唐山礦隱蔽致災(zāi)因素分析

宋 旺

（開灤集團(tuán)唐山礦業(yè)分公司，河北 唐山 063000)

0 引言

影響煤礦安全生產(chǎn)的各種隱蔽致災(zāi)因素包括采空區(qū)、斷層裂隙、陷落柱、瓦斯、導(dǎo)水裂縫帶、地下含水體、井下火區(qū)等，這些因素對(duì)煤礦安全生產(chǎn)構(gòu)成重大安全隱患。

開灤唐山礦自1878 年開鑿1 號(hào)豎井至今已有137年的開采歷史，2010-2013 年核定生產(chǎn)能力420 萬噸/年。礦井采用多水平、分區(qū)域生產(chǎn)，主要可采煤層為5、8、9、12-1 煤層。該礦井深巷遠(yuǎn)、地質(zhì)、水文、瓦斯等隱蔽致災(zāi)因素多，為查明并分析井田范圍內(nèi)影響礦井安全生產(chǎn)的致災(zāi)因素，制定切實(shí)有效防范措施，消除煤礦事故隱患，對(duì)實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)是非常必要的，同時(shí)也可作為類似地質(zhì)條件的礦區(qū)進(jìn)行隱患排查提供一定的參考[1]。

1 礦井地質(zhì)條件

1.1 地層

唐山礦位于開平煤田西北翼西南端，煤系地層為石炭二疊系，各含煤地層自上而下分別為唐家莊組、大苗莊組、趙各莊組、開平組、唐山組，但主要含煤地層集中分布在大苗莊組和趙各莊組。

1.2 礦井地質(zhì)構(gòu)造

開平煤田為一北東向大型復(fù)向斜（圖1），向斜北西翼地層陡傾，甚至倒轉(zhuǎn)，南東翼平緩；背斜則相反，多呈不對(duì)稱[2]。

唐山礦位于開平煤田西北翼的西南端，地層走向?yàn)镹E—SW。井田內(nèi)主要斷裂構(gòu)造絕大部分為走向斷層，構(gòu)造極為復(fù)雜。

圖1 開平煤田地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖

2 礦井隱蔽致災(zāi)因素

2.1 采空區(qū)

主采煤層為5、8、9、12-1 煤，其中5 煤層回采產(chǎn)生的導(dǎo)水裂縫帶導(dǎo)通上部A 層鋁土質(zhì)泥巖-5 煤強(qiáng)含水層出現(xiàn)涌水，若采空區(qū)存在積水條件將形成老空積水（圖2）。

圖2 5 煤層采空區(qū)示意圖

8、9 和12-1 煤頂板處于弱含水層段，頂板含水層出現(xiàn)涌水的可能性不大，但若存在涌水通道可將上部5 煤涌水引入老塘內(nèi)，若老塘存在積水條件也可形成老空積水。

2.2 斷層、裂隙和褶曲

2.2.1 斷層

井田內(nèi)斷層發(fā)育，斷層走向主要以NE 向?yàn)橹?，其中FⅠ、FⅡ、FⅢ、FⅣ、FⅤ為唐山礦5 條主斷層，斷層落差較大，在其附近伴生較多中小型斷層[3]（圖3、表1）。

圖3 唐山礦地質(zhì)構(gòu)造綱要圖

表1 主要斷層基本特征一覽表

井田內(nèi)正、逆斷層均較發(fā)育，形成與斷層大致平行的破碎帶，根據(jù)地震勘探及井下實(shí)際揭露，井田內(nèi)發(fā)育的斷層基本不賦水，斷層附近構(gòu)造裂縫較發(fā)育，但到目前為止沒有發(fā)現(xiàn)明顯的導(dǎo)水?dāng)鄬印?/p>

2.2.2 裂隙

井田范圍內(nèi)的裂隙以砂巖裂隙、構(gòu)造裂隙為主。Y7041 巷道迎頭裂隙，為煤12-14 煤含水層，NW 向、寬度0.2m，沿裂隙集中涌水，水量0.6～5.5m3/min，平均4.0m3/min；岳胥區(qū)-680 水平大巷裂隙，為5 煤層頂板含水層，走向242°，寬度0.05m，沿裂隙集中涌水，水量0.5～2.1m3/min。

2.2.3 褶曲

唐山礦除發(fā)育五條主斷層外，還發(fā)育有FⅢ斷層以下掩下向斜、FⅢ斷層以下掩下背斜、FⅢ斷層以南向背斜構(gòu)造和FⅣ-FⅤ斷層間背斜構(gòu)造。受FⅢ和FⅤ號(hào)主斷層的影響，西部延伸區(qū)發(fā)育一系列褶曲構(gòu)造。

2.3 瓦斯

唐山礦自投產(chǎn)以來，無煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）噴出與突出現(xiàn)象及記錄。

2013 年礦井瓦斯鑒定結(jié)果為：絕對(duì)瓦斯涌出量為50.6m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為5.3m3/t，采面最大絕對(duì)瓦斯涌出量17.6 m3/min，掘進(jìn)面最大瓦斯絕對(duì)涌出量8.4 m3/min。鑒定結(jié)果為高瓦斯礦井。

唐山礦各煤層均為自燃煤層，除5 煤層無自然發(fā)火史外，8、9、12 煤層自然發(fā)火期均為10 個(gè)月，自然發(fā)火等級(jí)為二級(jí)。

2.4 導(dǎo)水裂縫帶

唐山礦主采有5、8、9 和12-1 煤層，其中8、9煤層在現(xiàn)在開采區(qū)域全部為合區(qū)。5 煤上覆含水層有5煤-A 層含水層；8、9 煤處于煤5-煤12-1 弱含水層段，此煤層回采過程中的主要水害威脅為上部5 煤采空區(qū)積水；12-1 煤層回采過程中的主要水害威脅為上部8、9 煤采空區(qū)積水。

5 煤層采高在2.8～3.2m 之間，導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度約在43.3～63.7m 之間，此高度已導(dǎo)通5 煤層頂板砂巖裂隙含水層，5 煤層已回采后，上方含水層水壓有明顯疏降。其它煤層因上方為弱含水層，不存在導(dǎo)水裂縫帶破壞上方含水層問題。

2.5 地下含水體

井田從下往上存在中奧陶統(tǒng)巨厚層碳酸鹽巖充水含水層、14 煤層-G 層鋁土質(zhì)泥巖含水層、12-14 煤層間含水層、5-12 煤層間含水層、A 層鋁土質(zhì)泥巖-5煤層含水層、基巖面-A 層鋁質(zhì)泥巖含水層和第四系松散孔隙充水含水層組，其中奧陶系灰?guī)r是含煤地層基底，在井口工業(yè)廣場(chǎng)北與東北部山區(qū)有露頭裸露于地表，接受大氣降水的補(bǔ)給。

在FⅠ斷層以北倒轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)與第四紀(jì)沖積層直接接觸，和其底部礫卵石層水力聯(lián)系密切，存在互相補(bǔ)給的良好條件，并與其共同成為地層的補(bǔ)給水源。12-14 煤層間含水層以靜儲(chǔ)量為主，動(dòng)水補(bǔ)給甚微，一般出水點(diǎn)出水3～5 年后自行干涸，含水層富水性，平面位置南翼區(qū)最強(qiáng)，十二水平井口老區(qū)較差。A 層鋁土質(zhì)泥巖-5 煤層含水層充水性最強(qiáng)的層位在中部，井下多數(shù)鉆孔至此段即涌水且涌水較大，是礦井采掘過程中最主要的涌水層，不僅靜儲(chǔ)量豐富，而且動(dòng)水補(bǔ)給也很充沛，工作面涌水后多年不見衰減，是含煤地層中富水性最強(qiáng)的含水層。第四系沖積層含水層是礦井涌水量的主要補(bǔ)給水源，不僅富水性強(qiáng)，水量大而且水壓也較高[4-6]。

近年來唐山礦礦井總涌水量基本穩(wěn)定，一般為20～25 m3/min，分析表明，礦井涌水與采掘面積（采掘強(qiáng)度）和煤系含水層富水性有關(guān)，與地表水和大氣降水沒有明顯直接水力聯(lián)系。

2.6 河床沖刷帶

井田范圍內(nèi)鐵二區(qū)二采區(qū)、南翼采區(qū)5 煤層存在古河床沖刷帶，并有向南五區(qū)延伸的趨勢(shì)，根據(jù)地面鉆孔擴(kuò)水-09、岳水-09、岳水-08、岳水-07、岳-37、山補(bǔ)-7、山岳補(bǔ)-7、山補(bǔ)-04，資料，受古河床沖刷影響該區(qū)域5 煤層煤質(zhì)較差，厚度變薄，在0.4～1.8m之間，煤層頂板伴有中砂巖或礫卵石，其厚度不大，介于0.3～1m 之間。

3 結(jié)論

通過對(duì)煤礦隱蔽致災(zāi)因素分析，可確定唐山礦隱蔽致災(zāi)主要因素有瓦斯、煤層自燃、采空區(qū)、斷層和導(dǎo)水裂縫帶。

1）唐山礦為高瓦斯礦井，礦井應(yīng)該加強(qiáng)瓦斯地質(zhì)因素分析，進(jìn)行瓦斯涌出量預(yù)測(cè)，加強(qiáng)瓦斯防治工作[7]。

2）各煤層均為自燃煤層，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)采空區(qū)、冒高點(diǎn)等處監(jiān)控，并采取防止自然發(fā)火的措施。

3）唐山礦采空區(qū)多，積水區(qū)達(dá)14 個(gè)，積水空間大，對(duì)下部工作面開采構(gòu)成威脅，需提前泄放。

4）礦井?dāng)鄬影l(fā)育，落差較大斷層附近巖石破碎，必須加強(qiáng)對(duì)斷層破碎帶處的頂板管理，同時(shí)要對(duì)深大斷層進(jìn)行探測(cè)，以防斷層導(dǎo)水而發(fā)生水害[8]。

5）開采5 煤層產(chǎn)生的導(dǎo)水裂縫帶能夠?qū)ㄉ戏?煤頂板含水層形成采空積水，當(dāng)開采8、9 煤層時(shí)產(chǎn)生的導(dǎo)水裂縫帶能夠?qū)ㄉ戏? 煤采空區(qū)積水，存在水害隱患，應(yīng)提前對(duì)上部積水進(jìn)行泄放，直到水害隱患解除后再施工。