构造煤在川南煤田区域性煤与瓦斯突出中的重要性

煤田之下的隐患

在中国四川南部的丘陵深处，矿工们在充满高压瓦斯的煤层中工作。当这些瓦斯与煤体一同突然喷出时，瞬间就能将数百甚至数千吨的岩石抛入巷道。该研究提出了一个关乎生死的现实问题：我们能否在开采之前，仅凭煤体的结构来预测这些剧烈煤—瓦斯突出最可能发生的地点？

褶皱与断层交错的复杂地貌

川南煤田地质结构复杂，由宽广褶皱雕刻并被断层交错切割。作者表明，这种构造格局强烈影响瓦斯的聚集位置。大型褶皱的缓坡和隐伏、紧密断层周边带常成为瓦斯圈闭区，而邻近含水圈层有时可将瓦斯排泄掉。随着煤层埋藏加深，增大的围岩压力压缩煤层，封闭瓦斯逸散的天然通道并延长瓦斯到地表的路径，这些因素都会提高瓦斯含量并增加危险性。在该区，超过五分之四的矿井被归类为高瓦斯或易突出类型，且单次事件曾掷出多达3,100吨的煤与岩石。

坚实煤向构造煤的转变

研究聚焦于“构造煤”——经构造作用被压碎、剪切或软化的煤。与完整煤块相比，这类破碎煤强度更低、结构更破碎、孔隙与裂隙更多。它既更易于吸纳和储存瓦斯，也更容易在扰动下发生突变破裂。通过分析三个采区的钻孔样品，研究人员量化了煤层中构造煤所占比例与两个常用预警指标之间的关系：煤的坚固系数 f（表征煤体强度）和复合突出指标 K。构造煤占比越大，f 值下降、K 值上升，表明煤体越软弱、不稳定，更容易发生剧烈瓦斯释放。

厚度是诱发剧烈突出的关键

除了总体的破碎煤比例外，单层构造煤的厚度被证明尤为关键。利用多座矿井的纪录，研究组发现，随着最厚一层构造煤的增厚，突出强度呈指数增长。当该层薄于约1.1米时，突出多为小至中等，涉及物料少于500吨；在1.1到1.25米之间时，大型突出变得常见；一旦构造煤层超过约1.25米，极其严重的事件——通常超过1,000吨——就很可能发生。换言之，破碎、薄弱煤带越厚，能被储存并瞬间释放的能量越大。

将录井数据转化为危险图

为将离散钻孔信息推广到区域预测，作者采用了现代井下录井工具。使用JGS‑6数字录井系统，他们测量了电学信号和放射响应随岩性变化的表现。构造煤因含水量较高与密度特征，会在录井曲线上呈现特征性模式：表观电阻率较低、伽玛射线异常偏低以及密度曲线的细微偏移。通过标准化这些特征的解释，团队估算了煤田中构造煤的厚度，并将这些数值代入与 f、K 及突出强度的数学关系中。预测值与现场测量吻合良好，关键指标的平均差异低于1%，实际突出规模也在同一数量级上。

从科学模型到更安全的矿井

结合地质填图、钻孔资料与录井解释，作者为川南煤田绘制了分区危险图。大雪山和百脚等地被标为极端突出热点，潜在事件可接近9,000吨，而官文和石坪被标注为大突出风险，其他矿区则以较小事件为主。对非专业读者来说，结论直观明了：通过在开采前仔细测量某些煤层的破碎程度与厚度，工程师能够预测地面最可能发生爆发的位置，从而优先实施瓦斯抽采、支护和监测。此方法不能消除全部不确定性——如应力变化与数据有限等因素仍然重要——但它提供了一种具体且基于数据的手段，使在这一危险区域的深部煤矿开采显著更为安全。

引用: Sun, W., Zhao, Q., Cui, D. et al. The significance of structural coal in regional coal and gas outbursts in southern Sichuan Coalfield. Sci Rep 16, 6779 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39480-w

关键词: 煤矿安全, 瓦斯突出, 构造煤, 物探测井录井, 四川煤田