江西涌山礦山突出事故特征及控制因素分析

張明明

(1.中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400039；2.瓦斯災(zāi)害監(jiān)控與應(yīng)急技術(shù)國家重點實驗室，重慶 400037)

1 礦井地質(zhì)概況

涌山礦位于江西樂平涌山礦區(qū)的西南端，區(qū)域構(gòu)造為向背斜相聯(lián)，褶皺呈長條狀，相互平行，構(gòu)造線方向為N40o～60oE，由于西北側(cè)受F8走向逆斷層破壞，使井田成為傾向西北的“急傾斜”單斜構(gòu)造。礦井開采晚三疊安源組煤層，共13層可采，累計可采總厚度為18.61m，其中：二、三、四、五、六礦層為主采礦層，礦層厚度變化大，頂板以粉砂巖為主，底板以泥巖為主。

2 礦井突發(fā)事故特征

涌山礦被鑒定為多發(fā)事故礦井，截止2017年，該礦共發(fā)生98次事故，主采礦層發(fā)生72次（請見表1），是江西省多發(fā)事故最嚴重的礦井之一。

表1 主采礦層與突發(fā)事故統(tǒng)計表

2.1 礦山采集的一般特征

（1）小型突出多，大、中型突出少。按照突出采礦量的多少，將突出分為特大型、大型、中型、和小型四類進行統(tǒng)計。①突出礦量≥1000噸/次的特大型突出，共發(fā)生4次；②突出礦產(chǎn)量500至＜1000噸/次的大型突出，發(fā)生0次；③突出礦產(chǎn)量100至＜500噸/次的中型突出，共發(fā)生15次；④突出礦產(chǎn)量＜100噸/次的小型突出，共發(fā)生53次。

（2）突出為主，壓出、傾出為輔。在涌山采礦層所發(fā)生的72次突出中，傾出18次，占25%；壓出15次，占20.8%；典型突出39次，占突出總數(shù)的54.2%。

（3）突出易發(fā)生在斷層作用區(qū)(請見表2)。據(jù)統(tǒng)計，有52次突出發(fā)生在斷層附近的地應(yīng)力集中區(qū)域，占突出總數(shù)的72.2%。在巷道掘進過程中遇到小型斷層，同樣易發(fā)生突出，資料顯示：26采區(qū)F52斷層附近總共發(fā)生9次突出。

表2 斷層與突出點分布關(guān)系統(tǒng)計表

（4）突出強度隨礦層埋深的增加而增大。有35次突出發(fā)生在埋深100m～200m的區(qū)域，平均突出強度135.1t；有28次突出發(fā)生在埋深200m～300m的區(qū)域，平均突出強度209.6t；有4次突出發(fā)生在埋深300m～400m的區(qū)域，平均突出強度292t；有5次突出發(fā)生在埋深400m～500m的區(qū)域，平均突出強度608.6t。

2.2 礦井多發(fā)事故的顯著特征

（1）涌山礦井多發(fā)事故分區(qū)特征十分明顯。突出點集中分布在斷層作用區(qū)及應(yīng)力集中區(qū)，具有很明顯的分區(qū)特征。由褶皺、斷層影響而形成的礦體強破碎帶和地應(yīng)力集中區(qū)，突出點分布居多；由此可見，地質(zhì)構(gòu)造控制著突出點的分布。

（2）逆斷層上盤和末端易發(fā)生突出。涌山井田逆斷層發(fā)育較多，在逆斷層附近總共發(fā)生52次突出，其中上盤32次，末端15次；以涌山礦22采區(qū)F26逆斷層為例，在其附近發(fā)生的12次突出中，上盤發(fā)生8次，末端發(fā)生4次。

3 礦井多發(fā)事故因素分析

3.1 突出的影響因素

（1）頂?shù)装鍘r性及礦層傾角對突出的影響。晚三疊世安源組礦系地層厚度300m～1000m，含多層泥巖、粉砂巖，各礦層頂?shù)装寤鞠嗨?，底板以泥巖為主、頂板以粉砂巖為主，透氣性較差，為礦井塌方貯存創(chuàng)造了良好條件。此外，礦層傾角對突出也產(chǎn)生了一定的影響，由于煤層傾角在60o～88o，礦體自重應(yīng)力使得突出的動力增大。

（2）斷層對突出的控制。涌山礦突出點分布與斷層分布緊密關(guān)聯(lián)。井田內(nèi)部高角度、壓扭性逆斷層極為發(fā)育，擠壓應(yīng)力產(chǎn)生的斷裂一般具有很強的封閉性，使得礦層及其圍巖變得更加致密，地應(yīng)力更加集中，礦體結(jié)構(gòu)破壞嚴重，極其有利于不良氣體的聚集，由此導致了斷層附近常發(fā)生礦井突發(fā)事件。并且，礦井多發(fā)事故大多發(fā)生在逆斷層附近，占突出總數(shù)的72.2%，尤其在斷層的上盤和末端突出頻率更高。由此可見，壓扭性逆斷層對涌山礦井事故起到了控制作用。

（3）構(gòu)造礦對突出的影響。涌山礦地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,礦層受到強烈的擠壓和剪切變形,礦體破壞嚴重,Ⅲ、Ⅳ類構(gòu)造礦體普遍發(fā)育,局部成層發(fā)育。大量測定試驗表明，涌山礦突出礦層礦體松軟，滲透性差，礦體的堅固性系數(shù)f值0.13～2.61，一般小于0.5；并且，礦體解析速度快，煤的瓦斯放散初速度△P為5～30，一般大于16。

3.2 控制因素分析

涌山井田的礦變質(zhì)程度高、礦井塌方生成量大，又由于頂?shù)装逋笟庑圆?，不利于井?nèi)氣體的逸散，因此導致涌山礦井有害氣體含量高，為突出創(chuàng)造了前提條件。井田內(nèi)部壓扭性逆斷層十分發(fā)育，斷層帶及其影響區(qū)的地應(yīng)力十分集中，是導致礦井突發(fā)事件的重要因素。此類地應(yīng)力使斷裂與裂隙閉合程度高，有利于有害氣體的聚集，又使礦體受到擠壓剪切而嚴重破壞，并形成吸附能力強、結(jié)構(gòu)強度低的構(gòu)造礦體，為突出創(chuàng)造了必要條件。根據(jù)以上分析，礦層構(gòu)造控制了礦井突發(fā)事件的三種因素，因此，斷層構(gòu)造是涌山礦井突發(fā)事件的主要控制因素。

4 結(jié)語

（1）對涌山礦主采礦層的72次礦井突發(fā)事件實例進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)該礦突出具有小型突出多、斷層作用區(qū)易發(fā)生突出、突出強度隨礦層埋深增加而增大等一般特征。并且還具有一些顯著特征：礦井突發(fā)分布具有明顯的分區(qū)特征，在很大程度上受到地質(zhì)構(gòu)造的控制；突出多發(fā)生在逆斷層的上盤和末端。

（2）涌山井田內(nèi)壓扭性逆斷層十分發(fā)育，斷層帶及影響區(qū)地應(yīng)力相對集中。由于斷層的剪切破壞作用形成了吸附能力強、礦體強度低的構(gòu)造，為礦井突發(fā)事件創(chuàng)造了必要條件；壓扭性斷層擁有良好的封閉性，又有利于有毒氣體的聚集。由此可見，斷層構(gòu)造是涌山礦井突發(fā)事件的主控因素。