煤礦地質(zhì)災害特征及其防治措施

楊 鑫

(山西陽泉煤業(yè)(集團)有限責任公司二礦，山西 陽泉 045000)

0 引言

煤炭是我國工業(yè)發(fā)展的動脈，資源量十分豐富，在消費和生產(chǎn)上都居于世界首位。但是，部分地區(qū)煤礦資源的開采方式和技術(shù)設(shè)備都相對落后，導致了煤礦開采過程中發(fā)生了一些地表災害和礦井災害，威脅到自然環(huán)境和社會穩(wěn)定。因此，充分掌握煤礦地質(zhì)災害的成因和特征并進行有效地預防，才能提高煤礦生產(chǎn)的安全性。

1 煤礦地質(zhì)災害的特征分析

煤礦地質(zhì)災害的發(fā)生具有不可預見性，其成因也具有多樣性。主要一點是煤礦的開采不專業(yè)不規(guī)范，只顧追求利潤和產(chǎn)量的最大化，災害預防治理工作不到位。煤礦地質(zhì)災害主要分為地表災害和礦井災害。地表災害主要表現(xiàn)為山體滑坡、地面塌陷、地裂縫等，這類災害發(fā)生在礦山開采活動一段時間后逐步顯現(xiàn)。山體滑坡的形成原因是由于煤礦開采作業(yè)時堆放的矸石，對坡體的原始應力平衡造成了嚴重的破壞；地面塌陷和沉降是由于開采作業(yè)時大量的空區(qū)地下水需要排出，造成了地下水分布的不均衡，使空區(qū)出現(xiàn)大面積的降落漏斗和水力坡。礦井災害主要類型為礦井突水、瓦斯突出和機電設(shè)備事故，還有火災、煤塵爆炸和頂板事故等。礦井突水是礦井災害最常見的類型，災害發(fā)生時涌水量大、水勢兇猛并且能造成巨大的損失；瓦斯突出的成因是開采煤礦時，破壞了地下煤層儲氣密閉系統(tǒng)，使得瓦斯氣體不能吸附和游離在煤層縫隙里，在地應力作用下突然釋放的結(jié)果；機電設(shè)備事故的發(fā)生是由于采礦的操作和管理不嚴謹不規(guī)范，造成設(shè)備機械傷人等現(xiàn)象；頂板事故表現(xiàn)為頂板突然來壓，由于采礦作業(yè)的影響，破壞了地層的應力平衡，在開采區(qū)頂板上方的巖石松動圈不斷變大，增加了支架受力，當松動圈大到一定程度時便會塌落，造成冒頂事故。

2 礦井地質(zhì)災害的防治措施

2.1 礦井突水災害的防治

礦井突水災害的主要類型有頂板突水、底板突水和采空區(qū)突水。我國易發(fā)生突水災害的地區(qū)主要在河北省、河南省、江蘇省和安徽省，這些地區(qū)屬于華北型煤田，由于太灰和奧灰強巖溶含水層的影響，礦床灰?guī)r含水層具有較強的富水性，有嚴重的底板巖溶水害隱患。以大唐鐵列克煤礦為例，該煤礦井田屬于低中山地形，井田內(nèi)+950 m水平的正常涌水量為39 600 m3/d，最大涌水量達到66 000 m3/d。對于礦井突水的防治，該礦采取以下幾點措施：①采取凍結(jié)法進行井筒的施工，施工周期短，早投產(chǎn)早受益，但是費用較高；②設(shè)置防治突水隱患的專門機構(gòu)，建立礦井地下水動態(tài)觀測系統(tǒng)，并在礦井底部安裝潛水泵；③橫穿工業(yè)場地的列克河河床需要進行改道，并修建安全的防洪河堤，合理確定井口標高并按照操作規(guī)范進行；④防水保護煤柱需要預留足夠的數(shù)量；⑤煤礦的整個煤層處于侏羅統(tǒng)西山窯組的含水層中，在巷道挖掘開采過程中，突水事故易發(fā)生在構(gòu)造帶區(qū)域，在巷道開掘前做好充分的勘探檢查工作是十分必要的；⑥防范礦井突水事故需要制定防治水害的專項設(shè)計[1]。

2.2 瓦斯突出災害的防治

在瓦斯突出災害的預測上，使用的主要方法是利用煤礦現(xiàn)場的觀測系統(tǒng)和基于突出機理的突出指標進行預測。還有一些結(jié)合聲電技術(shù)、利用聲發(fā)射技術(shù)以及電磁輻射信號預測技術(shù)等新的方法。國外防治瓦斯突出災害的措施有許多值得我國借鑒和推廣的地方。例如，英國對瓦斯突出災害的防治措施是震動炮，在有斷層的采礦作業(yè)面放震動炮，一次可放眼深2 m的炮眼100個，平均每炮眼藥量為225～450 g；匈牙利和保加利亞通過水力沖刷法對有瓦斯突出危險的煤層進行穿透，對煤層打孔徑120～200 mm的超前孔進行水力沖刷穿透煤層；捷克的藥壺爆破法能夠開采有瓦斯突出危險的煤層，使用的是毫秒電雷管和非安全炸藥進行爆破落煤[2]。

我國對于瓦斯突出危害的防治工作也十分重視，以姚家山煤礦為例，對于防治瓦斯突出的首要目標就是降低煤層的瓦斯含量和瓦斯壓力，將瓦斯含量控制在8 m3/t以內(nèi)，瓦斯壓力在0.74 MPa以下。采取的措施是盡可能多地對煤層中的瓦斯進行抽采，在根源上將開采作業(yè)時的瓦斯突出隱患消滅掉。由于姚家山的地質(zhì)狀況特殊，不能進行開采保護層的區(qū)域性防治，進行的區(qū)域性防治方法是進行大面積預抽煤層瓦斯。因此，開采姚家山煤礦前，對有瓦斯突出隱患的煤層進行順層鉆孔的預抽采，從而降低了瓦斯壓力，提高了煤層透氣性，最終消除瓦斯突出隱患。

2.3 機電設(shè)備事故的防治

機電設(shè)備事故在礦井災害中發(fā)生的頻率也較高。以神東礦井為例，分析機電設(shè)備事故并提出防治措施。神東礦區(qū)的設(shè)備機械化程度較高，發(fā)生的常見機電事故有人為操作造成的，還有電擊、設(shè)備擠壓、機械傷害和車輛事故等。對于機械事故的防治需要加強預防，定期對機械設(shè)備進行維護和維修，要求工作人員不能帶病作業(yè)，尤其不能帶電情況下檢修設(shè)備，發(fā)生設(shè)備故障及時快速處理。礦井內(nèi)嚴格執(zhí)行操作規(guī)程進行開采作業(yè)，保證開采技術(shù)的規(guī)范和安全。機械設(shè)備無失爆、漏電現(xiàn)象，嚴格遵守“兩齊、三無、四有、十不準”的原則。對于變壓器的高低壓側(cè)保護要重視，保證靈敏可靠。對于所有下井的設(shè)備進行防爆檢查后才可以進入，對于作業(yè)區(qū)的車輛制定嚴格的制度，行車不行人，行人不行車。礦井的設(shè)備調(diào)機安排專職人員看護和指揮，操作設(shè)備時有語音報警裝置。對設(shè)備進行檢修時要將設(shè)備置于安全支護下的區(qū)域，并且斷電上鎖，必要的時候可以打木垛和吊掛，進行二次防護[3]。另外，設(shè)備的皮帶和機頭機尾要加防護柵欄。

2.4 其他礦井災害的防治

煤塵爆炸：發(fā)生煤塵爆炸事故是由于瓦斯爆炸燃燒產(chǎn)生的沖擊波吹起巷道的灰塵發(fā)生了爆炸。因此礦井的排塵風速要達到1.5 m/s，皮帶巷具有全斷面噴霧除塵裝置，及時對巷道、皮帶和機頭機尾進行噴霧沖洗，清理積塵[4]。

火災：由于礦井內(nèi)的遺煤自燃起火、電氣焊著火和皮帶摩擦起火，容易引發(fā)礦井火災。防范措施有采空區(qū)灌漿、注氮，噴灑阻化劑；關(guān)注設(shè)備電纜的安全，使用合格的接頭和集線盒，用電設(shè)備要接地。作業(yè)現(xiàn)場配備齊全的滅火設(shè)備，如滅火器、沙箱和沙袋等。發(fā)生火災時采取控制可燃物體、消除火源和隔絕空氣等措施。

3 結(jié)語

煤礦開采容易發(fā)生的各種地質(zhì)災害無一不威脅著采礦工人的生命，制約著采礦工作的順利安全開展。當前我國煤礦企業(yè)所面臨的一項重要任務就是促進煤炭資源開采的健康安全可持續(xù)發(fā)展[5]。因此，對于煤礦地質(zhì)災害的預防和治理急需重視起來，因地制宜采取綜合的防治措施，促進可持續(xù)發(fā)展。