西曲煤礦主要隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素分析

武 藝

(西山煤電股份有限公司西曲礦，山西 古交 030200)

0 引言

煤礦隱蔽致災(zāi)因素具有隱蔽性、時(shí)變性、突發(fā)性的特點(diǎn)，探測(cè)和防控難度大。不同的隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素存在狀態(tài)或發(fā)育特征各異，生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，如果不能提前預(yù)測(cè)預(yù)防，將對(duì)采掘活動(dòng)造成嚴(yán)重影響甚至造成事故[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的煤礦重大事故中，和地質(zhì)條件有關(guān)的事故比重約80%。近年，煤礦逐漸轉(zhuǎn)入深部開(kāi)采，必將面臨高沖擊地壓、高地溫、高瓦斯等地質(zhì)災(zāi)害，隱蔽致災(zāi)因素類型增多的同時(shí)程度也加重，煤礦生產(chǎn)的難度增大，因此，加強(qiáng)煤礦隱蔽地質(zhì)因素普查極其重要[2]。

為加強(qiáng)和規(guī)范煤礦地質(zhì)工作，查明隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素，及時(shí)預(yù)測(cè)并制定相應(yīng)措施，有效預(yù)防事故的發(fā)生，根據(jù)《煤礦地質(zhì)工作規(guī)定》，每個(gè)煤礦應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況開(kāi)展隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素普查。山西西山煤電股份有限公司西曲礦對(duì)礦井隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素進(jìn)行了普查工作[3]。

1 礦井概況

西曲礦位于古交市方位335°直距0.5 km處，行政隸屬于古交市管轄。井田南北長(zhǎng)6.5 km，東西寬6 km，面積34.315 2 km2。

礦井現(xiàn)主要開(kāi)采二疊系山西組2+3號(hào)、4號(hào)煤層和石炭系太原組8號(hào)、9號(hào)煤層。分+983 m和+1 072 m生產(chǎn)水平。西曲礦采用平硐、斜井聯(lián)合開(kāi)拓方式，傾斜(走向)長(zhǎng)壁頂板全部垮落采煤法。設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為300萬(wàn)t/a，設(shè)計(jì)服務(wù)年限98 a[4-5]。

2 礦井主要隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素

通過(guò)對(duì)礦井內(nèi)小窯老空、封閉不良鉆孔、斷層、陷落柱、瓦斯、導(dǎo)水裂縫帶、地下含水體、瓦斯、風(fēng)氧化帶、黃泥帶等進(jìn)行調(diào)查，同時(shí)對(duì)礦井內(nèi)地層、煤層、開(kāi)采技術(shù)條件等進(jìn)行分析，推測(cè)本礦主要隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素。

2.1 小煤窯老空區(qū)

西曲礦界內(nèi)井田小煤礦眾多，分布在井田的北部、東部、西南部，由于西曲礦范圍內(nèi)煤層賦存條件簡(jiǎn)單，埋藏深度較淺、煤層露頭較多，小煤礦開(kāi)采難度小，經(jīng)過(guò)近幾年的關(guān)閉整合，自1989年至今西曲礦井田內(nèi)及周邊累計(jì)關(guān)閉合法小煤礦68個(gè)(有證小煤礦64個(gè)，聯(lián)辦煤礦4個(gè))，由于資源整合，2010年井田內(nèi)18個(gè)及周邊5個(gè)有證小煤礦分別在5座資源整合煤礦井田內(nèi)。

除上述關(guān)閉小煤礦外，西曲井田范圍內(nèi)的私開(kāi)小窯也非常多，其主要集中分布在礬石溝、水深溝及白家溝內(nèi)，這些小煤礦主要開(kāi)采2號(hào)、3號(hào)煤層，少數(shù)開(kāi)采4號(hào)、7號(hào)和8號(hào)煤層，它們不僅對(duì)西曲礦主要可采煤層造成一定程度的破壞，而且對(duì)礦井的安全生產(chǎn)有較大影響。目前，通過(guò)填埋、封堵、炸填、澆灌的方式共治理廢棄井口149個(gè)，其中115個(gè)為私窯井口，32個(gè)為關(guān)閉煤礦廢棄井口，剩余2個(gè)為重復(fù)封堵井口[6]。

這些小煤礦大部分為獨(dú)眼單巷、以掘代采，但掌握資料較少，由于老小窯埋藏較淺，開(kāi)采邊界的不確定性，地表塌陷處易受大氣降水的入滲補(bǔ)給，導(dǎo)致采空區(qū)積水增加，因此，小窯老空水是西曲礦井開(kāi)采的最大安全隱患。

通過(guò)對(duì)礦井內(nèi)及周邊小煤礦的普查，經(jīng)分析認(rèn)定小窯老空水為本礦主要隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素之一，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)小窯的探測(cè)工作，嚴(yán)格執(zhí)行《煤礦防治水細(xì)則》，做好探放水工作。

2.2 陷落柱

西曲井田陷落柱比較發(fā)育，已經(jīng)成為影響本礦生產(chǎn)的主要地質(zhì)因素之一。截至2019年11月底，井田內(nèi)共發(fā)現(xiàn)有陷落柱397個(gè)，其中在鉆孔揭露1個(gè)陷落柱，其余396個(gè)陷落柱均為03、2+3、4、7、8、9、10號(hào)煤層開(kāi)采過(guò)程中所揭露。井田內(nèi)陷落柱大小不一，形狀各異，平面多為不規(guī)則的圓形或橢圓形，縱斷面多為錐形。

陷落柱柱體內(nèi)為膠結(jié)很好的密實(shí)充填的雜亂堆積物，柱體內(nèi)各類巖塊和巖屑?jí)簩?shí)緊密，孔隙度很小，柱體邊緣裂隙不發(fā)育，井田內(nèi)煤系地層水文地質(zhì)條件中等，沒(méi)有極強(qiáng)含水層，陷落柱充水性不強(qiáng)，目前揭露的陷落柱一般不含(導(dǎo))水，只有少數(shù)陷落柱在揭露前有少量淋頭水。但2016年5月5日發(fā)生透水事故的透水通道就是工作面切眼處的E1437陷落柱在礦山壓力作用下，改變了其原有結(jié)構(gòu)，使其活化，成為透水通道。

通過(guò)對(duì)礦井內(nèi)陷落柱資料的收集分析，確定陷落柱為本礦主要隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素之一，一般情況下陷落柱的富水性和導(dǎo)水性比較差，少數(shù)陷落柱裂隙發(fā)育處有滴水和淋水現(xiàn)象，但在礦山壓力作用下，會(huì)改變陷落柱的原有結(jié)構(gòu)，使其成為導(dǎo)水通道。礦井生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)利用物探或鉆探的辦法探查陷落柱的位置及含(導(dǎo))水性，必要時(shí)在井下進(jìn)行注漿充填加固，另外工作面過(guò)陷落柱時(shí)注意加強(qiáng)頂板支護(hù)等多項(xiàng)措施[7]。

2.3 風(fēng)氧化帶和黃泥帶

2.3.1 風(fēng)氧化帶

西曲礦北三盤(pán)區(qū)位于西曲井田東北部，礬石溝東臨該盤(pán)區(qū)，上組煤在盤(pán)區(qū)東部露頭較多，受其影響，盤(pán)區(qū)內(nèi)風(fēng)氧化帶發(fā)育[8]。根據(jù)以往采掘資料看，風(fēng)化帶一般寬15 m左右，氧化帶寬50～80 m。

北三盤(pán)區(qū)上覆地形東高西低，地表被黃土覆蓋，礬石溝從盤(pán)區(qū)地表穿過(guò)，溝內(nèi)基巖出露。在開(kāi)采8號(hào)煤中，由于8號(hào)煤頂板灰?guī)r含水性較強(qiáng)等原因，多處揭露風(fēng)氧化帶，北三盤(pán)區(qū)28302工作面回采28307副巷和28308副巷掘進(jìn)中均揭露風(fēng)氧化帶，北四盤(pán)區(qū)的28406工作面回采中在中部揭露4個(gè)大小不一的風(fēng)氧化帶區(qū)域，最大達(dá)81 m×50 m，對(duì)回采影響很大，揭露風(fēng)氧化帶區(qū)域蓋山較厚，且上組煤開(kāi)采中煤層無(wú)異?，F(xiàn)象。揭露前煤層頂板石灰?guī)r顏色由灰黑色變?yōu)橥咙S色，煤層失去光澤，變?yōu)槟酄铧S土，少數(shù)情況下變?yōu)樯迟|(zhì)泥土，工作面繼續(xù)推進(jìn)，煤層逐漸恢復(fù)正常[9]。

2.3.2 黃泥帶

西曲礦北三盤(pán)區(qū)8號(hào)煤頂板L1廟溝灰?guī)r裂隙普遍發(fā)育，富水性較強(qiáng)，同時(shí)頂板變軟發(fā)黃不易支護(hù)，風(fēng)化嚴(yán)重的地方頂板及煤層相變?yōu)辄S色的泥狀粘土帶，硬度完全消失，已揭露的最大的黃泥帶約3 360 m2。北三盤(pán)區(qū)8號(hào)煤層已回采完畢的5個(gè)工作面均不同程度的受到煤層黃泥帶的影響。截止目前，盤(pán)區(qū)內(nèi)完全揭露的黃泥帶有11處，掘進(jìn)巷道揭露12處。

井下揭露的黃泥帶特征。黃泥帶發(fā)育的地方在上覆煤層的開(kāi)采中并無(wú)異常現(xiàn)象，其賦存情況不可以單純的依靠陷落柱的上下層位推理進(jìn)行預(yù)測(cè)，工作面揭露往往是無(wú)計(jì)劃的；陷落柱揭露前，頂?shù)装迤扑椋严对龆?，但不存在相變?yōu)槠渌麕r性的情況，而黃泥帶揭露前，往往隨著工作面的推進(jìn)，煤層以及頂板逐漸變?yōu)槟酄钫惩?，造成該區(qū)域頂板缺失，隨著工作面推進(jìn)，再由風(fēng)化黃泥帶逐漸漸變?yōu)檎Ｃ簩蛹绊敯?；黃泥帶在揭露前往往工作面煤層向下形成較明顯的向斜褶曲，頂板發(fā)黃變軟，頂板及黃泥帶潮濕含水，水質(zhì)分析顯示其為典型的SO4·HCO3-Ca·Mg 型，水質(zhì)清澈，礦化度中等，為石灰?guī)r內(nèi)的巖溶裂隙水；黃泥帶揭露的區(qū)域，頂板以及黃泥帶中的巖石軟且破碎，往往含有大量的生物化石，以腹足類、瓣塞類為主，個(gè)體較小，殼體薄，雖呈聚集的群落出現(xiàn)但種屬較為單調(diào)[9]。如圖1所示。

圖1 北三盤(pán)區(qū)8號(hào)煤黃泥帶揭露前頂板巖性變化Fig.1 Roof rock property change of No.8 coal seam before exposing yellow mud belt

通過(guò)對(duì)礦井內(nèi)風(fēng)氧化帶和黃泥帶的普查，經(jīng)分析認(rèn)定風(fēng)氧化帶和黃泥帶為本礦主要隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素之一，工作面施工中預(yù)計(jì)揭露煤層風(fēng)(氧)化帶及黃泥帶區(qū)域時(shí)，應(yīng)提前打鉆探查煤層頂板基巖厚度，積層富水性能情況[10]。

2.4 防水密閉

西曲礦共設(shè)置180道永久密閉和1道防水閘墻。180道永久密閉全部為料石砌筑、混凝土澆筑。分布情況為：北一采區(qū)施工6道，北二采區(qū)施工36道，北三采區(qū)施工28道，北四采區(qū)施工5道，北五采區(qū)施工33道，南一采區(qū)施工3道，南二采區(qū)施工12道，南三采區(qū)施工16道，南四采區(qū)施工10道，南五采區(qū)施工26道，南六采區(qū)施工5道。1道防水閘墻布置在西1072運(yùn)輸大巷，料石砂漿砌筑，注漿材料為XPM納米抗?jié)B堵漏劑，防水閘墻上設(shè)置2個(gè)(每個(gè)6寸)泄水孔。

13道出水密閉分別為北二9號(hào)煤聯(lián)絡(luò)巷密閉(3.0 m/h)、西1072運(yùn)輸大巷1#防水密閉(無(wú)水)、28406切眼聯(lián)絡(luò)巷密閉(1.5 m/h)、28307正巷密閉(0.5 m/h)、28307副巷密閉(0.5 m/h)、2702斜坡底密閉(1.5 m/h)、北983運(yùn)輸大巷正前密閉(1.0 m/h)、1803 斜坡坡頂2+3號(hào)煤聯(lián)絡(luò)巷密閉(0.5 m/h)、18301副巷密閉(3.0 m/h)、南三4號(hào)煤集中運(yùn)煤巷密閉(1.0 m/h)、18401瓦斯治理巷1#橫貫密閉(5.0 m/h)、18403原切眼聯(lián)絡(luò)巷密閉(5.0 m/h)、南五8號(hào)煤聯(lián)絡(luò)巷密閉(3.0 m/h)。

通過(guò)對(duì)礦井防水密閉的普查，經(jīng)分析認(rèn)定防水密閉為本礦主要隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素之一。針對(duì)防水密閉需繪制防水密閉巡查圖，對(duì)防水密閉進(jìn)行逐個(gè)排查；定期巡查，雨季加密巡查次數(shù)；對(duì)留設(shè)有泄水孔的防水密閉要定期進(jìn)行疏通；對(duì)原先有水，經(jīng)疏通后仍然無(wú)水的防水密閉要根據(jù)巡查圖進(jìn)行分析；對(duì)存在閉中閉的防水密閉必要時(shí)補(bǔ)充施工泄水孔或拆除外部密閉，防止密閉憋塌造成事故[11-13]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜合分析地質(zhì)勘察資料并結(jié)合煤礦井下實(shí)際生產(chǎn)情況，對(duì)煤礦小窯老空、自然災(zāi)害、封閉不良鉆孔、斷層、陷落柱、瓦斯、含水體、風(fēng)氧化帶和黃泥帶、含水體、井下火區(qū)等現(xiàn)象進(jìn)行分析，找出了礦井主要隱藏致災(zāi)地質(zhì)因素為小窯老空水、陷落柱、防水密閉、風(fēng)氧化帶和黃泥帶。