个5m深的探水孔遇水即注成巷126m。 8月18日，夜班迎头右侧底部出水，水量迅速加大，突水量超过270t/h，外水仓全部淹没。经11天观测，水量基本稳定。,朱子旺 ,陈新宏 .全国煤矿地质世纪之交学术交流会 .1999,2、突水原因： 一般认为岩浆岩体不含或弱含水，刘东矿外水仓即布置在岩浆岩体中，却发生了560t/h的滞后透水事故。 运用新构造裂隙水的理论，从研究区域构造及外水仓节理发育特征入手，认为这是一起以岩浆岩接触界面和岩体内部富水裂隙为通道进行侧向补给的透水事故。 它表明岩浆岩体受新构造破坏后，在特殊的地质环境中可以成为导水、含水丰富的地质体。,朱子旺 ,陈新宏 .全国煤矿地质世纪之交学术交流会 .1999,岩浆岩的新构造裂隙水具有明显的分带性-以淮北煤田刘桥勘探区的刘东煤矿为例：,由岩浆岩与沉积岩的交界面向东至车场东绕道长约200m的距离内，由西向东可分为3个带： 第一带：岩浆岩与沉积岩的接触富水带，走向20°，大致平行于岩浆岩与沉积岩的接触面，倾向SE，倾角59 °，带宽27 m。 第二带：在-260 m水平石门中宽42 m，走向15 ° ，向南延伸入外水仓，形成6个出水点，总涌水量达172m3/h。第一、二带间距28m。 第三带：在-260 m水平石门中宽28 m，该带穿过-260m水平石门，车场，泵房，内、外水仓，但由于富水、导水不均匀，仅外水仓突水300 m3/h，第二、第三带相距53 m(见图)。,岩浆岩新构造裂隙水分带,朱子旺，陈新宏.刘东煤矿外水仓施工过程中的防治水技术.煤炭科技，2004,文中从水温、水质、水量衰减3方面分析，岩浆岩中新构造裂隙水是侧向补给，水源来自相山一徐楼奥灰水强径流带。通道是断层影响带中的节理及岩浆岩接触带中的裂隙，但因裂隙为半充填状态，通道不畅，所以井底硐室虽多处出水，但未造成灾害性事故。但若不及时封堵，一旦裂隙中的松散物被水流带走，后果将相当严重。,岩浆侵入区，灰岩水化学成分异常,卧龙湖煤矿10煤层底板 灰岩水质异常分析,全国煤矿资料表明： 如果岩浆岩发育区，灰岩易产生大量裂隙（溶洞），易产生水害；同时水质发生变化，产生大量硫化氢等气体,4、对地温的影响,岩浆侵入活动对地温带来的危害： 热害是矿井生产中重大危害之一，其中岩浆活动是造成井下高温的主要热源之一。 井下热害严重影响了施工人员的身体健康（易发生呕吐、晕倒、感冒、关节炎等疾病）和矿井生产的工程进度。,矿井地温场受岩浆影响主要因素： 一是要推断岩浆侵入的时代： 因为岩浆侵入或喷出的地质年代时代越新，所保留的余热就越多，在高温岩浆余热的影响下，对现今地温场的影响就越强烈，并有可能形成地热异常区。 二是查清岩浆侵入体体规模、几何形态以及围岩的产状和热性质等： 它们对岩浆体的冷却速率有很大影响 岩浆岩的成分 岩浆岩中易存在大量发射性元素，其在衰变过程中会产生一定的量的持续性的热量,例 子,辽宁某矿，同一矿井，同样开采水平，受岩浆岩侵入的工作面其温度比不受岩浆岩影响的工作高2.3º 统计资料表明，有岩浆岩影响的工作面其地温比类似矿井采区地温高1-5º,岩浆岩侵入起到了“楔子”作用，引起原始地应力重新分布. 当开采时，应力释放，易产生强冲击地压。,5、对其它方面的影响,钻探技术 地球物理探测技术 地球化学分析方法 其它方法手段,三、防治技术应用研究,岩浆岩基本特征 岩体空间分布范围 岩体对煤矿安全生产的危害评价 其它方面研究,钻孔 资料,野外 勘查,常规手段,（一）钻孔勘查手段,包括： 观察和记录GPS定点，地质产状，结构，构造，分布 常用的手段和方法 记录，素描，照相，录像，野外制图，露头观察描述，采集样品,1、野外勘查 是基础，获取可靠地质信息的第一手材料。,2、钻孔资料 是直接手段，是获取纵向地质信息的可靠资料。,岩芯,岩性清楚、层位准确、与 围岩、接触直观、资料可靠,一孔之见，范围确定误差大,（二）地球物理探测技术,地震勘探技术 电法勘探技术 磁法勘探技术 波阻抗反演技术以及测井约束反演技术； 多参数曲线法， 地震反演技术和谱分解技术等岩性解释方法； GIS的空间分析功能等。,优点：能够圈定岩浆岩侵入的范围、深度 不足： 不能确定岩性 深度和厚度确定不够准确 受岩石结构、构造等影响和干扰大 相对精度不高,包括内容与分析测试手段： A 岩相学（显微结构） B 矿物成分 （X光，电子探针），包裹体成分 C 岩石地球化学（微量元素，同位素） D 同位素年代学 E 模拟（数值模拟和实验模拟） F 岩石的成因与大陆动力学过程研究,（三）地球化学分析方法 是室内研究手段，是获取先进成果的关键,从微观上研究岩浆岩对矿井地质的影响, 目前是较精细的研究方法,4、微量元素对岩浆岩的判别作用,挥发性Hg的作用(淮北) 稀土元素(朱集) 亲硫族元素(朱集),发现了岩浆作用与汞的耦合关系,2.3 淮北煤田概况,通过对煤田的系统采样分析，发现煤中汞对岩浆侵入的响应： (1) 从北向南和从东向西，岩浆侵入特征明显，煤中Hg的 含量水平相应增高; (2) 岩浆侵入影响的煤层中汞的含量明显高于其他煤层； (3) 岩浆侵入接触带煤样品中汞明显富集；,微量元素与岩浆作用的藕合作用,岩浆岩与煤中汞的相关性,可以根据Hg的含量与结构，判别离岩浆岩远近,受岩浆影响的煤层,岩浆侵入接触带煤中汞明显富集,岩浆侵入煤层中汞的赋存特征,岩浆侵入影响的煤层中的汞主要以硅酸盐结合态存在。,煤层受岩浆侵入影响明显,如果在淮北以这种 方式存在的,就可认 定为岩浆岩作用的影响,未受岩浆岩影响的煤层（包括夹矸、顶板）稀土元素分布,受岩浆岩影响的3煤层稀 土元素在6个钻孔中分布,朱集井田稀土元素的识别作用,全区空间分布规律,1.主要集中在中、东部617勘探线之间的中、北部地段，在18 勘探线及其以西地段有零星分布（3个孔）。 2. 岩浆岩分布区域以及分布面积有从西向东、由北向南扩展并逐渐扩大的趋势。,从图中可以看出，岩浆岩底板在井田东西两翼侵入较深，侵入层位主要集中在3、4-1、4-2煤层附近 ；中部侵入较浅。侵入层位主要集中在4-8煤层以及13煤附近 。,N,井田东西两翼岩浆岩厚度较薄，中部11-5孔附近岩浆岩侵蚀厚度较大，厚度达到50多米，主要侵蚀主采13-1煤层以及3、4煤层。,N,淮北地区,淮南地区,潘谢矿区,朱集井田,岩浆岩的 主要来源初步分析,徐州铁矿微山湖,淮南煤田岩浆岩除在上窑、明龙山、寿县和定远东部有出露外，经钻孔揭露在唐集、潘集、丁集还有中生代燕山期的隐伏岩体。定远东部的玄武岩属新生代喜马拉雅期产物。出露岩体以正长斑岩、二长斑岩、闪长斑岩为主，多呈岩脉、岩株状侵入于寒武系或前长城系中，对煤田、煤层无大的影响。隐伏的潘集和丁集细晶岩、煌斑岩体，对煤层有影响，大多沿层面侵入，使煤层局部被吞蚀和变质为天然焦。 潘谢矿区于潘集背斜轴部西侧、丁集与潘三井田边界处，有岩浆岩侵入体，以小型岩脉和岩床形式侵入石炭纪和二叠纪煤系的下部，主要对1煤层至13煤层有不同程度的影响，使煤层局部被岩浆岩吞蚀变为天然焦，岩浆岩厚度为4.4977.79m，一般由东往西变厚、翼部厚，向深部和背斜轴部逐步变薄至尖灭。 推测本区岩浆侵入时代为燕山早、中、晚三期均有，上窑明龙山断层为主要侵蚀通道，侵蚀方向自东向西。,淮南煤田岩浆岩情况,4.岩浆侵入对煤层空间关系初步研究,在井田东部（大部分地区），中部有10-1、20-1两孔揭露岩浆岩。共有有31个钻孔揭露该煤层受岩浆岩侵蚀，是所有煤组中受岩浆岩侵蚀影响范围最大的煤层之一 。,原来3煤层原始岩浆岩侵蚀边界,本次3煤层受岩浆岩侵蚀范围：包括3部分,3煤层受岩浆岩侵蚀分布图,原来4-1煤层受岩浆侵蚀范围,本次的4-1煤层受侵蚀范围,815线间东北部的F201、F25、F28、F29、F30和F33断层附近,4-1煤层岩浆岩侵蚀范围,研究方法小结,观察的数据具有不连续性和随机性即离散性，但它的优点是直观，能直接识别煤岩层；,数学分析方法、数据处理手段等等。,综合运用各种测试方法手段，方可确定岩浆岩的侵蚀范围，进而减少岩浆侵入给煤矿生产带来的危害。,虽具有连续性，但容易出现多解性的问题；,优点是用微观手段解决宏观问题，与其它方法可以互补使用；,谢谢！ 敬请指导！,