煤礦井下地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤礦開采的影響

趙愛(ài)軍

(山西陽(yáng)煤五礦 生產(chǎn)部，山西 陽(yáng)泉 045209)

0 引言

煤礦井下地質(zhì)構(gòu)造主要包括巖漿巖侵入體、陷落柱、褶曲構(gòu)造和斷層幾種類型，受煤礦井下地質(zhì)構(gòu)造的影響，煤礦開采容易出現(xiàn)采煤沉陷、礦井水災(zāi)和瓦斯事故等問(wèn)題。因此，探究降低煤礦井下地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤礦開采的影響、采取有效對(duì)策，對(duì)于煤礦安全生產(chǎn)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 煤礦地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤礦開采的影響分析

山西省某礦井田面積6.105 1 km2，批準(zhǔn)開采15#煤層，厚度4.20～7.25 m，平均5.02 m。礦井采用斜井開拓方式，布置有主斜井、副斜井、運(yùn)人斜井和一個(gè)回風(fēng)立井共4個(gè)井筒，礦井布置1個(gè)綜采放頂煤工作面，3個(gè)綜掘工作面，3個(gè)普掘工作面。2015年9月10日，該煤礦15111回采工作面發(fā)生了礦井突水事故；2016年全年，該礦的瓦斯事故高達(dá)7起。2017年5月，該礦發(fā)生了采煤沉陷，造成人員傷亡。發(fā)生事故的原因，都與該礦地質(zhì)構(gòu)造密切相關(guān)。

1.1 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)礦井水災(zāi)的影響

受煤礦采動(dòng)影響，煤礦井下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)會(huì)遭到一定程度的破壞，導(dǎo)致地下水流入礦井，引發(fā)礦井水災(zāi)。礦井水災(zāi)不僅會(huì)對(duì)煤礦開采的效率造成不良影響，還會(huì)降低煤炭的品質(zhì)。導(dǎo)致礦井水災(zāi)的主要原因：①由于在回采過(guò)程中的不合理操作，溝通了富水構(gòu)造帶導(dǎo)致采煤面發(fā)生突水，引發(fā)了礦井水災(zāi)；②未能在采掘前對(duì)煤礦井下地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)勘測(cè)和深入分析，施工人員沒(méi)有選擇合理的掘進(jìn)方法，破壞了煤礦井下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致地下水流進(jìn)礦井，釀成礦井水災(zāi)[1]。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)瓦斯事故的影響

該礦瓦斯事故分析結(jié)果表明，煤礦井下地質(zhì)結(jié)構(gòu)遭到破壞是引發(fā)瓦斯事故的主要原因。由于煤礦井下地質(zhì)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)斷層、褶皺、孔隙和裂隙現(xiàn)象，導(dǎo)致瓦斯事故層出不窮。①煤層的熱量走向和供養(yǎng)是斷層產(chǎn)生的主要誘因，斷層也會(huì)對(duì)煤礦開采工作造成一定的不良影響，導(dǎo)致瓦斯事故的發(fā)生；②褶皺能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)煤層中熱量傳播速率的控制，由于該煤礦的褶皺處于背斜位置，熱量會(huì)在煤層內(nèi)部緩慢釋放和累積，導(dǎo)致煤礦開采過(guò)程中瓦斯爆炸事故頻發(fā)；③煤層孔隙包括原生孔隙和次生孔隙2種類型。原生孔隙是煤層中的沉積物顆粒內(nèi)部形成的孔隙，次生孔隙是指受溶蝕、淋濾等外界因素的綜合作用，使得煤層在煤化的過(guò)程中形成的孔隙。由于孔隙的數(shù)量增多，加大了煤和瓦斯之間的氧氣含量，同時(shí)也增大了煤層氧化自燃的概率，進(jìn)而導(dǎo)致瓦斯事故的發(fā)生；④由于該煤礦出現(xiàn)了煤層裂隙，增加了煤和瓦斯之間的氧氣接觸，從而引發(fā)瓦斯事故。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)采煤沉陷的影響

采煤沉陷是煤炭開采的常見(jiàn)問(wèn)題之一，如不能采取針對(duì)性的措施對(duì)采煤沉陷進(jìn)行管控，會(huì)嚴(yán)重降低煤礦開采的安全性與穩(wěn)定性，導(dǎo)致安全事故頻發(fā)。煤礦井下的地質(zhì)構(gòu)造與采煤沉陷密切相關(guān)。該煤礦井下巖石的硬度較低是導(dǎo)致該煤礦采煤沉陷的主要原因。因此，應(yīng)針對(duì)煤礦井下地質(zhì)構(gòu)造的實(shí)際情況，采取針對(duì)性的控制措施，防范采煤沉陷對(duì)煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)造成的不良影響[2]。

2 降低地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤礦開采影響的對(duì)策

2.1 加強(qiáng)對(duì)煤礦地質(zhì)構(gòu)造的勘測(cè)和分析

加強(qiáng)對(duì)煤礦井下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的勘測(cè)和分析，需要在對(duì)煤礦井下地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷的基礎(chǔ)上，結(jié)合對(duì)煤礦開采區(qū)域資料的深入分析，實(shí)現(xiàn)提升煤礦井下地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘測(cè)精度的目的，為提升煤礦開采的安全性形成有力保障。①使用勘測(cè)工具，對(duì)煤礦井下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量和描述，借助地質(zhì)變化規(guī)律和構(gòu)造參數(shù)繪制地質(zhì)構(gòu)造圖；②利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)煤礦井下的探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并形成地質(zhì)構(gòu)造的圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造的深度解讀；③加強(qiáng)對(duì)煤礦井下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的實(shí)地勘察，獲得第一手資料，并對(duì)礦井地質(zhì)構(gòu)造的勘測(cè)結(jié)果進(jìn)行深入分析，加深對(duì)煤礦井下地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)育規(guī)律的了解程度，進(jìn)而綜合利用鉆探、化探和物探等手段對(duì)煤礦井下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的性質(zhì)、規(guī)模和開采對(duì)地質(zhì)機(jī)構(gòu)造成的不良影響進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，形成煤礦開采工作的科學(xué)指導(dǎo)依據(jù)。

將基礎(chǔ)地質(zhì)勘探手段與地理信息系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。通過(guò)對(duì)三維地震、瞬變電磁、礦井物探、地面鉆探和井巷工程等數(shù)據(jù)的深入分析，查明煤礦開采區(qū)域內(nèi)的斷層分布情況、煤層埋藏深度與厚度以及隔水層厚度等。同時(shí)，在地理信息平臺(tái)的基礎(chǔ)上建立了礦井多元信息集成系統(tǒng)，綜合利用三維地震、瞬變電磁、礦井物探、構(gòu)造地質(zhì)、水文地質(zhì)等手段，建立煤礦井下地質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)模型，獲得了第一手地質(zhì)資料信息，為煤礦開采工作提供技術(shù)支撐。該煤礦的斷層分布情況如圖1所示。

圖1 斷層分布情況三維圖

2.2 提高煤炭資源開采的利用率和回收率

提高資源的利用率和煤炭開采回收率，應(yīng)堅(jiān)持：①加強(qiáng)礦井地質(zhì)勘探和巷道勘探，了解煤層中伴生礦產(chǎn)的分布情況及其價(jià)值；②在煤礦開采的過(guò)程中，注重了解地質(zhì)構(gòu)造的發(fā)育規(guī)律和煤層的變化特點(diǎn)；③科學(xué)計(jì)算煤的儲(chǔ)量，合理開發(fā)利用煤炭資源；④基于對(duì)煤礦井下地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘探結(jié)果科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，制定完善的煤礦開采方案，降低煤炭資源在開采過(guò)程中的浪費(fèi)現(xiàn)象，提升煤礦開采的回收率。

2.3 提升對(duì)礦井水災(zāi)的防治力度

礦井水災(zāi)是煤礦開采過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題。一旦發(fā)生礦井水災(zāi)，會(huì)對(duì)煤礦開采企業(yè)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在煤礦開采過(guò)程中，應(yīng)對(duì)可能產(chǎn)生突水的煤層留設(shè)防水隔離煤柱，加強(qiáng)對(duì)老窯積水區(qū)的勘測(cè)，及時(shí)疏通老窯積水和采空積水。同時(shí)，在煤礦開采的過(guò)程中，應(yīng)對(duì)煤礦周邊區(qū)域的地質(zhì)情況和水文情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，編制完善的水文地形圖。此外，還應(yīng)合理設(shè)置止水套管的水壓、長(zhǎng)度和鉆孔的垂直和水平超前距離，以上各項(xiàng)參數(shù)的具體數(shù)值見(jiàn)表1。

表1 止水套管的各項(xiàng)參數(shù)

山西省曾在陽(yáng)城縣及其轄區(qū)煤礦推行鉆孔測(cè)斜裝備，在沁水縣全面實(shí)施鉆探視頻監(jiān)控，通過(guò)長(zhǎng)探探超前，短探探盲區(qū)，合理設(shè)置超前距、幫距、空間距、孔口管長(zhǎng)度，留足超前距離，使用鉆孔測(cè)斜以期科學(xué)設(shè)置鉆孔的方位、傾角、深度等參數(shù)，加強(qiáng)對(duì)鉆孔測(cè)斜的檢測(cè)。建立井上和井下水位、水壓與流量的立體觀測(cè)系統(tǒng)，綜合利用鉆探、物探和化探等綜合手段，形成了完善的礦井水動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)礦井水災(zāi)的動(dòng)態(tài)預(yù)警，自該技術(shù)實(shí)施以來(lái)，煤炭產(chǎn)量同比上年增長(zhǎng)421萬(wàn)t，效果較好。

3 結(jié)語(yǔ)

在煤礦開采的過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)煤礦井下地質(zhì)構(gòu)造的勘測(cè)和分析，能夠有效降低煤礦井下地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤礦開采的不利影響。提高煤礦開采的利用率與回收率，有利于促進(jìn)煤炭資源的合理開采。提升對(duì)礦井水災(zāi)的防治力度，也能夠有效提升煤炭開采的安全性。