邢東礦隱蔽致災(zāi)因素研究

陳少帥，白峰青，劉 猛，2，杜小河，楊軍輝

(1.河北工程大學(xué) 資源學(xué)院，河北邯鄲056038;2.河北鼎基礦業(yè)集團(tuán)，河北邢臺054100;3.冀中能源股份有限公司邢東礦，河北 邢臺054001)

2003年4月12日，東龐礦發(fā)生隱伏陷落柱特大奧灰突水災(zāi)害，最大突水量在70 000 m3/h以上;2006年1月5日淮南礦業(yè)集團(tuán)望峰礦發(fā)生煤與瓦斯突出災(zāi)害，其中突出瓦斯量2.93×105m3，突出煤量2 831 t;2010年11月19日，黃沙礦112124工作面運輸巷掘井過程中發(fā)生突水，突水量在6 000 m3/h左右，－500 m水平地區(qū)被迫停產(chǎn)，后經(jīng)堵水施工的鉆孔查明為落差120 m的斷層所致。從以上案例可以看出由煤炭開采引起的各類災(zāi)害影響范圍廣，涉及人群多，防控難度大，已成為制約我國經(jīng)濟(jì)社會和諧發(fā)展的一個重要因素。文章以邢東礦為例，通過對其采空區(qū)范圍、地質(zhì)構(gòu)造、含水性和瓦斯富集區(qū)等致災(zāi)因素的普查，并針對不同隱蔽致災(zāi)因素對安全生產(chǎn)的影響程度，提出切實可行的綜合治理措施，最大限度地消除隱蔽致災(zāi)因素對礦井安全的影響，提升煤礦安全保障能力，為煤礦安全生產(chǎn)狀況根本好轉(zhuǎn)奠定基礎(chǔ)。

1 礦井開采條件

1.1 基本情況

邢東礦開采2#煤，開采標(biāo)高－585～－1 200 m。采用立井分水平開拓方式，通風(fēng)方式采用中央并列抽出式，綜合機(jī)械化采煤一次采全高，走向長壁開采，支護(hù)全部采用錨網(wǎng)梁錨索聯(lián)合支護(hù)，頂板采用全部垮落法管理，局部采用充填開采。

1.2 地質(zhì)條件

地層及含煤地層:井田均被第四系松散沉積物覆蓋，勘探深度范圍內(nèi)各地層由老到新依次為:奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、第四系。地層走向總體趨勢自北而南由北西轉(zhuǎn)為北北東，傾向由北東轉(zhuǎn)為南東東，略呈向東突出的弧形。地層平緩，傾角一般在10°～15°之間。含煤地層為中石炭統(tǒng)本溪組、上石炭統(tǒng)太原組和下二疊統(tǒng)山西組。含煤地層平均厚度217.13 m，共含煤15層，煤層平均總厚度20.44 m，含煤系數(shù)9.4%。其中，可采煤層平均總厚度 15.98 m，可采含煤系數(shù)7.4%。

地質(zhì)構(gòu)造:井田內(nèi)斷層比較發(fā)育，其中已發(fā)現(xiàn)的高角度正斷層250條。不同級別的斷層將整個井田的含煤地層切割成一系列大小不等、形狀各異的斷塊，各斷塊又表現(xiàn)為地塹、地壘和階梯狀構(gòu)造組合。

井田內(nèi)發(fā)育兩個大中型褶皺(大吳莊－高家屯開闊向斜和邢臺制藥廠－三合莊殘破背斜)，除背斜軸部地層傾角較大外(地層傾角15°～30°)，其余地區(qū)地層傾角10°～15°，對采區(qū)劃分影響較小。礦井自投產(chǎn)以來，共揭露不導(dǎo)水陷落柱7個，未發(fā)現(xiàn)有巖漿巖的侵入。邢東礦礦井地質(zhì)復(fù)雜程度中等。

2 礦井隱蔽致災(zāi)因素普查

依據(jù)《煤礦地質(zhì)工作規(guī)定》，煤礦隱蔽致災(zāi)因素普查內(nèi)容主要包括采空區(qū)、廢棄老窯(井筒)、封閉不良鉆孔、斷層、裂隙、褶曲、陷落柱、瓦斯富集區(qū)，導(dǎo)水裂縫帶，地下含水體、井下火區(qū)、古河床沖刷帶、天窗等不良地質(zhì)體。通過對以往資料成果的整理和其它相關(guān)工作，分別對邢東礦的致災(zāi)因素進(jìn)行了普查。

2.1 地下含水體的普查

邢東井田內(nèi)分布有11個含水層(組)。隔水層由鋁土巖、鋁土質(zhì)粉砂巖及細(xì)粉砂巖等組成，厚度2.93～38 m，具有一定的隔水能力。但各隔水層的阻隔水性能在煤層開采后三帶影響范圍內(nèi)，將隨著采動裂隙的擴(kuò)展而發(fā)生弱化，生產(chǎn)中應(yīng)予特別重視。含水層和隔水層的組合關(guān)系見表1。

在上述含水層中，2#煤頂板砂巖裂隙含水層和大青灰?guī)r含水層為礦井涌水量的主要組成部分，正常情況下對礦井安全不構(gòu)成威脅。邢東礦開采深度大，煤層底板隔水層承受奧灰水壓高，且奧灰含水層厚度大、富水性強(qiáng)且極不均一，完整塊段對開采2#煤影響較小，非完整塊段將對開采2#煤產(chǎn)生較大影響。因此，奧灰含水體為邢東礦主要隱蔽致災(zāi)因素。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造普查

斷層。井田內(nèi)斷層比較發(fā)育，對采區(qū)和工作面布置影響較大，導(dǎo)水?dāng)鄬訛樾蠔|礦主要隱蔽致災(zāi)因素之一。依據(jù)勘探和巷道揭露，目前邢東井田共發(fā)現(xiàn)高角度正斷層250余條。其中，落差大于5 m的斷層110余條。大中型斷層走向以NNE～NE為主，傾向以SE為主。依據(jù)普查結(jié)果，斷層兩盤裂隙發(fā)育，部分是導(dǎo)水?dāng)鄬?，為保證礦井安全生產(chǎn)，應(yīng)按要求留設(shè)防水煤柱。

表1 含水層和隔水層的組合關(guān)系Tab.1 Features and relationship of aquifers and water－resisting layers

褶曲。井田內(nèi)發(fā)育兩個大中型褶皺(大吳莊－高家屯開闊向斜和邢臺制藥廠－三合莊殘破背斜)，背斜軸部地層傾角較大外(地層傾角15°～30°)，其余地區(qū)地層傾角10°～15°，對采區(qū)劃分影響較小。

陷落柱。邢東礦自投產(chǎn)以來共揭露7個不導(dǎo)水陷落柱。導(dǎo)水陷落柱是溝通奧灰含水層與上部含水層的危險通道，也是礦井安全生產(chǎn)的重大隱患。雖然目前揭露的7個陷落柱均為不導(dǎo)水陷落柱，不排除存在導(dǎo)水陷落柱的可能性。因此，陷落柱為邢東礦主要隱蔽致災(zāi)因素之一。

2.3 采空區(qū)普查

礦井經(jīng)過多年開采，形成了大量的采空區(qū)，通過調(diào)查訪問、物探、化探和鉆探等方法，對井田范圍內(nèi)的采空區(qū)分布、形成時間、范圍、積水狀況、自然發(fā)火情況和有害氣體等進(jìn)行了精細(xì)探查。依據(jù)普查結(jié)果，井田范圍內(nèi)及周邊無小煤礦分布，井田內(nèi)采空區(qū)均為自身開采2#煤形成。其中有積水的工作面有1123、1124、2127工作面，總積水面積為48 329 m2，總積水量62 089 m3。目前，在上述采空區(qū)有積水的工作面附近無生產(chǎn)區(qū)域。對于將來臨近采空區(qū)的生產(chǎn)地區(qū)產(chǎn)生一定影響，為邢東礦隱蔽致災(zāi)因素之一。

2.4 瓦斯普查

邢東礦屬于瓦斯礦井，瓦斯含量為0.11～6.76 m3/t。2#煤瓦斯賦存規(guī)律受構(gòu)造、頂?shù)装鍘r性、煤層埋藏深度等多種因素影響。斷層發(fā)育部位和陷落柱分布區(qū)域瓦斯含量較低，瓦斯涌出量相對較高。一般情況下，隨著煤層埋藏深度的增大，瓦斯含量增大。2#煤頂?shù)装鍘r性對瓦斯賦存也有一定影響，頂?shù)装鍘r性大部分為粉砂巖，隔氣性差，透氣性能好，有利于瓦斯逸散，不利于賦存，導(dǎo)致2#煤層瓦斯含量較低。因此，瓦斯為邢東礦次要隱蔽致災(zāi)因素。

2.5 煤層自燃普查

2011年11月，中煤科工集團(tuán)重慶研究所檢測，礦井目前開采的2#煤層煤塵具有煤塵爆炸性。2011年11月，中煤科工集團(tuán)重慶研究所試驗，2#煤煤層自然發(fā)火傾向性為Ⅱ類，屬于自燃煤層。因此，煤層自燃為邢東礦次要隱蔽致災(zāi)因素之一。

2.6 封閉不良鉆孔普查

井田范圍內(nèi)及周邊共計有15個封閉不良鉆孔。其中，施工到奧灰含水層層位的鉆孔11個，施工到第四系含水層層位的鉆孔4個。4個位于井田范圍外的奧灰孔和井田內(nèi)的4個第四系鉆孔，對安全生產(chǎn)無影響;其余7個奧灰孔均為觀測孔和留作支農(nóng)自流水井，對礦井生產(chǎn)無影響或影響較小。

3 防治措施

通過對邢東礦現(xiàn)有資料的整理分析及現(xiàn)場調(diào)查，針對礦井的實際情況，提出以下防治措施。

3.1 奧灰含水體防治措施

邢東礦開采2#煤，距離奧灰含水層比較遠(yuǎn)，但邢東礦采深大、煤層底板承受奧灰水水壓高，礦山壓力和底板高承壓水的共同作用下可能引起底板導(dǎo)水構(gòu)造的活化。開采過程中采用綜合探測手段查明隱伏導(dǎo)水構(gòu)造，并采取相應(yīng)的治理措施，切斷奧灰水對煤層的充水通道，為巷道掘進(jìn)和工作面回采提供條件。

3.2 陷落柱防治措施

邢東礦揭露的7個陷落柱均不含水、不導(dǎo)水，但不排除存在導(dǎo)水陷落柱的可能性，在未開采區(qū)應(yīng)采取綜合探測手段。發(fā)現(xiàn)導(dǎo)水陷落柱時，對陷落柱內(nèi)部和奧灰頂部進(jìn)行注漿封堵治理。陷落柱不導(dǎo)水時，依據(jù)現(xiàn)場情況采取注漿加固與改造或留設(shè)保護(hù)煤柱等措施進(jìn)行治理。

3.3 斷層防治措施

針對井田內(nèi)已查明導(dǎo)水?dāng)鄬樱瑧?yīng)合理留設(shè)防隔水煤(巖)柱煤柱或進(jìn)行注漿加固，消除導(dǎo)水?dāng)鄬訉ΦV井安全的威脅。對于導(dǎo)水性不明的斷層采取鉆探和綜合物探相結(jié)合的手段，查明斷層導(dǎo)水性以及導(dǎo)通的含水層，根據(jù)實際情況合理留設(shè)防隔水煤(巖)柱煤柱，或進(jìn)行注漿加固。

3.4 采空區(qū)積水防治措施

井田內(nèi)采空區(qū)積水位置、分布范圍、以及積水量均已查明，采掘工程接近時，先劃定警戒范圍，制定安全措施后，再進(jìn)行探放，待徹底排空積水后或排至安全水位時，再進(jìn)行掘進(jìn)或回采工作。

3.5 瓦斯防治措施

隨著開采深度增加瓦斯增大的特點，生產(chǎn)過程中保證通風(fēng)系統(tǒng)合理可靠，風(fēng)扇運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，風(fēng)筒質(zhì)量完好，保證生產(chǎn)地點有足夠的風(fēng)量，避免使用不符合規(guī)定的串聯(lián)風(fēng)，防止瓦斯積聚。

3.6 煤層自燃防治措施

邢東礦2#煤屬于自燃煤層，且具有煤塵爆炸性，工作面開采結(jié)束后應(yīng)完成永久密閉工作，并采取密閉噴漿、注漿等綜合防治自燃發(fā)火措施。

3.7 封閉不良鉆孔防治措施

邢東礦未封閉鉆孔均為觀測孔和留作支農(nóng)自流水井，依據(jù)現(xiàn)場實際情況采取留設(shè)隔離煤柱或注漿封堵措施。

4 結(jié)語

邢東礦礦井隱蔽致災(zāi)因素主要包括:奧灰含水體、陷落柱、斷層、采空區(qū)、瓦斯、煤層自燃和封閉不良鉆孔，針對上述致災(zāi)因素，制訂的相應(yīng)防治措施。有助于最大限度的減少或避免礦井災(zāi)害的發(fā)生，為從根本上防范重、特大事故的發(fā)生奠定基礎(chǔ)。同時，也能夠為全國礦井隱蔽致災(zāi)因素普查提供一定的參考。

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