泰安煤礦隱蔽致災(zāi)因素研究

王會(huì)瓊++王正榮

摘要： 以師宗縣泰安煤礦為工程背景，通過利用物探和現(xiàn)場(chǎng)踏勘等手段對(duì)影響煤礦安全生產(chǎn)的各種隱蔽致災(zāi)因素的類型、分布形態(tài)和危害程度進(jìn)行了探查。經(jīng)分析研究表明泰安煤礦隱蔽致災(zāi)因素主要包括水害、瓦斯、火災(zāi)、動(dòng)力致災(zāi)因素等四個(gè)方面，同時(shí)根據(jù)分析得出的泰安煤礦隱蔽致災(zāi)因素評(píng)價(jià)結(jié)果和煤礦現(xiàn)存在的問題，結(jié)合我國(guó)煤炭行業(yè)的有關(guān)政策法規(guī)要求，從技術(shù)、管理和監(jiān)管等方面有針對(duì)性的提出了各類致災(zāi)因素的防范對(duì)策及建議。

Abstract： Taking Taian coal mine as the engineering background， geophysical exploration and field reconnaissance was integratedly used to study the distribution， pattern and degree of various types of hidden hazard causal factors influencing mine safety production. After comprehensive analysis and system exploration， Taian coal mine hidden causal factors including water， gas， fire and dynamic disaster were identified basically. According to the analysis results of hidden causal factors and existing problems in Taian coal mine， combined with the relevant regulatory requirements of China's coal industry， various types of causal factors countermeasures and suggestions were proposed from technical， managerial and regulatory aspects.

關(guān)鍵詞： 泰安煤礦；隱蔽致災(zāi)因素；水害；瓦斯；火災(zāi)；動(dòng)力致災(zāi)

Key words： Taian coal mine；hidden hazard causal factors；water；gas；fire；dynamic disaster

中圖分類號(hào)：TD82 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）08-0156-03

0 引言

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(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)和諧發(fā)展的一個(gè)重要因素。尤其是淺部煤層的開采殆盡，礦井將面臨向深部延伸的現(xiàn)實(shí)問題。隨著開采深度的增加，礦井受水害、瓦斯等隱蔽致災(zāi)因素對(duì)礦井威脅加大[1]。我國(guó)煤礦開采過程中的大災(zāi)害事故，多數(shù)情況下都與隱蔽致災(zāi)因素緊密相關(guān)，近年來隱蔽致災(zāi)因素已經(jīng)成為引發(fā)煤礦水害、煤與瓦斯突出和頂板等重大災(zāi)害事故的主要原因[2]。因此礦井采掘活動(dòng)前查明活動(dòng)區(qū)域隱蔽致災(zāi)因素，采取有效防控措施以消除致災(zāi)隱患，確保礦井安全生產(chǎn)顯得十分必要。

本文通過對(duì)泰安煤礦地層、地質(zhì)構(gòu)造、煤層、煤質(zhì)、水文地質(zhì)和其他開采地質(zhì)條件進(jìn)行分析，并根據(jù)采空區(qū)范圍、含水性和瓦斯富集區(qū)等致災(zāi)因素的普查，控制已知的致災(zāi)因素，對(duì)不明隱蔽致災(zāi)因素進(jìn)行補(bǔ)充分析，并根據(jù)各種隱蔽致災(zāi)因素的特點(diǎn)和致災(zāi)后果提出相應(yīng)的防治措施和建議，從而把煤礦事故隱患消滅在萌芽狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)煤礦事故預(yù)防的關(guān)口前移，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

泰安煤礦礦區(qū)面積0.7666km2，開采深度標(biāo)高為2058.6m-1500m。煤礦呈一東西向的梯形，區(qū)內(nèi)海拔標(biāo)高2080-1950m。煤礦可采煤層共4層，即C17、C20、C21、C22，可采總厚度8.15m。礦區(qū)水文地質(zhì)為中等類型，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度屬中等類型；煤礦采用斜井開拓，開采方式為井下開采，采煤方法一般采用走向短壁或巷采，工作面采用打眼放炮或鎬刨。目前主采C17、C21開采標(biāo)高1940 m，年采出量1.5萬噸，回采率80%，累計(jì)采損消耗煤量23.36萬噸。

1.2 地質(zhì)條件

師宗縣泰安煤礦位于師宗縣城W273°，平距24km。行政區(qū)劃隸屬云南省曲靖市師宗縣雄壁鎮(zhèn)管轄，地理坐標(biāo)：東經(jīng)103°50′28″-103°50′43″，北緯24°51′54″-24°52′02″之間。礦區(qū)面積0.7666km2，共有5個(gè)拐點(diǎn)圈定礦區(qū)邊界，開采深度標(biāo)高為2058.6m-1500m。

煤礦屬圭山煤田鴨子塘礦區(qū)Ⅵ井田42～47勘探線之間。礦區(qū)出露的地層由新至老有第四系（Q）、三疊系下統(tǒng)卡以頭組（T1k）、飛仙關(guān)組T1f1-3、二疊系上統(tǒng)宣威組（P2x），峨嵋山玄武巖組（P2β）。礦區(qū)師宗-彌勒斷裂，斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，多為走向高角度正、逆斷層呈現(xiàn)北東向展布，造成煤層斷失或重復(fù)。在師宗附近受一組南北向斷裂影響，致使北東向的斷裂及褶曲常成弧形彎曲。高角度逆斷層的上盤和下盤常成為井田的分界線，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度屬中等類型。

2 礦井致災(zāi)因素分析

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，地質(zhì)構(gòu)造，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[3]。通過對(duì)以往資料成果的整理和其它相關(guān)工作，分別對(duì)泰安煤礦的隱蔽致災(zāi)因素進(jìn)行了普查，主要從以下內(nèi)容對(duì)泰安煤礦進(jìn)行蔽致災(zāi)因素分析：水害、瓦斯、火災(zāi)、動(dòng)力致災(zāi)。

2.1 水害致災(zāi)因素分析

在井田范圍內(nèi)，水害致災(zāi)因素主要有采空區(qū)，廢棄老窯（井筒）及封閉不良鉆孔，礦區(qū)主要斷層和含隔水層，煤礦含水體幾方面。建井至今，主要主采+1900m標(biāo)高以上資源，采空區(qū)范圍主要為+1900m標(biāo)高以上。根據(jù)礦井開采現(xiàn)狀，結(jié)合勘測(cè)工作要求，在礦井范圍地表布置7條測(cè)線，線距200m，點(diǎn)距30m（在主要地段加密測(cè)線）進(jìn)行放點(diǎn)，測(cè)線方位角為342°，野外工作共布設(shè)測(cè)點(diǎn)174個(gè)，對(duì)采空區(qū)進(jìn)行普查。其中，中度水患預(yù)測(cè)區(qū)29個(gè)，輕度水患預(yù)測(cè)區(qū)19個(gè)，無嚴(yán)重水患預(yù)測(cè)區(qū)。中度水患區(qū)面積約0.203km2，輕度水患預(yù)測(cè)區(qū)面積0.026km2。在這些異常區(qū)域進(jìn)行巷道作業(yè)或者煤炭采掘時(shí)，要切實(shí)做好井下水文工作，先探后采，做好預(yù)警工作，防范于未然。

在以往地質(zhì)工作中，在井田范圍內(nèi)施工大量鉆孔，在礦區(qū)內(nèi)施工的鉆孔全部進(jìn)行了封閉，按鉆孔封閉設(shè)計(jì)要求，全孔均用水泥（砂）漿封閉。所有鉆孔孔口均作了永久性標(biāo)志。師宗縣泰安煤礦斷層發(fā)育，其中F38、F42、F44、F200斷層為礦區(qū)的主要斷層，所穿過的地層多為煤系地層，斷裂帶多為泥質(zhì)膠結(jié)，擠壓緊密，地表無泉水出露，含水性差。巷道穿過斷層破碎帶時(shí)，僅有滴水現(xiàn)象，隨著采礦深入，水量亦無明顯增大現(xiàn)象，斷層對(duì)礦坑充水有一定影響，但只是在雨季?？傮w來看，區(qū)內(nèi)的斷層弱富水、導(dǎo)水性較差，對(duì)礦井充水有一定影響。

調(diào)查和收集井下礦坑實(shí)際涌水量、礦井初見水位的確定及采區(qū)的控制范圍與高程；未來礦井深部的開采條件與現(xiàn)狀已經(jīng)形成的采空區(qū)環(huán)境大致相似[4]。經(jīng)計(jì)算，泰安煤礦開采最低標(biāo)高+1500m處，正常涌出量為1440m3/d，最大涌水量2880m3/d。綜合各煤層的垮落帶、導(dǎo)水裂隙帶高度及煤層間距分析，泰安煤礦煤層開采后垮落帶高度為17m，導(dǎo)水裂隙帶高度為42m。因此，當(dāng)井巷通過含（導(dǎo)）水?dāng)鄬訒r(shí)，要嚴(yán)防來壓冒頂突水或遲到突水（突泥砂），并建議采掘部門采取相應(yīng)的防水措施。對(duì)與強(qiáng)含水層連通的導(dǎo)水?dāng)鄬?，必須按?guī)定留設(shè)防隔水煤柱。

2.2 瓦斯致災(zāi)因素分析

泰安煤礦為整合重組類礦井，規(guī)劃生產(chǎn)能力為21萬噸/a，采用礦山統(tǒng)計(jì)法預(yù)測(cè)礦井開采最低標(biāo)高+1500m水平時(shí)的瓦斯涌出量，得出當(dāng)其開采到標(biāo)高+1500m時(shí)，礦井相對(duì)瓦斯涌出量為20.58m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量為9.09m3/min。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第133條規(guī)定，通過本次礦山統(tǒng)計(jì)法預(yù)測(cè)該礦井為高瓦斯礦井[5-6]。為準(zhǔn)確判斷瓦斯是否存在突出危險(xiǎn)，瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)見表1。

泰安煤礦煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定結(jié)果表明，隨著煤層埋深增加，煤層瓦斯含量相應(yīng)增大，礦井開采深度增加，瓦斯含量及瓦斯壓力相應(yīng)增大，礦井在開采最低水平時(shí)，礦井瓦斯賦存大，瓦斯壓力增大，瓦斯涌出量增加，礦井在以后生產(chǎn)中，應(yīng)做好瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控，加強(qiáng)通風(fēng)，防止瓦斯引燃、爆炸。

2.3 火災(zāi)致災(zāi)因素分析

泰安煤礦井于2005年對(duì)礦井C21煤進(jìn)行自燃傾向性進(jìn)行鑒定，鑒定結(jié)果為：容易自燃，有煤塵爆炸性。泰安煤礦開采歷史上雖未發(fā)生火災(zāi)情況，但一旦發(fā)生井下火災(zāi)極易引起瓦斯、煤塵或煤塵與瓦斯燃燒和爆炸，造成重大傷亡事故。礦井煤層為不易自燃煤層，在未來開采過程時(shí)，仍需為礦井安全生產(chǎn)應(yīng)做好安全防范措施，采煤工作面及采空區(qū)是發(fā)生火災(zāi)的重點(diǎn)區(qū)域，隨著工作面的推進(jìn)，應(yīng)在工作面順槽打密閉墻，防止風(fēng)流進(jìn)入采空區(qū)[7-8]。開采結(jié)束的工作面應(yīng)及時(shí)密閉，防止采空區(qū)發(fā)生自燃。

2.4 動(dòng)力致災(zāi)因素分析

動(dòng)力致災(zāi)因素主要存在于地質(zhì)影響及頂板支護(hù)。泰安煤礦礦區(qū)分布在斷裂構(gòu)造十分發(fā)育地帶，多為走向高角度正、逆斷層呈現(xiàn)北東向展布，造成煤層斷失或重復(fù)。礦區(qū)煤層頂、底板以較硬巖夾軟巖，由于小斷層發(fā)育，破碎帶巖層強(qiáng)度降低，工程地質(zhì)條件為中等復(fù)雜類型。其開采受地應(yīng)力影響較大，顯示出很強(qiáng)的方向性。

礦區(qū)巷道支護(hù)形式為砌碹支護(hù)。采煤方法為短壁回采的采煤方法，一次采全高，全部垮落法管理頂板。巷道圍巖主要為細(xì)砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥巖，多呈不等厚互層狀產(chǎn)出。隨著開采深度增加，頂板壓力增大，礦區(qū)范圍內(nèi)斷層較多，井巷在揭露斷層時(shí)，圍巖破碎，頂?shù)装鍓毫Υ螅瑢?duì)礦區(qū)生產(chǎn)安全有較大影響[9-10]。

3 防治措施

①該礦區(qū)內(nèi)存在中度水患預(yù)測(cè)區(qū)29個(gè)，輕度水患預(yù)測(cè)區(qū)19個(gè)，無嚴(yán)重水患預(yù)測(cè)區(qū)。中度水患區(qū)面積約0.203km2，輕度水患預(yù)測(cè)區(qū)面積0.026km2。礦區(qū)發(fā)育有5條斷層，分別為F38逆斷層、F200正斷層、F42逆斷層、F44正斷層和F45逆斷層，其中F44正斷層最大斷距大于100m，兩盤地層成約90°的交角，且常發(fā)生倒轉(zhuǎn)，斷層傾角55°左右，對(duì)本礦區(qū)的煤層影響較大，盡管斷層可能未穿過煤層，預(yù)計(jì)由其派生的小構(gòu)造將對(duì)未來煤層的正規(guī)開采不利。巷道揭露斷層時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)，防止冒頂、底鼓、片幫等不良工程地質(zhì)問題。

②礦井為瓦斯礦井，煤層為非突出煤層，礦井為非突出礦井，但礦井在實(shí)際生產(chǎn)過程中，應(yīng)加強(qiáng)瓦斯的監(jiān)測(cè)監(jiān)控，加強(qiáng)通風(fēng)，防止局部瓦斯積聚發(fā)生瓦斯事故等。

③礦區(qū)內(nèi)煤層自燃傾向性為容易自燃，煤層煤塵有爆炸性，礦井在開采過程中應(yīng)加強(qiáng)防滅火措施，加強(qiáng)采掘工作面防塵灑水工作，防止煤塵發(fā)生爆炸。

④礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度屬中等類型，工程地質(zhì)條件為中等復(fù)雜類型。目前動(dòng)力災(zāi)害發(fā)育不太明顯，隨著采礦活動(dòng)不斷的進(jìn)行，礦井開采深度的增加，地應(yīng)力相應(yīng)增加，各種應(yīng)力現(xiàn)象將逐步顯現(xiàn)。礦井在未來的開采過程中應(yīng)加強(qiáng)地應(yīng)力測(cè)量與監(jiān)測(cè)。

4 結(jié)論

泰安礦井隱蔽致災(zāi)因素主要包括：水害、瓦斯、火災(zāi)、動(dòng)力致災(zāi)，針對(duì)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(shí)對(duì)礦井安全生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義，并為相鄰煤礦安全生產(chǎn)提供借鑒。

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