礦井隱蔽致災因素的探查與防控*

朱慶偉，李小明

（華北科技學院 安全工程學院，河北 燕郊 101601）

礦井隱蔽致災因素的探查與防控*

朱慶偉，李小明

（華北科技學院 安全工程學院，河北 燕郊 101601）

摘要：以晉牛煤礦為例，采用物探和鉆探方法對采空區(qū)、地質構造、含水性和瓦斯富集區(qū)等在煤礦生產過程中存在的隱蔽致災因素進行探查和分析，結果表明礦井存在的隱蔽致災因素有：采空區(qū)積水、廢棄井筒和老窯、斷層和裂隙、瓦斯、導水裂隙帶、地下含水體及火區(qū)。根據該結果制定相應的防范措施，提升煤礦的安全保障能力。

關鍵字：隱蔽致災；因素；防范措施；安全

大多數情況下隱蔽致災因素是導致煤礦事故頻發(fā)的主要誘因，為了進一步提高煤礦的安全生產水平，降低煤礦安全事故發(fā)生的頻率和嚴重程度，必須加強對隱蔽致災因素的探查工作，提前制定事故的應對措施，保障煤礦安全生產。本文以晉牛煤礦為例進行隱蔽致災因素探查并提出相應的防控措施。

1　礦井概況

晉牛煤礦井田長4.5 km，寬3.3 km，面積15.020 8 km2，批準開采2號-11號煤層，生產規(guī)模90萬t/a。批準開采深度（標高）為1 229.92 m～ 799.92 m。礦井現主采煤層為2號煤層和9+10+11號煤層，礦井采用斜井開拓方式，布置有主斜井、副斜井、回風立井3個井筒。通風方式采用機械抽出式，采用放頂煤綜采一次采全高，走向長壁后退式采煤法，全部垮落法管理頂板。

2　致災因素探查

煤礦致災因素具有種類多、隱蔽性強、涉及面廣等特點，我們可以從采空區(qū)，廢棄的井筒和老窯、封閉不良的鉆孔、斷層和裂隙、瓦斯富集區(qū)、導水裂隙帶、地下含水體、火區(qū)等致災因素著手開展調查。

2.1采空區(qū)積水探查

本井田內2號煤層存在5處采空區(qū)和小窯破壞區(qū)積水，其中C2號采空積水區(qū)積水量1 140 m3，積水標高1 112 m，對位于其下的9+10+11號煤層的1301、1303工作面的掘進和回采存在影響。C3號采空積水區(qū)積水量554 m3，積水標高1 098 m，對其下9+10+11號煤層1307工作面的巷道掘進存在影響。

本井田內由三維地震探測得知，9+10+11號煤層有采空區(qū)11處；有采空區(qū)積水10處。其中，四號采空區(qū)積水量13 854 m3，積水區(qū)面積0.014 km2，可能會通過郭家莊廢棄老窯和巷道對附近9+10+ 11號煤層1302工作面東面的回采產生影響。相鄰煤礦井田內2號煤層存在4處采空區(qū)和小窯破壞區(qū)積水，9+10+11號煤層存在1處采空區(qū)和小窯破壞區(qū)積水，在未來三年對煤層開采無影響。

綜上所述，采空區(qū)積水是晉牛煤礦隱蔽致災地質因素。

2.2廢棄井筒（老窯）和封閉不良的鉆孔探查

對井田內外53個小窯，11個廢棄井筒以及27個施工鉆孔進行普查，結果顯示有4個老窯和1個觀測水位井筒將影響煤層的開拓，所以廢棄井筒和老窯是晉牛煤礦隱蔽致災地質因素。大部分的鉆孔封堵良好，只有鉆孔SC04封堵不良，現場井口未封，內部情況不清。由于鉆孔SC04位于工作面1305內，即屬于2015年-2017年9+10+11號煤層開拓區(qū)內。故封閉不良鉆孔是晉牛煤礦隱蔽致災地質因素。

2.3斷層、裂隙和褶曲探查

井田總體為一走向北東，傾向北西的單斜構造。井田內地層平緩，傾角一般5°～12°。在此基礎上發(fā)育著波幅不大兩翼平緩的背向斜褶曲構造，褶曲軸向一般為北東向，個別在井田中部變?yōu)榻媳毕?，使地層呈波狀起伏，圖1為晉牛煤礦斷層和陷落柱示意圖。到目前為止，井田內共發(fā)現褶曲9條，其中背斜4條、向斜5條；發(fā)現落差較小的延伸長度有限的高角度正斷層10條，斷層走向多為北東向，傾向多為北西，其中F1斷層位于1301工作面內，F3斷層位于1302工作面內，在1303工作面切眼位置揭露的正斷層F9，屬于未來3年開拓區(qū)內，所以斷層、裂隙是晉牛煤礦隱蔽致災地質因素。

圖1　晉牛煤礦斷層和陷落柱示意圖

2.4陷落柱探查

井田內共發(fā)現陷落柱4個，詳見圖1，由于陷落柱不在未來三年的規(guī)劃開拓區(qū)內，所以陷落柱不是晉牛煤礦隱蔽致災地質因素。

2.5瓦斯探查

晉牛煤礦礦井絕對瓦斯涌出量為1.40m3/min，礦井相對瓦斯涌出量為0.77 m3/t，采煤工作面最大絕對瓦斯涌出量為0.94 m3/min，掘進工作面最大絕對瓦斯涌出量為0.06 m3/min。鑒定為瓦斯礦井。

2.6導水裂隙帶探查

根據“三下”采煤規(guī)程水體下緩傾斜煤層開采時冒落帶、導水裂隙帶高度計算公式（覆巖巖性中硬、堅硬）進行計算。

2號煤層冒落帶高度計算公式：

9+10+11號煤層冒落帶高度計算公式：

2號煤層導水裂隙帶高度計算公式：

9+10+11號煤層導水裂隙帶高度計算公式：

式（1）-（4）中：Hm為冒落帶高度，m；HI為導水裂隙帶發(fā)育高度，m；M為煤層厚度，m。

2號煤層厚度取2.47 m，經計算，2號煤層開采后冒落帶高度5.87m～10.27 m，導水裂隙帶高度27.11 m～38.31 m，或41.43 m，2號煤層在井田各溝谷一帶埋藏深度小于80 m，減去蓋層厚度10 m及基巖風化帶深度60m，說明地表水對2號煤層開采有充水影響。

9+10+11號煤層取最大厚度7.30 m，經計算，9+10+11號煤層開采后冒落帶高度20.80 m～25.80 m，導水裂隙帶高度58.94 m～76.74 m，或91.06 m，減去2號煤層底板擾動破壞深度16 m，大于2號煤層至9+10+11號煤層間距79.06 m～99.60 m，說明9+10+11號煤層開采后冒裂帶高度可導通2號煤層采空區(qū)。地表水通過2號煤層采空區(qū)對9+10+ 11號煤層開采產生充水影響。

綜上，開采裂隙發(fā)育至地表，不僅造成水患存在，也增大了煤層自燃的可能性，因此導水裂隙帶是晉牛煤礦隱蔽致災地質因素。

2.7地下含水體探查

根據探查結果表明，在2015年-2017年生產范圍內影響礦井的主要地下含水體有斷層裂隙帶、采空區(qū)積水、含水層水（主要是9+10+11號煤層頂板巖溶裂隙水）。礦井正常涌水量為60m3/h，最大涌水量為80 m3/h，所以地下含水層體是晉牛煤礦隱蔽致災地質因素。

2.8火區(qū)探查

根據煤層自燃傾向報告判定晉牛煤礦2號煤層和9+10+11號煤層自燃傾向性等級為Ⅱ級，屬自燃煤層；礦井在多年的開采中，雖然未發(fā)生過煤層自燃現象，井下未發(fā)現火區(qū)，但是不排除以后會有煤層自燃的可能，所以火區(qū)是本礦井隱蔽致災地質因素。

2.9古河床沖刷帶、天窗等不良地質體探查

經探查表明，本地區(qū)基本不存在古河床沖刷帶、天窗等不良地質體，對礦井的影響目前可忽略。所以古河床沖刷帶、天窗等不良地質體不是晉牛煤礦未來建設生產的隱蔽致災地質因素。

3　防治措施

通過對礦井地質資料的分析，結合地面和井下現場探查的結果，確定礦井存在的隱蔽致災因素為：采空區(qū)積水、廢棄井筒和老窯、斷層和裂隙、瓦斯、導水裂隙帶、地下含水體及火區(qū)。

3.1采空區(qū)積水防治措施

在受采空區(qū)積水危害時，必須堅持“預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的探放水原則，并專門編制探放水措施，開采中實行“防、堵、疏、排、截”綜合治理措施，保障礦井排水系統的順暢，及時將礦井涌水排出井外，定期進行水質化驗。

3.2廢棄井筒和老窯防治措施

堅持“預測預報，有掘必探、先探后掘，先治后采”的原則，當工作面接近鉆孔、老窯及廢棄井筒一定距離時，可按照井下探放水規(guī)定，先物探探測、鉆探跟進驗證，處置完畢確認無危險時再開展采掘活動。

3.3斷層和裂隙防治措施

針對礦區(qū)內已探明的導水斷層，應按照相關規(guī)定留設斷層防水煤（巖）柱或進行注漿改造，消除導水斷層對礦井安全生產的影響，對導水性不明的斷層，要提前運用物探和鉆探手段查明斷層的導水性及導通的含水層，再根據實際情況采取留設防水煤（巖）柱或注漿改造等手段進行治理。

3.4瓦斯防治措施

本礦為瓦斯礦井，在礦井建設和生產過程中必須堅持“安全第一、預防為主”的方針，做好通風瓦期管理工作，防止瓦斯聚積、發(fā)生瓦斯爆炸。通過加強通風管理，加強老空區(qū)積水、積氣探查與排放，可以使采掘工作面和生產巷道中瓦斯?jié)舛确稀睹旱V安全規(guī)程》要求。

3.5導水裂隙帶防治措施

對導水裂隙帶涉及到的導水通道，應提前進行封堵，無法封堵的應留設一定的防水煤柱；對導水裂隙帶涉及到的含水體，應進行超前探放水；每月不定時的對全礦各個回采、掘進工作面進行水情觀測；做好突水應急救援預案，提高職工自我保護、自救的能力。

3.6地下含水體防治措施

對采空區(qū)積水要做到超前疏放其采空區(qū)積水，嚴格執(zhí)行“預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防治水制度，確定采空區(qū)積水對采掘工程無突水危險時方可回采；遇井下斷層出現時，應進行探水作業(yè)，并加強回采工作面的水情監(jiān)測。9+10+11號煤層受到頂板太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層的涌（突）水威脅，太灰含水層屬弱-中等富水性含水層，對9+10+11號煤層開采影響小，所以以疏干的方式即可解除其影響。

3.7火區(qū)防治措施

根據煤層自燃傾向報告判定晉牛煤礦2號和9+10+11號煤層自燃傾向性等級為Ⅱ級，屬自燃煤層，且具有煤塵爆炸性，工作面開采結束后應完成永久密閉工作，并采取密閉噴漿、注漿等綜合防治自然發(fā)火措施。

4　結束語

晉牛煤礦礦井的隱蔽致災因素主要包括：采空區(qū)積水、廢棄井筒和老窯、斷層和裂隙、瓦斯、導水裂隙帶、地下含水體及火區(qū)。針對上述致災因素，制定相應的防范措施，有助于最大程度降低礦井災害發(fā)生的可能性及影響程度，對礦井安全生產具有指導意義。

參考文獻：

［1］陳少帥，白峰青，劉猛，等.邢東礦隱蔽致災因素研究［J］.河北工程大學學報（自然科學版），2015，32（2）：97-100.

［2］孟海龍.礦井隱蔽致災因素特征及探查技術研究［J］.煤炭與化工，2015，18（6）：12-16.

［3］馬雪峰.礦井隱蔽致災因素的探查與防治［J］.煤炭與化工，2015，38（8）；137-139.

［4］葛均剛.礦井隱蔽致災因素的探查與防控對策［J］.中國煤炭，2014，40（11）：106-107.

［5］張志龍.礦井水致災條件與致災機理分析及應用［J］.煤炭科學技術，2013（S2）：222-225.

［6］王崇林.汾西煤礦水害致災因素險現狀與防治建議［J］.江西煤炭科技，2014（3）：28-31.

［7］段建華，許超.地面物探技術在煤礦隱蔽致災地質因素探測中的應用［J］.中國煤炭地質，2015，27（10）：53-57.

［8］王曉軍，李文彬.新三礦隱蔽致災因素研究［J］.煤炭與化工，2014，37（8）：104-106.

（編輯：樊敏）

中圖分類號：TD745

文獻標識碼：A

文章編號：1672-5050（2016）03-010-04

DO I：10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.06.003

收稿日期：2016-01-20

基金項目：中央高校基本科研業(yè)務費項目（3142015139）

作者簡介：朱慶偉（1992-），男，安徽安慶人，在讀碩士研究生，研究方向：礦山防治水。

Detection and Control of Hidden Disaster-causing Factors in M ines

ZHU Qingwei,LIXiaom ing
（Security Engineering College，North China Institute of Science and Technology，Yanjiao 101601，China）

Abstract：Taking Jinniu Mine as an example，geophysical exploration and geo-drilling technology are used to detectand analyze hidden disaster-causing factors in themining，in terms of goaf，tectonics，water-bearing properties，and gas enrichment areas.The results show that the hidden disaster-causing factors include goaf water，abandoned shafts and old mines，faults and fractures，gas，water flowing fractured zones，water-bearingbody and fire zone.Correspondingmeasures are formulated to prevent the hidden disastersand to promote the security capacity of themine.

Keywords：hidden disaster-causing；factors；precautionarymeasures；security