岩浆侵入对煤层瓦斯圈闭效应及突出灾害的控制作用研究

在我国众多的煤与瓦斯突出灾害事故中，受岩浆侵入影响造成的突出或瓦斯涌出异常数量非常多。本项目基于煤岩石学、瓦斯地质学、物理化学等多学科交叉理论，通过采用理论分析、实验室测试和现场试验的研究途径，分析矿井煤层正常带和岩浆接触变质带内连续煤样的变质程度、孔隙结构、裂隙发育、渗透性和吸附-解吸特性等物性特征，获得岩浆热解和变质叠加作用下的煤层物性参数变化特征，建立瓦斯吸附-解吸动力学模型。研究岩浆侵入对煤层的动力破坏作用，获得煤层瓦斯储集和运移特性，揭示岩浆侵入对煤层瓦斯的圈闭效应。同时对比多元瓦斯突出参数测定结果，获得煤层物性参数和突出指标的内在联系。在此基础上，揭示岩浆侵入对矿井煤与瓦斯突出灾害的控制作用。

在煤系地层中常有属非沉积岩的火成岩侵入体，其产状、大小及分布形式对矿山开采安全具有极其重要的作用，中国众多的煤矿灾害事故中受岩浆侵入影响造成的事故数量也非常多。项目以岩浆岩侵入严重的淮北煤田卧龙湖和海孜井田为研究对象，在卧龙湖井田10煤层环形岩床边界附近和海孜井田巨厚岩床下伏煤层群采集30余个煤样。采用理论分析、实验室实验和工程实践相结合的研究方法，系统的开展了淮北煤田区域岩浆活动时空演化过程、岩浆侵入对煤的多元物性参数和吸附解吸性能影响作用、岩浆岩的热演化和圈闭作用对瓦斯赋存的控制作用、岩浆影响区突出敏感指标等方面的研究。研究发现了淮北矿区岩浆岩侵入对煤层的自然分区作用，获得了岩浆岩侵入区附近煤层（群）瓦斯赋存规律，建立了突出煤层敏感指标及临界值的确定方法和程序，揭示了岩浆侵入的对煤层瓦斯的圈闭效应和热变质作用等创新成果。根据实验室和理论研究结论，在现场进行了岩浆侵入矿井分区分级瓦斯灾害综合治理方案的制定与实施。研究结果表明：（1）淮研究区卧龙湖井田和海孜井田岩浆活动属于第一期岩浆活动，宿北断裂及其联通断裂控制着岩浆涌入与分布特征。（2）卧龙湖岩浆岩热演化范围为环形岩床边界60m范围，海孜井田巨厚岩床热演化范围为其下伏160m范围。（3）岩浆岩的接触变质和热演化作用，增加了煤体的变质程度，增加了热演化区煤的微孔孔容，提高了煤储层生成、吸附和储存瓦斯的能力。致密坚硬的岩浆岩侵入体渗透率较低，当以岩床形式赋存于煤层（或顶板）时，以环形（或盖层）圈闭瓦斯，形成了天然的“瓦斯封存箱”，出现异常瓦斯压力赋存，在采掘作用影响下容易发生突出事故。（4）卧龙湖煤矿10煤层区域突出预测敏感指标为瓦斯含量，其临界值定为9.50m3/t；局部突出预测指标 值敏感性高于 ，钻屑量S不具有敏感性， 值临界值为0.45mL/(min0.5•g)；（5）岩浆热演化以热传导为主，岩浆岩冷却过程温度分布的因素主要包括：岩浆岩体初始温度、热扩散率、厚度、长度、冷却时间以及与岩浆岩的距离，海孜认为7煤层经受岩浆岩热力作用达到的最大温度为350℃，10煤层所能达到的温度为235℃。（6）根据矿区岩浆岩分布、煤层赋存和瓦斯动力灾害特征，研发了适合不同区域不同瓦斯灾害等级的安全经济一体化安全生产模式，并在现场进行了成功应用。