影響煤礦采掘生產(chǎn)安全的地質(zhì)因素分析

文/吳和秋 盧昕 石玉山

影響煤礦采掘生產(chǎn)安全的地質(zhì)因素分析

文/吳和秋 盧昕 石玉山

近年來，隨著我國煤礦事故時常發(fā)生，事故原因多種多樣，其中地質(zhì)構(gòu)造是影響煤礦采掘安全的重要因素之一。鑒于此，筆者根據(jù)多年來出現(xiàn)的煤礦安全事故總結(jié)及自身工作經(jīng)驗對影響煤礦采掘生產(chǎn)安全的地質(zhì)因素進行分析探討,以供同行參考。

地質(zhì)因素 煤礦采掘 生產(chǎn)安全影響

礦井地質(zhì)構(gòu)造直接關系到煤礦的生產(chǎn)和安全，尤其是隨著煤礦機械化生產(chǎn)程度的提高，對地質(zhì)工作提出了越來越多的要求，以便為煤礦高產(chǎn)高效提供可靠的地質(zhì)保證。在煤礦生產(chǎn)中，礦井中、小型構(gòu)造，特別是斷裂構(gòu)造一直以來是煤礦生產(chǎn)極待解決的地質(zhì)問題。安全管理理論認為，事故的根本原因是物的不安全狀態(tài)和人的不安全行為，煤礦安全事故主要發(fā)生在頂板、瓦斯、煤塵、水、火、放炮、提升、運輸?shù)确秶?，發(fā)生事故的原因不外乎是人為因素和環(huán)境因素(即地質(zhì)因素)。我們只要根據(jù)這兩種環(huán)境來認識礦井安全問題，消除這兩種因素的影響，才能實現(xiàn)本質(zhì)化安全，才是礦井事故預防的重點所在。

一、地質(zhì)構(gòu)造與煤礦安全生產(chǎn)之間的關系

地質(zhì)構(gòu)造是影響煤礦安全生產(chǎn)的各種因素中最重要的一個。地質(zhì)構(gòu)造包括褶皺、節(jié)理和斷層。其中斷層由于破壞了煤層的延續(xù)性和完整性，在井巷中難以查明和控制。工作面遇到褶皺、節(jié)理和斷層造成層位錯動擠壓，巖石變得破碎，同時伴隨地下滲水，煤層松動后容易脫落。因此，地質(zhì)構(gòu)造帶往往是發(fā)生頂板、透水和瓦斯事故的地段。

1、斷層在礦井生產(chǎn)中，經(jīng)常會碰到各種不同性質(zhì)的斷層，由于斷層破壞了煤層的連續(xù)性和完整性，斷層兩盤產(chǎn)生的牽引、揉皺、擠壓等作用，造成斷層帶巖石破碎、巖石強度降低，容易聚集瓦斯，導通地下水，引發(fā)礦井突水、瓦斯突出和坍塌冒頂事故，斷層帶容易導致煤厚突增或突減，煤層突增處易產(chǎn)生冒頂跨煤堵人事故。還有一些頂斷底不斷、底斷頂不斷的小斷層及小型層間滑動的地質(zhì)構(gòu)造部位也是巖塊易脫落部分，易發(fā)生頂板事故。

2、褶皺

褶皺影響煤巖的產(chǎn)狀和形態(tài)，但沒有破壞巖層和煤層的延續(xù)性，在井巷中比較容易追索和控制。褶皺在生產(chǎn)中主要影響煤層平巷的掘進方向，從而影工作面長度，給機械化回采、頂板管理帶來一定的困難。個別褶皺特別發(fā)育時，可能造成煤層的不可采。

3、節(jié)理

節(jié)理發(fā)育的地方影響鉆眼爆破的效果，如果炮眼方向與主要節(jié)理平行時，在爆破過程中沿裂隙漏氣影響爆破效果。節(jié)理發(fā)育的地方頂板易沿裂隙面冒落傷人，另外節(jié)理發(fā)育的地方是地下水和礦井瓦斯的良好通道，容易發(fā)生突水事故和瓦斯突出事故。

4、煤礦生產(chǎn)中還應重視的就是巖溶陷落柱

巖溶陷落柱是指煤層下伏可溶巖層，經(jīng)地下水溶蝕形成的溶洞，形成桶裝或錐裝柱體。陷落柱本身和周圍都是不可采煤層，使煤炭儲量減少。陷落柱很有可能是礦井水或者瓦斯的通道，極易發(fā)生突水和瓦斯突出的生產(chǎn)事故。如1996年3月4日，皖北煤電公司任樓煤礦回采工作面，由于陷落柱導水，造成特大災害，涌水量達到34570m3/h，礦井全部淹沒。

二、煤礦安全生產(chǎn)與瓦斯地質(zhì)

1、礦井瓦斯是指煤礦生產(chǎn)過程中，以從煤巖層內(nèi)涌出的甲烷為主的各種有害氣體。瓦斯窒息事故經(jīng)常發(fā)生在褶曲軸部(復式向斜或背斜軸部轉(zhuǎn)折端)和壓性斷層，火成巖侵入體附近的工作面和采空區(qū)，圍巖透氣性差的盲巷，深部開采的下山等。

2、近年來由于全國煤礦開采深度的增加，瓦斯含量業(yè)隨之增加，這樣就增大了通風管理的難度，增大了瓦斯事故的幾率。

3、加強瓦斯事故的預防，防治重大事故發(fā)生，一是要正確認識瓦斯的含義和危害性，在職工中普及瓦斯地質(zhì)知識：二是要加強瓦斯地質(zhì)研究，對影響礦井瓦斯聚集的因素進行綜合分析，找出瓦斯聚集的規(guī)律，編制瓦斯地質(zhì)圖，指導通風；同時加強瓦斯?jié)舛葯z測和通風管理，促進安全生產(chǎn)。

三、煤礦安全生產(chǎn)與水文地質(zhì)

水空地質(zhì)條件對頂板的穩(wěn)定性也一定的影響但影響最大的是巖性為黏土巖的廟板。當巖層中害有起膨脹作用的黏土巖的頂板。當巖層中含有起膨脹作用的黏土礦物（如蒙脫石、伊利石等)時，硬巖層在、軟巖層在下的直接頂板表現(xiàn)更為突出，上方的硬巖層易產(chǎn)生裂隙透水性好，而下方的軟巖層透水性差(或不透水)。這樣，地下水易在兩個巖層之間富集，使下方軟巖層軟化，消弱了堅固性，發(fā)生膨脹后易離層而造成頂板冒落。

礦井在開拓、掘進、回采過程中，不斷破壞原始水文地質(zhì)條件，從而導致水害發(fā)生。危及安全生產(chǎn)的水害有：

1、老窯老空水

在有些礦區(qū)的煤層露頭地帶分布著不同年代廢棄的小煤窯，稱為老窯。老窯的集水區(qū)通常是煤礦下部開采的重要充水水源。老窯水突水時，瞬時涌水量很大，來勢兇猛，具有很大的破壞性。老窯水著與其他水源無聯(lián)系，則易于疏干；若與地表水有水力聯(lián)系，則會造成礦井的穩(wěn)定的充水水源，危害較大。

2、斷層水

斷層水的存在是礦井突水的重要因素，國內(nèi)外煤礦的突水有90%以上都是斷層水和裂隙水害。斷層水根據(jù)斷裂構(gòu)造的規(guī)模和大小以及水文地質(zhì)性質(zhì)的不同，對煤礦的充水影響各有差異。

2.1 斷層的錯動，使開采煤層與含水層接近或者直接接觸，特別是將含水層抬起，會成為礦井最易突水的危險地段。

2.2 斷裂構(gòu)造破壞了地層的完整性，降低了其力學強度，通常會形成地下水突破的軟弱帶。

四、不穩(wěn)定煤層對采掘安全的影響

1、安全技術措施落實難

構(gòu)造引起的煤層形態(tài)的厚度變化，客觀上造成的安全程度變低。當煤層受到構(gòu)造變動時由于煤炭層的巖石力學性質(zhì)的差異，出現(xiàn)不同的形變效應，合并、分岔、增厚、變薄現(xiàn)象十分頻繁，由于構(gòu)造應力狀態(tài)的不均衡，現(xiàn)場各礦常遇到的局部煤層變薄，“頂壓”或“底鼓”的現(xiàn)象，使煤層呈波浪變化，給安全開采措施落實及工人現(xiàn)場操作帶來極大的困難，支護的有效性都受到極大的影響。

2、沿煤巷道支護效果差

由于地質(zhì)構(gòu)造擠壓煤層突然增厚，煤層呈鱗片狀，煤層無法揭露其頂?shù)装?，掘進過程中，周邊壓力大，兩幫擠壓棚腿，使巷道變形，不定時出現(xiàn)掉煤或垮落現(xiàn)象，甚至造成大面積塌方，難以繼續(xù)掘進。

3、影響回采循環(huán)作業(yè)

在回采工作面遇到煤包、煤溝及香腸狀煤體時，難以按照規(guī)程要求的方向進行推進，更無法一次性采全厚，使頂板支護不能到位，支護質(zhì)量低劣，支柱初撐力不夠，迎山角無法掌握，造成頂板下沉，切頂棚柱無法按開采的需要進行切頂。同時，煤體整體性差，隨時會出現(xiàn)大量頂板垮落，構(gòu)成極大的威脅。

五、結(jié)語

綜上所述，地質(zhì)環(huán)境與煤礦安全生產(chǎn)有著密切的聯(lián)系。隨著煤炭開采機械化程度的提高，對影響煤礦安全生產(chǎn)的主要地質(zhì)因素的分析研究日益重要。因此，我們只有對煤礦生產(chǎn)過程中各種地質(zhì)因素進行認真的分析，并找出其中的規(guī)律，及時預測和預防生產(chǎn)中的安全問題，消除隱患，科學地指導煤礦的安全生產(chǎn)，從而提高煤礦的經(jīng)濟效益。

[1] 開灤礦務局林南倉礦.開灤礦務局林南倉礦礦井地質(zhì)報告(1998—2008) [R].唐山：開灤礦務局，2009.

[2] 河北省地質(zhì)礦物局.河北省北京市天津市區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，2007.

[3] 馬寅生，崔盛芹，曾慶利，等.燕山地區(qū)燕山期的擠壓與伸展作用[J].地質(zhì)通報，2002，(4，5)：218—223.

[4]王桂梁，龍榮生，徐風銀，等.地質(zhì)因素對煤礦采掘生產(chǎn)安全因素的影響和預測[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2003.

[5]謝仁海，渠天祥，錢光謨.地質(zhì)構(gòu)造對我國中小煤層開采的影響探討[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2001.

（作者：吳和秋 浙江省地球物理地球化學勘查院；盧昕 浙江省地球物理地球化學勘查院；石玉山 浙江省地質(zhì)調(diào)查院）