一种煤与CO2突出事故的防治方法与流程
本发明属于矿区安全技术领域，尤其涉及一种煤与co2突出事故的防治方法。
背景技术：
目前，业内常用的现有技术是这样的：
自然界中，当人和动植物呼吸的co2来自幔源壳源且大量成藏时，会在一定条件下引起喷出灾害，如1986年8月21日夜，来自幔源超量的co2气体突然从位于火山口的喀麦隆尼奥斯湖中喷出；我国在松辽、渤海湾、苏北、广东三水、东海及南海北部等盆地内发现的30多个幔源壳源co2气田中，广东三水盆地沙头圩构造水深9井于1977年5月22日，钻遇中生界灰岩溶洞时，来自幔源壳源混杂的co2发生强烈井喷。除此以外，当来自幔源壳源及某些原因产生的co2渗入煤系地层后，co2和煤岩突出也时有发生，如在世界煤矿开采史中，自1894年波兰下西里西亚煤矿发生了第一次煤与co2突出后，澳大利亚的新南威尔士南悉尼盆地和昆士兰州鲍温盆地煤系发生过多次煤与co2突出、法国的萨文尼斯地区赛伟内煤矿、希腊的伟腊矿和捷克斯洛伐克等地都发生过煤岩与co2突出。我国自1969年以来，东北营城矿区的营城九井、五井，延边和龙煤矿和甘肃窑街也多次发生煤岩与co2突出。由于当时营城矿区对co2突出机理缺乏正确认识，加之煤炭资源已经匮乏，开采条件又差，所以国家对其进行了关闭。
甘肃窑街煤田位于兰州市红古区境内，矿区南北长13km，东西宽1.5～4.5km，面积30.7km2；该矿区是全国唯一在生产的co2赋存丰富又具备煤岩与co2突出条件的典型矿区，矿区现有的三个矿井，金河煤矿(原一矿)、三矿(原二矿、三矿及獐儿沟矿整合兼并)和海石湾煤矿，都曾发生过重大煤岩与co2突出事故；据统计，自1977年以来共发生co2突出事故14次，累计死亡136人。
窑街各矿井发生co2突出事故的地点来看，主要是在误穿断层构造和误揭煤层时，施工工序主要是发生在放炮作业。
根据窑街煤田地质构造的复杂性，co2来源的特殊性，依据高co2含量突出煤层在低浓度低压力状态下安全采掘的治理战略，把开采保护层和区域性co2穿层抽放做为“生命线”工程，把石门揭煤及采掘工作面局部防突作为日常工作。
过去窑街煤矿没有防治co2突出或后来采用的方法没有抓住co2突出的特点和规律，所以发生那么多的事故死了那么多的人。
最近20多年来,二氧化碳排放量的增加，致使臭氧层的损耗、温室效应加剧和全球性气候变化,酸雨等全球性环境问题日趋严重。使人类环境与经济可持续发展面临严峻的挑战。
co2封存是一项具有大规模温室气体减排潜力的技术。发展碳捕集、利用和封存，是在我国能源结构以煤为主的现实情况下，有效控制温室气体排放的一项重要举措，并有助于实现煤、石油等高碳资源的低碳化、集约化利用，促进电力、煤化工、油气等高排放行业的转型和升级，带动其他相关产业的发展，对我国中长期应对气候变化、推进低碳发展具有重要意义。目前，碳捕集、利用和封存各环节的技术研发已取得显著进展，但仍然存在成本和能耗高、长期安全性和可靠性有待验证等问题，开展试验示范既有助于通过实践来解决该技术发展中存在的各种问题，也是该技术走向规模化和商业化应用、发挥其大规模温室气体减排潜力的必经环节。
目前，煤矿充填技术广泛应用于废弃煤矿矿井的充填，充填固化稳定后的矿井将避免了地面塌陷和沉陷问题，基本上避免了我国报废矿井带来的地质灾害,产生了巨大的社会效益和经济效益。煤矿充填材料充填开采，抑制煤层及顶底板的动力现象，提高矿井安全保障程度；对回收“三下”(建筑物下、铁路下、水体下)压煤，延长矿井服务年限(据不完全估计，国有重点煤矿“三下”压煤量高达179亿吨以上，尤其河北、山东等省份“三下”压煤占可采资源量达一半以上)，减轻煤炭开采对地表的影响，防止地表塌陷，减少耕地占用和矿区村庄搬迁有一定作用，但是目前的填充方法都存在充填材料来源困难、充填材料成本高等缺陷。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有技术中，co2治理措施不能得到有效的查缺补充和完善，co2突出事故逐步增加。
因为既有技术虽采取了打钻检查和停止放炮的不进行采掘生产的防治方法，co2突出事故没有从根本上消除，并且有可能会发生更为严重的事故，原因是没有抓住co2突出事故的规律和特点；
解决后，使co2治理更有针对性、更有效。
解决上述技术问题的难度和意义：
co2突出事故是煤矿发生的一种动力现象，它在极短时间内，从采掘工作面喷出大量煤(岩)和二氧化碳：突出的煤(岩)充满迎头几十米甚至更长巷道，且煤(岩)有明显的分选现象，掩埋设备和工作人员；突出的二氧化碳聚集在巷道底层且能逆风流蔓延千米以上，由于二氧化碳是窒息性气体，在波及范围内能造成多人伤亡。
解决上述问题的难题，一是掌握突出预兆：突出前巷道有明显的地压活动，如顶板岩石片落、煤壁(帮)片帮，煤(岩)变软，巷道底鼓，有时工作面前方会出现空洞。还有，突出前巷道中co2涌出增大，风流中co2浓度变大，巷道底板积水中冒气泡，巷道裂缝中经常有co2涌出的吱吱声，放炮后巷道底层集聚高浓度co2层。
二是突出可能性分析：巷道出现上述预兆后，应分析巷道所处的地质条件，如断层带，地应力集中区，地质构造异常区；研究co2气体成分、压力，判断来源及补给量。
三是加强co2探测：在煤田勘探、新井建设、新水平开拓延伸时，探测瓦斯的同时探测co2气体，分析气体成分，判断有无突出危险；在矿井瓦斯等级鉴定时同时进行co2检查和鉴定，并对co2成因和分布作研究分析。
掌握上述几点，采取相应的预防措施，就能有效地预防co2突出事故的发生，减少突出事故带来的损失和人员伤亡。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种煤(岩)与co2突出事故的防治方法，
本发明是这样实现的，一种煤(岩)与co2突出事故的防治方法，包括有区域防治方法和局部防突方法。
区域防治方法，包括开采保护层，利用水平大巷、中巷及co2抽放巷进行预抽。
局部防突方法，包括煤(岩)巷掘进工作面超前探钻孔预测、采煤工作面防突措施、石门揭穿煤层防治措施及煤(岩)巷掘进工作面过断层防突措施。
本发明的另一目的在于提供的煤(岩)与co2突出事故的区域防治方法，具体包括以下步骤：
步骤一：开采保护层，采用自上而下、走向长壁、急倾斜水平分层(或斜切分层)放顶煤、全部垮落法处理采空区顶板的采煤方法；
步骤二：利用水平大巷、中巷及co2抽放巷进行预抽。
进一步，步骤二中，利用水平大巷、中巷及co2抽放巷进行预抽，具体包括：
(1)巷道开拓布置围绕防突；
(2)边施工巷道边布置钻孔预抽；
(3)利用co2抽放巷和移动泵抽放。
进一步，步骤二中的巷道开拓布置围绕防突，具体为：
1)根据开采的特点，采用了分水平、分阶段，沿煤层走向在距煤层20～30m的底板岩石中布置水平大巷、中巷，阶段垂高50m；
2)在使用上水平大巷、中巷前期作为抽放巷，中期作为进风巷和运输巷，后期作为回风巷，一巷多用。
进一步，步骤二中的边施工巷道边布置钻孔预抽，具体为：
1)每50m布置1个抽放钻场，每个钻场施工完毕后及时按设计施工抽放钻孔，施工1组，抽放1组；
2)钻孔布置呈立体交叉，水平面垂直面均为扇形穿层钻孔布置，钻孔密度根据有效抽放半径12m确定；
3)孔径采用
4)分水平分系统安装数字气体流量计进行计量，每周采集气样进行抽放浓度分析。
进一步，步骤二中的利用co2抽放巷和移动泵抽放，具体为：
划分不同类型的突出危险区域和重点防范区域，施工专用的co2抽放巷道，布置密集钻孔，施工完后，于巷口做密闭预埋抽放管和放水管进行抽放；当抽放区域相对独立时，可采用灵活的移动泵抽放。
本发明的另一目的在于提供煤(岩)与co2突出事故的局部防突方法，具体包括：
步骤一：煤巷掘进工作面超前前探钻孔预测；
步骤二：采煤工作面防突措施，沿工作面推进方向根据实际情况每10～50m做两次效果检验；
步骤三：石门揭穿煤层防治措施，在石门开工之前，必须向施工队提供瓦斯(co2)地质说明书等技术资料，用前探钻孔控制煤层位置，测定co2含量；
步骤四：煤岩巷掘进工作面过断层。
进一步，步骤一中，煤巷掘进工作面超前前探钻孔预测，具体为：
(1)煤巷施工前，先在工作面布置4～9个孔径
(2)掘进过程中采用钻屑指标法测定k1值(或△h值)和钻屑量s进行效果检验；
进一步，步骤一中的挖掘过程中，采用的安全防护措施为：
1)在进风巷构筑两道隔离防突风门；
2)炮掘时在防突风门外远距离放炮，放炮后30min确认正常后方可进行作业；
3)设置专职瓦检员经常检查瓦斯(co2)；
4)按规定设置压风自救，掘进距离超过500m的巷道内必须设置临时避难峒室；
5)建立独立的通风系统，防突工作面回风直接引入总回风；
6)防突技术人员每天检查现场各项措施的落实情况。
进一步，步骤二中的两次效果检验，具体为：
1)检验时，在工作面煤壁上每隔10～15m布置1个预测钻孔，钻孔直径42mm，深8～10m，测定钻孔钻屑量；
2)钻屑量s<6kg/m，继续进行回采，在回采时，必须留有≥3m的预测钻孔超前距；
3)钻屑量s≥6kg/m时，则预测为有突出危险，必须采取有效的防突措施，如打前探钻孔、震动放炮、静压注水等。
进一步，步骤三中，石门揭穿煤层防治措施，具体包括：
(1)当巷道施工到距煤层底板最小法线10m距离时，施工一组至少5个孔径
(2)测定煤层吨煤co2含量、co2压力、co2放散初速度和煤的坚固性系数等参数，判断突出危险性；
(3)掘进至距煤层底板最小法线5m，开始边探边掘准确掌握煤层位置；
(4)掘进至距煤层底板最小法线2m，一次揭开煤层。
进一步，步骤四中，煤岩巷掘进工作面过断层，具体包括：
(1)煤巷掘进工作面前方遇到落差超过煤层厚度的断层，应按石门揭煤的措施执行；
(2)当巷道施工到距煤层底板最小法线20m距离时，打探断层的钻孔，孔深要求探到断层并进入断层10米止，判断突出危险性；
(3)自打钻探到断层后至掘进到断层前，除继续执行措施效果检验外，掘进队每班都要打不少于3个的探眼，探眼深度煤巷不得小于8米，岩巷不得小于4米，并预留不小于2米的超前距。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明提供的煤(岩)与co2突出事故的防治方法，co2治理措施得到查缺补充和完善，窑街矿区下一步将更有效更有针对性的治理co2减少突出事故，同时为其它国内外具有类似地质灾害的矿山对co2来源判定分析和治理作借鉴和指导工作。
co2与煤(岩)突出没有现成的防治措施，而是借鉴瓦斯防治方法并结合co2与煤(岩)突出特点来治理co2，多年来通过不断总结与完善已初步形成了符合co2赋存性质与特点的防治方法和措施，使既有co2治理措施得到查缺补充和完善，co2治理更有针对性，并取得了显著成效。所以，也为其它国内外具有类似地质灾害的矿山对co2来源判定分析和治理作借鉴和指导工作。
国内自五十年代有记载以来，吉林营城和甘肃窑街在无co2治理措施年代，发生了多次突出事故死亡了多人；自七十年代有治理co2措施以来，尽管也打钻探查、停止放炮和停止采掘的治理方法，但还是发生了多次事故，如1977年至2007年，窑街矿区共发生co2突出事故14次，累计死亡136人(原表格)。而近年来，在总结前人治理经验的基础上，采用本方法治理co2，实现了零事故零死亡，从未因为co2影响生产，煤矿安全生产走上了良性轨道。
表1窑街煤田发生co2突出事故统计
(1)采用本方法治理co2，煤层内的co2抽出率可得到65％以上，大部分co2已被抽出。经测定，区域预抽后，残余co2含量为1.1～2.1m3/t；采用局部防突措施后，残余co2含量均基本符合规程规定。掘进巷道时co2已降至临界值以下，安全性大大提高；采煤时co2浓度也已降至安全范围；同时煤层压力降低后，采煤工作面走向长度可大大增加，尤其是工作面长度由早期的50m延长到现在的110m甚至更长。
附图说明
图1是本发明实施例提供的煤(岩)与co2突出事故的区域防治方法流程图。
图2是本发明实施例提供的煤(岩)与co2突出事故的局部防突方法流程图。
图3是本发明实施例提供的区域防治co2的开采保护层及底板抽放钻孔布置。
图4是本发明实施例提供的区域防治co2的co2抽放巷。
图5是本发明实施例提供的局部防治co2的掘进工作面措施效果检验示意图。
图6是本发明实施例提供的局部防治co2的回采工作面预测示意图。
图7是本发明实施例提供的局部防治co2的石门揭煤、煤巷掘进工作面效检孔布置示意图。
图8是本发明实施例提供的窑街煤田构造略图。
图9是本发明实施例提供的综合柱状图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理做详细描述。
本发明实施例提供的煤(岩)与co2突出事故的防治方法，包括有区域防治方法和局部防突方法。
如图1所示，本发明实施例提供的煤(岩)与co2突出事故的区域防治方法，具体包括以下步骤：
s101：开采保护层，采用自上而下、走向长壁、急倾斜水平分层(或斜切分层)放顶煤、全部垮落法处理采空区顶板的采煤方法；
s102：利用水平大巷、中巷及co2抽放巷进行预抽。
步骤s102中，本发明实施例提供的利用水平大巷、中巷及co2抽放巷进行预抽，具体包括：
(1)巷道开拓布置围绕防突；
(2)边施工巷道边布置钻孔预抽；
(3)利用co2抽放巷和移动泵抽放。
步骤s102中，本发明实施例提供的巷道开拓布置围绕防突，具体为：
1)根据开采的特点，采用了分水平、分阶段，沿煤层走向在距煤层20～30m的底板岩石中布置水平大巷、中巷，阶段垂高50m；
2)在使用上水平大巷、中巷前期作为抽放巷，中期作为进风巷和运输巷，后期作为回风巷，一巷多用。
步骤s102中，本发明实施例提供的边施工巷道边布置钻孔预抽，具体为：
1)每50m布置1个抽放钻场，每个钻场施工完毕后及时按设计施工抽放钻孔，施工1组，抽放1组；
2)钻孔布置呈立体交叉，水平面垂直面均为扇形穿层钻孔布置，钻孔密度根据有效抽放半径12m确定；
3)孔径采用
4)分水平分系统安装数字气体流量计进行计量，每周采集气样进行抽放浓度分析。
步骤s102中，本发明实施例提供的利用co2抽放巷和移动泵抽放，具体为：
划分不同类型的突出危险区域和重点防范区域，施工专用的co2抽放巷道，布置密集钻孔，施工完后，于巷口做密闭预埋抽放管和放水管进行抽放；当抽放区域相对独立时，可采用灵活的移动泵抽放。
如图2所示，本发明实施例提供的煤(岩)与co2突出事故的局部防突方法，具体包括：
s201：煤巷掘进工作面超前前探钻孔预测；
s202：采煤工作面防突措施，沿工作面推进方向根据实际情况每10～50m做两次效果检验；
s203：石门揭穿煤层防治措施，在石门开工之前，必须向施工队提供瓦斯(co2)地质说明书等技术资料，用前探钻孔控制煤层位置，测定co2含量；
s204：煤岩巷掘进工作面过断层。
步骤s201中，本发明实施例提供的煤巷掘进工作面超前前探钻孔预测，具体为：
(1)煤巷施工前，先在工作面布置4～9个孔径
(2)掘进过程中采用钻屑指标法测定k1值(或△h值)和钻屑量s进行效果检验；
步骤s201中，本发明实施例提供的挖掘过程中，采用的安全防护措施为：
1)在进风巷构筑两道隔离防突风门；
2)炮掘时在防突风门外远距离放炮，放炮后30min确认正常后方可进行作业；
3)设置专职瓦检员经常检查瓦斯(co2)；
4)按规定设置压风自救，掘进距离超过500m的巷道内必须设置临时避难峒室；
5)建立独立的通风系统，防突工作面回风直接引入总回风；
6)防突技术人员每天检查现场各项措施的落实情况。
步骤s202中，本发明实施例提供的两次效果检验，具体为：
1)检验时，在工作面煤壁上每隔10～15m布置1个预测钻孔，钻孔直径42mm，深8～10m，测定钻孔钻屑量；
2)钻屑量s<6kg/m，继续进行回采，在回采时，必须留有≥3m的预测钻孔超前距；
3)钻屑量s≥6kg/m时，则预测为有突出危险，必须采取有效的防突措施，如打前探钻孔、震动放炮、静压注水等。
步骤s203中，本发明实施例提供的石门揭穿煤层防治措施，具体包括：
(1)当巷道施工到距煤层底板最小法线10m距离时，施工一组至少5个孔径
(2)测定煤层吨煤co2含量、co2压力、co2放散初速度和煤的坚固性系数等参数，判断突出危险性；
(3)掘进至距煤层底板最小法线5m，开始边探边掘准确掌握煤层位置；
(4)掘进至距煤层底板最小法线2m，一次揭开煤层。
步骤s204中，本发明实施例提供的煤岩巷掘进工作面过断层，具体包括：
(1)煤巷掘进工作面前方遇到落差超过煤层厚度的断层，应按石门揭煤的措施执行；
(2)当巷道施工到距煤层底板最小法线20m距离时，打探断层的钻孔，孔深要求探到断层并进入断层10米止，判断突出危险性；
(3)自打钻探到断层后至掘进到断层前，除继续执行措施效果检验外，掘进队每班都要打不少于3个的探眼，探眼深度煤巷不得小于8米，岩巷不得小于4米，并预留不小于2米的超前距。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步详细说明；
实施例1；
本发明实施例提供的煤(岩)与co2突出事故的区域防治方法；
1)开采保护层
根据本区特厚急倾斜煤层的地质条件及防治co2突出的需要，采用自上而下、走向长壁、急倾斜水平分层(或斜切分层)放顶煤、全部垮落法处理采空区顶板的采煤方法。在上分段开采后，下部煤层得到卸压，提高了煤层的透气性，为co2散逸及抽放创造了良好条件。
经多年来测定，上分段开采后，有效卸压保护深約12.5m。通过采掘实践证明，从上分段掘进、安装到回采结束，co2实际排出量中有三分之二来自下部被保护煤层中，说明开采上部煤层对下部煤层内co2释放卸压效果十分明显。
2)利用水平大巷、中巷及co2抽放巷进行预抽
如图3所示，区域防治co2的开采保护层及底板抽放钻孔布置。
如图4所示，区域防治co2的co2抽放巷。
①巷道开拓布置围绕防突：根据开采的特点，采用了分水平、分阶段，沿煤层走向在距煤层20～30m的底板岩石中布置水平大巷、中巷，阶段垂高50m；在使用上水平大巷、中巷前期作为抽放巷，中期作为进风巷和运输巷，后期作为回风巷，一巷多用，图3所示。
在上述岩石大巷开工前，地质和co2防突部门必须向施工区队提供巷道瓦斯(co2)地质资料；通过前探孔探测无断裂构造、不揭穿煤层的前提下，取样测定气体组分等技术参数，进行分析和验证，在没有co2突出危险性的前提下，方可进行岩巷施工。
岩巷施工时，每隔30～50m，必须至少施工2个探测孔，向煤二层打钻测定co2稳定碳同位素δ13c值，吨煤co2含量、气体组分、co2放散初速度，煤层坚固性系数，原始co2压力等各种技术参数，分析判断突出危险性。区域效果检验同时执行三个判别指标：co2含量＜5m3/t，co2压力p＜0.63mpa，co2预抽率≥40％。
②边施工巷道边布置钻孔预抽：在施工的各类岩石大巷中，每50m布置1个抽放钻场，每个钻场施工完毕后及时按设计施工抽放钻孔，施工1组，抽放1组；钻孔布置呈立体交叉，水平面垂直面均为扇形穿层钻孔布置，钻孔密度根据有效抽放半径12m确定；孔径采用
③利用co2抽放巷和移动泵抽放：根据防突工作中获得的第一手资料，划分不同类型的突出危险区域和重点防范区域，施工专用的co2抽放巷道，布置密集钻孔，施工完后，于巷口做密闭预埋抽放管和放水管进行抽放，如图4所示，法抽放效果好，无抽放管路积水、漏气等问题。当抽放区域相对独立时，可采用灵活的移动泵抽放。
实施例2；
本发明实施例提供的煤(岩)与co2突出事故的局部防突方法；
局部突出危险性“四位一体”防治措施包括石门揭煤、采掘工作面的突出危险性预测、预防突出措施、效果检验及安全防护措施。
如图5所示，局部防治co2的掘进工作面措施效果检验示意图。
如图6所示，局部防治co2的回采工作面预测示意图。
如图7所示，局部防治co2的石门揭煤、煤巷掘进工作面效检孔布置示意图。
1)煤巷掘进工作面超前前探钻孔预测。
①煤巷施工前，先在工作面布置4～9个孔径
②掘进过程中采用钻屑指标法测定k1值(或△h值)和钻屑量s进行效果检验，即施工不小于3个孔径
2)采煤工作面防突措施。
工作面回采期间，沿工作面推进方向根据实际情况每10～50m做两次效果检验；检验时，在工作面煤壁上每隔10～15m布置1个预测钻孔，钻孔直径42mm，深8～10m，测定钻孔钻屑量，如钻屑量s<6kg/m，继续进行回采，在回采时，必须留有≥3m的预测钻孔超前距。钻屑量s≥6kg/m时，则预测为有突出危险，必须采取有效的防突措施，如打前探钻孔、震动放炮、静压注水等。如图6所示。
3)石门揭穿煤层防治措施
在石门开工之前，生产技术部必须向施工队提供瓦斯(co2)地质说明书等技术资料，用前探钻孔控制煤层位置，测定co2含量。当巷道施工到距煤层底板最小法线10m距离时，施工一组至少5个孔径
4)煤岩巷掘进工作面过断层
煤巷掘进工作面前方遇到落差超过煤层厚度的断层，应按石门揭煤的措施执行。当巷道施工到距煤层底板最小法线20m距离时，打探断层的钻孔，孔深要求探到断层并进入断层10米止，判断突出危险性。
自打钻探到断层后至掘进到断层前，除继续执行措施效果检验外，掘进队每班都要打不少于3个的探眼，探眼深度煤巷不得小于8米，岩巷不得小于4米，并预留不小于2米的超前距。
实施例1和实施例2的结论：
窑街矿区在采掘生产中，围绕区域防突采用自上而下开采保护层采煤法；巷道布置上沿煤层走向布置底板岩石水平大巷、中巷，进行阶段超前抽放、掘前预抽、边掘边抽、边采边抽和利用co2抽放巷移动泵灵活抽放。
在采掘生产的局部防突措施中，除煤巷掘进和采煤工作面日常防突外，围绕放炮和冒顶是co2突出事故的直接诱因，对石门揭煤、过断层等地质异常区域实行严格的防突防治措施。
实施例3；
窑街矿区co2突出的原因分析
根据窑街煤田封藏大量具有突出危险的co2这一具体情况，窑街矿区先后会同中科院兰州地质研究所、中国矿业大学、西安科技大学等单位的专家和学者展开了研究，分析引起突出的co2形成原因，探讨窑街煤田地质帚状构造与co2的运移、封藏和突出的关系。
如图8所示，本发明实施例提供的窑街煤田构造略图。
如图9所示，本发明实施例提供的综合柱状图。
1窑街矿区特定的地质条件
窑街煤田位于民和盆地中央隆起带的西端，在兰州市红古区境内。民和盆地是中祁连山海洋地貌在印支、燕山、喜马拉雅三个成盆旋回和三期改造中形成的；在印支晚期构造运动中，民和盆地开始了盆地的拗陷，并在西端局部地方接受了下侏罗纪沉积，形成了这一中生代侏罗纪煤田。
该含煤盆地型煤田呈北北西向延展，煤田内的构造具有多期活动和承袭的特点。煤田的东侧为fl9断裂带，该断裂是一条在前中生代古断裂基础上发育起来的、影响地壳深度较大且多期活动而性质复杂的复合性断裂，也是矿区的东部边界。fl9断裂带西侧煤田中有一系列北东向的背斜和向斜构造，其轴迹呈弧形展布，连同其间的一系列纵横交错的断裂构造共同组成一向南西撒开、向北东收敛的帚状构造，见图8。
窑街群煤系地层下伏的是元古界变质岩系(古生代及中生代三叠纪沉积缺失)，此岩系为巨厚低变质的碎屑岩、碳酸岩及中基性火山岩组成，该套地层在井田区域以外的连城、享堂峡及窑街一带广泛出露。另外，窑街煤田中含煤岩系是由煤层及其顶底板组成的(图9)，煤层顶底板岩石以砂岩、泥岩为主，夹砾岩、菱铁矿、油砂岩、多层油页岩；油页岩为富矿层、含油率高，具有可燃性，其中油四层距煤二层只有1～5m，极易被干馏和燃烧。煤田内含煤5层，可采煤层有2层，即煤一层厚度0～11.79m，平均煤厚4.14m，局部可采，煤二层为主采煤层，厚度0～110.9m，平均煤厚24.1m，倾角大部分在60°，属急倾斜特厚煤层；煤种大部分为长焰煤，属容易自然发火煤层，自然发火期为3～6个月，煤尘具有爆炸危险性，属低沼气、co2突出煤田。
2窑街煤田co2的成因分析
煤田中co2的产生可以分为无机成因和有机成因两大类，有机物氧化热裂解热降解生成的co2属有机成因；而无机成因主要为地慢脱气作用形成的慢源co2，或地壳岩石化学反应与碳酸盐类岩石受热分解等生成的壳源co2。现应用国内外常用的稳定碳氦同位素方法进行co2成因判识，并根据煤田地质条件对co2来源进行研究分析。
1)利用气样进行co2来源分析
利用气体组份中co2含量百分比、δ13c值鉴别有机和无机成因的基本原理是不同来源的碳质具有不同的δ13c值，无机成因生成的co2才可能形成高浓度、高含量的气藏，李兆兴、陶明信等在1992年第1期《沉积学报》中系统研究了气样中无机与有机成因co2的体积百分数与δ13c值划分界限。据此，文献[15]中国矿业大学2011年在窑街煤田各矿井采集气样，测定的co2含量大部分测点大于60％，co2的δ13c值为+1.12×10-3～－1.11×10-3，均大于－8×10-3；在三矿煤岩与co2突出点取样测得的δ13c值为－4×10-3，突出点co2高浓度高含量，故判定窑街煤田co2来源属无机成因。
由于气样中幔源与壳源co2的δ13c值有重叠区域，采用δ13c值不能够判识幔源壳源co2混杂程度，所以目前常采用气样中的3he与4he原子数比值作为判定壳源与幔源co2的重要依据。这是由于3he是与地慢有关的原始成因氦；4he是与地壳中铀、钍的a衰变有关的放射性氦，通过分析研究3he与4he原子数比值，能判定氦的类型和来源，从而知道来自慢源与壳源气体的混杂程度。
具体，常用r/ra表示气样中氦同位素分布特征：
其中，ra表示大气中氦的同位素比值，其值为1.4×10-6，r表示气样中不同来源氦的同位素比值；当r/ra＞1，表示气样中幔源氦混入，当r/ra＜0.1时，可以认为气样中氦基本来自壳源。文献[15]在窑街各矿及三矿5.24煤与co2突出口取样测得的r/ra值基本上都小于0.1，故为典型的壳源气特征。
2)co2生成的地质原因分析
经大量的窑街煤田及外围地质调查、磁法勘探数据分析，以及根据兰州地质研究所对煤系地层中的次生方解石脉进行的裂变径迹测年和对突出区气体的氩同位素的年代积累效应分析研究，得出窑街煤田煤层中局部富集co2的来源过程：在晚白垩纪末、第三纪之前，煤田发生了构造运动，强烈挤压与剪切作用使煤系地层产生褶皱断裂，超基性岩浆在獐儿沟一带沿f19断裂带侵入；在侵入岩热的作用下，煤田基底中的大理岩部分分解，在断裂带的南北两端，co2气体使超基性岩及围岩发生碳酸盐化，产生大量co2。
此外，在上述构造运动时地壳深部的热液流沿断裂上升，遇到煤系地层的含油率高可燃性的油页岩和极易氧化自燃的煤层即使其发生热解，并使其温度及压力逐步升高，发生水分解、碳氧化等一系列复杂的物理化学反应，产生大量co2气体，且使煤层与油页岩及其上覆岩体烧烤熔融而成烧变岩。煤田中烧变岩主要沿f19断裂带分布，面积約1.6km2，最厚达260m，岩内裂隙发育，孔隙率平均18.01％，最高可达30％，这与co2多次突出点均在f19断裂带附近相吻合。
因而判定窑街煤田中的co2生成的动因是由于构造运动及其引发的动力热流，co2来源有两种途径：一是超基性岩浆侵入到基地内的大理岩中，使碳酸盐热分解而产生大量co2；二是煤和油页岩受热发生复杂的物理化学反应形成烧变岩，在烧变过程中产生co2。
3煤系地层中的co2运移、封藏及突出原因
那么上述产生的co2是如何聚集封藏，突出时通过什么通道对突出点运移补给的呢？窑街煤田的构造型式为帚状构造，其系列压扭性的紧密褶皱和断裂，使煤层产状变陡，构造复杂化，煤层疏松，裂隙率高、表面积增大，因此，在这些部位就易促使co2的运移和聚集封藏。这样地下深处碳酸盐分解产生的和烧变岩形成过程中产生的co2，通过f19大断层和煤田内的褶皱断裂构造渗入煤层，其中部分置换了煤层中的甲烷产生竞争吸附；还有一部分游离状态的co2，由于煤层顶板(为细砂、中砂岩及油页岩分布稳定)致密透气性差具有良好的储气条件而无法散逸被封藏。从已经发生的co2喷出与突出点的具体位置也证实了区域构造应力集中的部位和co2特殊涌出的位置是相一致的；从钻孔资料和采掘防突工作中收集到的资料，随着离开f19断层距离的增大co2混合气体浓度、co2含量不断减小，这与co2赋存及运移规律相一致。
由于这些区域构造形迹发育构造应力集中，当采掘活动破坏了co2聚集的平衡条件时，处于高压状态下的大量co2短时间向低压区发生快速平衡运动，能量突然释放，即产生突出；同时封藏在f19断层和烧变岩中的co2又源源不断通过褶皱和断裂向突出点运移补给。可见，co2突出必须具备三个条件：大量充足的co2气源，良好的封闭条件，特殊的地应力条件。
结果：
根据窑街煤田特定的地质条件，运用气样中co2含量、稳定碳同位素δ13c值、稀有气体3he与4he原子数的比值，分析判定co2来源于壳源和烧变岩；对煤系地层中的co2运移、封藏及突出原因进行了分析，得出co2突出的条件。
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