煤礦地質(zhì)災(zāi)害特征分析及預(yù)測(cè)措施研究

(石嘴山市旭億測(cè)繪公司，寧夏 石嘴山 753000)

0 引言

隨著開(kāi)采技術(shù)的不斷發(fā)展，相應(yīng)的開(kāi)采深度也不斷增加，從而對(duì)礦井的發(fā)展帶來(lái)了挑戰(zhàn)，對(duì)于礦井而言，需要應(yīng)對(duì)更加復(fù)雜的地質(zhì)條件的考驗(yàn)，諸如高地溫、高瓦斯、高地壓等等。與此同時(shí)動(dòng)力災(zāi)害隨之產(chǎn)生，比如沖擊地壓、煤與瓦斯突出、巷道圍巖變形等等。

1 礦井地質(zhì)災(zāi)害特征

1.1 沖擊地壓特征

沖擊地壓主要是指在開(kāi)采過(guò)程中由于脆性煤巖體出現(xiàn)變形的瞬間釋放引發(fā)的強(qiáng)烈圍巖震動(dòng)的現(xiàn)象。當(dāng)進(jìn)行深度開(kāi)采時(shí)，通常在垂直位置具有較大的應(yīng)力，因此在巷道以及相應(yīng)的工作面形成應(yīng)力集中，最終使得巷道圍巖出現(xiàn)了塑性變形，并且裂紋逐漸增加，從而嚴(yán)重削弱了巷道的穩(wěn)定性。沖擊地壓災(zāi)害通常對(duì)于積聚的高能量瞬間釋放的現(xiàn)象而言，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：突發(fā)性，復(fù)雜性，破壞性。

1.2 煤與瓦斯突出的特征

煤與瓦斯突出主要是指在實(shí)施開(kāi)采時(shí)，工作面前方煤體攜帶大量瓦斯向著作業(yè)空間突然流動(dòng)的現(xiàn)象。這時(shí)煤層不斷積累能量，使得煤層出現(xiàn)裂紋以及裂紋位置承壓能力降低，最終瓦斯變成游離狀態(tài)。通常煤與瓦斯突出災(zāi)害不僅表現(xiàn)出緩沖性，而且還有瞬發(fā)性。所謂突發(fā)性是指瓦斯積累的瞬間性。瞬發(fā)性是指瓦斯爆發(fā)過(guò)程比較短，瞬間釋放能量，從而造成圍巖噴出，導(dǎo)致?lián)p壞機(jī)器以及人員的傷亡等。

1.3 礦井突水的特征

通過(guò)對(duì)煤礦突水事故進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，進(jìn)入礦井或者采空區(qū)的水主要是由于巷道底板高壓水通過(guò)導(dǎo)水裂隙所致，其事故率可以達(dá)到85%。煤礦壓力主要來(lái)源于底板承壓水，主要是由于該煤層處于奧陶系灰?guī)r的地質(zhì)，其具有如下特點(diǎn)：富水性強(qiáng)以及水壓高隔水層薄等，由此給該煤層帶來(lái)較多的礦井發(fā)生突水事故。底板承受水壓隨著礦層的增加而不斷加大，與此同時(shí)導(dǎo)水裂隙以及斷層更加增加了礦井發(fā)生突水事故。為了體現(xiàn)安全施工的理念，因此在施工的過(guò)程中，必須秉持 “有疑必探，先探后掘”的原則，對(duì)于每一個(gè)區(qū)域都要時(shí)刻注意超前防治水，這樣才可以有效地防止礦井發(fā)生突水災(zāi)害，不僅可以有效地保障一線員工的生命安全，減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失，而且可以極大地提高生產(chǎn)效率。

1.4 頂板災(zāi)害的特征

頂板災(zāi)害主要是指在實(shí)施回采的過(guò)程中，導(dǎo)致三向應(yīng)力平衡失調(diào)，而頂板巖層受到來(lái)自于自身重應(yīng)力的影響，致使頂板出現(xiàn)裂紋以及離層。假如達(dá)到頂板巖層所能承受的應(yīng)力極限，那么往往會(huì)出現(xiàn)頂板災(zāi)害，為此需要對(duì)頂板采取支撐保護(hù)的措施。通過(guò)對(duì)礦井進(jìn)行頂板支護(hù)措施進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前主要采用如下方法：錨桿、錨網(wǎng)、金屬網(wǎng)等。

2 礦井地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)方法

2.1 沖擊地壓預(yù)測(cè)方法

通常沖擊地壓危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)主要針對(duì)特定的煤層預(yù)測(cè)沖擊地壓發(fā)生可能性的大小。主要有如下2種方法：①鉆屑法。②地音監(jiān)測(cè)以及相應(yīng)的微震監(jiān)測(cè)等為主的地球物理監(jiān)測(cè)法。前者借助對(duì)煤層鉆孔時(shí)，排出來(lái)的煤粉量為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行沖擊危險(xiǎn)性的判斷，后者主要借助檢測(cè)設(shè)備收集的信號(hào)分析，進(jìn)而對(duì)沖擊危險(xiǎn)性進(jìn)行分析。通過(guò)分析沖擊礦井鉆屑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，得到了工作面鉆屑法預(yù)測(cè)沖擊地壓危險(xiǎn)性指標(biāo)，如表1所示。

表1 鉆屑法預(yù)測(cè)沖擊地壓指標(biāo)

2.2 煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)方法

在應(yīng)對(duì)礦井煤以及瓦斯突出問(wèn)題，主要有如下2種：①礦山統(tǒng)計(jì)法，主要是依據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析。②分源預(yù)測(cè)法，其主要是以煤層瓦斯含量參數(shù)為研究對(duì)象，最終進(jìn)行事故預(yù)測(cè)。對(duì)于礦山統(tǒng)計(jì)法，其屬于傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)方式，因此具有較大的限制性，緊緊局限于具有類(lèi)似的地質(zhì)礦井才可以實(shí)施。當(dāng)前使用較多的是分源預(yù)測(cè)法，其可以有效地對(duì)工作面瓦斯涌出量實(shí)現(xiàn)合理的預(yù)測(cè)，其原理圖如圖1所示。

圖1 礦井瓦斯涌出關(guān)系示意圖

通過(guò)分析圖1可以發(fā)現(xiàn)，礦井瓦斯主要來(lái)源于如下3個(gè)環(huán)節(jié)：①生產(chǎn)采區(qū)掘進(jìn)。②已采空區(qū)。③回采工作面。對(duì)于生產(chǎn)采區(qū)瓦斯的治理而言主要實(shí)施如下2種方式：高位鉆孔抽放、尾巷抽采。對(duì)于采空區(qū)瓦斯的治理主要借助埋管方式。

2.3 礦井突水預(yù)測(cè)方法

實(shí)踐表明對(duì)于礦井突水事故而言，通?？梢詫?shí)施物探技術(shù)以及地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)，這樣可以有效地檢測(cè)出富水異常區(qū)，與此同時(shí)借助鉆孔技術(shù)實(shí)施驗(yàn)證，這樣才可以有效地保證檢測(cè)的準(zhǔn)確性。在實(shí)施鉆孔技術(shù)實(shí)施驗(yàn)證的過(guò)程中，鉆孔數(shù)量需要依據(jù)異常區(qū)的位置以及對(duì)應(yīng)的巷道掘進(jìn)方向?yàn)榛鶞?zhǔn)。通?？讛?shù)量大于2個(gè)，孔距大于30 m，傾角范圍-10°～20°。鉆孔布置最重要的參數(shù)為鉆孔超探距離，其計(jì)算公式公式為：

式中：k表示礦井的安全系數(shù)；1表示巷道的寬度，單位m；P表示巷道底板所承受水壓，單位MPa； Kp表示煤的抗拉強(qiáng)度，單位MPa。

在進(jìn)行區(qū)域超前防治水時(shí)，核心的技術(shù)是井下鉆孔注漿加固技術(shù)，通?？梢栽谙锏赖装邈@孔進(jìn)而實(shí)現(xiàn)疏水降壓，與此同時(shí)可以進(jìn)行注漿加固。對(duì)于巷道出現(xiàn)斷層等情況，主要由于底板破碎等現(xiàn)象導(dǎo)致導(dǎo)水裂隙帶出水，因此需要對(duì)其注漿加固，這樣可以有效地保障工作面不出現(xiàn)涌水。

2.4 頂板災(zāi)害的預(yù)測(cè)方法

頂板災(zāi)害主要有如下幾種：冒頂、切頂，其對(duì)人員構(gòu)成極大危害。實(shí)踐表明要想有效地避免頂板災(zāi)害，需要采用如下幾種措施：增設(shè)支架載荷監(jiān)測(cè)、頂?shù)装逡平勘O(jiān)測(cè)、采高監(jiān)測(cè)、前方支承壓力監(jiān)測(cè)。這樣能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)不利因素，從而能夠及時(shí)采取預(yù)防措施，極大地降低風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文首先對(duì)礦井頂板災(zāi)害、突水災(zāi)害、煤與瓦斯突出災(zāi)害、沖擊地壓災(zāi)害表現(xiàn)出的特點(diǎn)進(jìn)行分析，接著對(duì)常見(jiàn)災(zāi)害提出了預(yù)測(cè)方法。最終，制定了預(yù)防礦井危害的措施，從而有效地保證了礦井的安全。