煤礦地質(zhì)構(gòu)造分析在煤礦安全生產(chǎn)中的應(yīng)用

王 磊

（平頂山天安煤業(yè)股份有限公司安全監(jiān)管處，河南 平頂山 467000）

煤礦開(kāi)采過(guò)程中，地質(zhì)構(gòu)造的分析和研究，對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)有著重要影響。首先，地質(zhì)構(gòu)造的分析可以預(yù)測(cè)煤層的賦存條件和開(kāi)采過(guò)程中可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)，斷層、褶皺、裂隙等地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤礦的開(kāi)采具有一定的影響，需要分析斷層性質(zhì)及性質(zhì)變化對(duì)煤層賦存條件和開(kāi)采過(guò)程中可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)。其次，地質(zhì)構(gòu)造能夠預(yù)測(cè)煤礦開(kāi)采過(guò)程中可能遇到的瓦斯、煤塵等有害氣體，同時(shí)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè)。再次，地質(zhì)構(gòu)造分析能夠預(yù)測(cè)煤層賦存條件和開(kāi)采過(guò)程中可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)，從而對(duì)煤礦安全生產(chǎn)工作進(jìn)行指導(dǎo)，采取相應(yīng)措施確保煤礦安全生產(chǎn)。最后，通過(guò)分析可以預(yù)測(cè)煤礦開(kāi)采過(guò)程中可能出現(xiàn)的自然災(zāi)害和地質(zhì)災(zāi)害。

1 煤礦地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的影響

地質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)煤層中氣體賦存狀態(tài)及松散層位的形成起到了重要作用，從而對(duì)突出形成起到了重要作用。煤層在長(zhǎng)期的發(fā)育過(guò)程中，受到沉積、煤化及構(gòu)造活動(dòng)的共同作用，會(huì)在煤層中發(fā)育出許多不同的結(jié)構(gòu)，如裂隙、孔隙、褶皺及斷裂等。煤層的自然發(fā)火過(guò)程中，氧化放熱、蓄熱放熱和擴(kuò)散是其關(guān)鍵過(guò)程，其中裂隙、孔隙、褶皺及斷裂等對(duì)各過(guò)程的發(fā)育起著重要作用，進(jìn)而對(duì)煤層自然發(fā)火過(guò)程產(chǎn)生影響。在煤層開(kāi)采過(guò)程中，構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)是影響煤層開(kāi)采破壞的重要因素[1]。

1.1 裂隙對(duì)煤層自燃的影響

1.內(nèi)生裂縫：在煤化過(guò)程中，由于煤的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等發(fā)生改變而形成的裂縫，通常具有平坦筆直的表面，且不會(huì)切入其他的煤層。

2.外生裂隙：指在成煤以后，因受地區(qū)地質(zhì)運(yùn)動(dòng)影響而產(chǎn)生的一種斷裂形式。多呈群狀分布，具有一定的方向性，斷裂平面相對(duì)平坦，伸展距離很長(zhǎng)，可以切入其他煤層，乃至頂部和底部。

裂縫對(duì)煤體供氧有重要作用，裂縫的出現(xiàn)會(huì)增加煤體與氧氣的接觸，使煤體在燃燒早期處于較低溫度下的氧化狀態(tài)。

1.2 孔隙對(duì)煤層自燃的影響

1.原生孔：在煤的沉積期，由沉積物中的粒間孔和不同植被中的細(xì)胞空洞構(gòu)成的原生孔。

2.次生孔：由煤系地層中原始礦物晶體溶解所產(chǎn)生的孔，由淋濾、溶解等所產(chǎn)生的粒間孔和由瓦斯等氣體逸出所產(chǎn)生的孔等，構(gòu)成了煤系地層中的次生孔。

通常情況下，當(dāng)煤層中存在較多的孔隙時(shí)，有利于氧的滲入和較大的煤層與氧的接觸區(qū)域，從而使煤層更易于發(fā)生氧化和燃燒。由于孔隙在煤化過(guò)程中會(huì)逐漸減小，在高階煤中，其原始孔隙幾乎完全沒(méi)有，因此，由于劣質(zhì)煤具有更大的孔隙度，其自然發(fā)火的可能性更大，其原因在于大的孔隙度有利于氧的富集，增加了與煤氧接觸的面積[2]。

1.3 褶皺對(duì)煤層自燃的影響

在煤層背斜部位，因低溫氧化而產(chǎn)生的熱能將被輸送至其核心部位，若其頂部為弱滲透的泥巖或頁(yè)巖，則可在核心部位聚集大量熱能，引起煤層升溫，進(jìn)而引發(fā)自燃現(xiàn)象。在向斜位置，積累的熱能上升，通常不會(huì)在核心附近產(chǎn)生自燃。此外，逆向褶皺會(huì)增大煤的厚度，促進(jìn)熱聚集，同時(shí)也會(huì)增大可燃物含量，極易引發(fā)大面積煤層自燃。

1.4 斷層對(duì)煤層自燃的影響

對(duì)于未受開(kāi)采作用的煤層，斷層的數(shù)目、規(guī)模、性質(zhì)及走向等都會(huì)對(duì)煤層的通風(fēng)和氧氣供應(yīng)產(chǎn)生重要的作用，進(jìn)而對(duì)煤層的自燃產(chǎn)生重要影響。在自燃后，斷裂的屬性及斷裂距離都會(huì)影響到火勢(shì)的傳播方向。在正斷部位，由于煤系地層的斷裂，使得火不能深入到煤系地層深處。大火到達(dá)正斷層后，因其已被斷裂截?cái)?，大火停止了蔓延。由于該斷裂將整個(gè)煤層切割開(kāi)來(lái)，斷裂部位就形成了一道自然的阻隔墻。在逆斷裂周圍，當(dāng)斷裂距離變短時(shí)，由于煤與煤之間的相互作用，導(dǎo)致了煤與煤的互覆，同時(shí)由于煤的厚度是影響煤的自然發(fā)火的重要因素，因此，在逆斷裂上，煤與火之間存在著一定的聯(lián)系。對(duì)于多個(gè)煤層間隙較小時(shí)，由于斷裂的存在，使各煤層間的煤火互相穿插，從而使各煤層的煤火發(fā)生變化。此外，因斷裂的出現(xiàn)，導(dǎo)致采動(dòng)方式的選取需要采用各種穿越斷裂的手段，極大地阻礙了采動(dòng)及巷道的推進(jìn)，為殘留煤體的自燃提供了機(jī)會(huì)，增加了自燃的可能性[3]。

綜上所述，在自燃過(guò)程中，地質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)自燃具有重要的作用。裂隙、孔隙、褶皺及斷裂的數(shù)量及尺度對(duì)煤層供氧有重要影響，并能增加煤體與氧氣的接觸面積，使煤體在自燃早期的低溫氧化期更順暢。在煤層中，斷裂與裂縫也是煤層燃燒時(shí)產(chǎn)生的物質(zhì)與能量釋放的途徑；斷裂特征對(duì)煤火能否進(jìn)一步深入煤層深處起著決定性作用；在背斜核心部位，若存在封閉程度較高但導(dǎo)熱性較弱的煤層，則該部位將成為煤層蓄熱升溫的理想?yún)^(qū)域，同時(shí)也極易發(fā)生自燃。

2 構(gòu)造應(yīng)力對(duì)礦區(qū)采動(dòng)損害的影響

煤礦采動(dòng)災(zāi)變是指煤礦井下采礦引起的覆蓋巖層及地面地質(zhì)環(huán)境破壞。在煤炭資源豐富的地區(qū)，擠壓和拉伸是兩種最主要的地質(zhì)應(yīng)力場(chǎng)。在開(kāi)采過(guò)程中，受地質(zhì)壓力的影響，煤層在開(kāi)采過(guò)程中會(huì)發(fā)生位移的變化，進(jìn)而對(duì)煤巷的變形與破壞方式產(chǎn)生一定的影響。若礦區(qū)處在一個(gè)擠出型應(yīng)力場(chǎng)中，則在煤層尚未開(kāi)發(fā)時(shí)就已經(jīng)產(chǎn)生了橫向擠出作用，造成了覆蓋煤體的上傾；當(dāng)煤被開(kāi)采出來(lái)時(shí)，主要是由覆巖體的自重來(lái)抵消由橫向作用力所產(chǎn)生的上彎矩，而殘余的垂直作用力則是導(dǎo)致頂板下屈的主要原因。另一方面，通過(guò)橫向擠壓作用，提高了巖體圍壓力，降低了覆巖的破壞程度。

另外，因?yàn)閹r體的拉伸強(qiáng)度是最小的，當(dāng)受到拉伸的壓力時(shí)，極易形成張節(jié)理，從而導(dǎo)致巖體的連通性被打破，導(dǎo)致巖體的粘結(jié)力喪失；通過(guò)對(duì)巖石的拉伸，可以消除由于巖石自身自重引起的部分橫向相關(guān)應(yīng)力，使得巖石所受的橫向剪切力變小，或完全不存在，巖石在自重效應(yīng)下易于發(fā)生塌陷，即便張應(yīng)力不能造成巖石破裂，也可能引起巖石圍壓力的降低，進(jìn)而引起巖石的力學(xué)性能退化。要對(duì)煤礦區(qū)進(jìn)行合理的采礦，就需要控制開(kāi)發(fā)作業(yè)的“度”，使其在一定程度上不超過(guò)自然生態(tài)所能承載的限度[4]。

3 煤礦地質(zhì)構(gòu)造分析在煤礦安全生產(chǎn)中的具體應(yīng)用

3.1 在開(kāi)采過(guò)程中對(duì)地質(zhì)構(gòu)造的影響進(jìn)行分析，找出問(wèn)題所在

在對(duì)煤礦開(kāi)采過(guò)程進(jìn)行分析的過(guò)程中，需要對(duì)地質(zhì)構(gòu)造的影響進(jìn)行有效的分析，并且還要了解在開(kāi)采過(guò)程中地質(zhì)構(gòu)造的變化狀況，并找出地質(zhì)構(gòu)造變化所產(chǎn)生的問(wèn)題，進(jìn)而找到問(wèn)題的根源所在。比如，在開(kāi)采過(guò)程中由于地質(zhì)構(gòu)造不合理造成斷層問(wèn)題時(shí)，就需要對(duì)斷層問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)處理，并且還要根據(jù)斷層位置及形態(tài)，對(duì)其可能發(fā)生的災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而采取有效措施對(duì)其進(jìn)行避免。并且在開(kāi)采過(guò)程中還需要了解和掌握煤層的埋藏深度、煤層傾角、煤厚變化等情況，并針對(duì)這些情況對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中所遇到的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)和預(yù)防，從而使生產(chǎn)活動(dòng)能夠順利開(kāi)展。

3.2 對(duì)地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)分析，找出構(gòu)造的規(guī)律和特點(diǎn)

地質(zhì)構(gòu)造的規(guī)律和特點(diǎn)可以為煤礦安全生產(chǎn)提供相應(yīng)的指導(dǎo)，在對(duì)地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行分析時(shí)，首先要對(duì)影響煤礦安全生產(chǎn)的地質(zhì)因素進(jìn)行分析，如斷層、褶皺、巖層傾角等，找出影響因素，為煤礦安全生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

1.斷層：斷層是一種常見(jiàn)的地質(zhì)現(xiàn)象，其具體表現(xiàn)形式是兩組斷層間出現(xiàn)了一個(gè)小的缺口，即“斷口”，寬度在幾米到十幾米之間，并且不穩(wěn)定。

2.褶皺：在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生褶皺現(xiàn)象，褶皺一般表現(xiàn)為向斜或者逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

3.巖層傾角是影響煤礦安全生產(chǎn)的一個(gè)重要因素，一般情況下在傾角為30 度左右時(shí)比較適合煤礦開(kāi)采。

3.3 進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造分析，能夠提升開(kāi)采效率

煤礦開(kāi)采工作，由于開(kāi)采區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，而受多種因素的影響，造成了煤礦開(kāi)采工作的不安全因素，增加了開(kāi)采難度。如果在實(shí)際的煤礦開(kāi)采過(guò)程中，相關(guān)工作人員能夠?qū)γ旱V地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行深入的分析，并結(jié)合具體的情況，制定出相應(yīng)的處理措施，就能夠有效地降低煤礦開(kāi)采過(guò)程中存在的不安全因素。例如：在某礦井進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，可以采用地質(zhì)構(gòu)造分析法，對(duì)礦井內(nèi)部存在的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行深入分析，根據(jù)具體的情況制定出相應(yīng)的處理措施。當(dāng)?shù)V井內(nèi)部存在較多的斷層時(shí)，相關(guān)工作人員可以在開(kāi)采之前，先對(duì)斷層進(jìn)行探查，了解斷層之間的關(guān)系以及斷層對(duì)煤礦開(kāi)采工作帶來(lái)的影響，從而提升開(kāi)采效率[5]。

3.4 利用地質(zhì)構(gòu)造分析，可以指導(dǎo)煤礦安全生產(chǎn)

煤礦在開(kāi)采的過(guò)程中，往往會(huì)出現(xiàn)很多的問(wèn)題，這些問(wèn)題如果得不到及時(shí)有效的解決，就會(huì)影響到煤礦開(kāi)采的正常進(jìn)行。而地質(zhì)構(gòu)造分析則可以對(duì)煤礦開(kāi)采過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行提前預(yù)知，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，就能夠有效地提高煤礦生產(chǎn)的效率和安全性。對(duì)于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、容易出現(xiàn)瓦斯或煤塵爆炸現(xiàn)象的礦井來(lái)說(shuō)，可以利用地質(zhì)構(gòu)造分析指導(dǎo)開(kāi)采工作人員進(jìn)行開(kāi)采工作。在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，由于各種因素的影響，一些礦井會(huì)出現(xiàn)瓦斯或者煤塵爆炸現(xiàn)象。而利用地質(zhì)構(gòu)造分析，就可以提前預(yù)知這種情況出現(xiàn)的可能性和嚴(yán)重程度，然后再采取相應(yīng)的措施來(lái)避免安全事故的發(fā)生。

4 在煤礦安全生產(chǎn)中加強(qiáng)煤礦地質(zhì)構(gòu)造分析的應(yīng)用措施

4.1 加強(qiáng)地質(zhì)勘探工作

在煤礦開(kāi)采工作中，為了確保煤礦開(kāi)采工作能夠順利進(jìn)行，需要在實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中，對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行科學(xué)、合理的分析，并對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行勘探，從而有效獲取到各種有關(guān)煤礦生產(chǎn)的資料信息，為煤礦開(kāi)采工作提供可靠、準(zhǔn)確的基礎(chǔ)資料信息。在煤礦開(kāi)采工作開(kāi)展前，需要對(duì)地質(zhì)勘探工作進(jìn)行全面、科學(xué)的分析，進(jìn)而獲取到詳細(xì)、準(zhǔn)確的地質(zhì)資料信息。例如：在煤礦開(kāi)采中，需要對(duì)地質(zhì)勘探資料進(jìn)行合理的分析與應(yīng)用，通過(guò)分析來(lái)掌握地質(zhì)構(gòu)造變化規(guī)律和趨勢(shì)，從而為煤礦生產(chǎn)提供可靠、準(zhǔn)確的基礎(chǔ)資料信息，進(jìn)而為煤礦安全生產(chǎn)提供可靠保障。在施工前，要根據(jù)煤礦地質(zhì)構(gòu)造的情況，做好地質(zhì)勘探工作，尤其是要對(duì)煤層的厚度、走向、傾角等方面進(jìn)行詳細(xì)的勘察。在勘探工作完成后，要將地質(zhì)勘探報(bào)告交給上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)審核，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。

4.2 強(qiáng)化生產(chǎn)管理工作

在進(jìn)行煤礦安全生產(chǎn)中加強(qiáng)煤礦地質(zhì)構(gòu)造分析的應(yīng)用時(shí)，首先要對(duì)煤礦生產(chǎn)管理工作進(jìn)行強(qiáng)化，其主要包括以下幾個(gè)方面：

1.煤礦企業(yè)要結(jié)合自身實(shí)際情況，制定出具有針對(duì)性的安全生產(chǎn)管理制度，并將其納入安全生產(chǎn)責(zé)任制當(dāng)中，并嚴(yán)格執(zhí)行。

2.在實(shí)際生產(chǎn)中，煤礦企業(yè)要加大對(duì)地質(zhì)構(gòu)造分析工作的重視力度，確保工作人員能夠全面掌握煤礦地質(zhì)構(gòu)造的特點(diǎn)及規(guī)律。

3.煤礦企業(yè)要加強(qiáng)對(duì)專業(yè)人員的培訓(xùn)力度，使其能夠更好地掌握相關(guān)技術(shù)技能。

4.在實(shí)際生產(chǎn)中，煤礦企業(yè)要加大對(duì)地質(zhì)構(gòu)造分析設(shè)備及技術(shù)的投入力度，從而提升地質(zhì)構(gòu)造分析工作的科學(xué)性及可靠性。

4.3 加大對(duì)煤礦地質(zhì)構(gòu)造的研究力度

在進(jìn)行煤礦開(kāi)采時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)煤礦地質(zhì)構(gòu)造的研究力度，通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)手段來(lái)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決地質(zhì)構(gòu)造中存在的問(wèn)題，避免煤礦安全生產(chǎn)事故發(fā)生。而在具體的研究過(guò)程中，要對(duì)地質(zhì)資料進(jìn)行整理與分析。通過(guò)對(duì)地質(zhì)資料的整理與分析，能夠了解到不同類型地質(zhì)構(gòu)造在不同時(shí)期所表現(xiàn)出的特征，例如斷層在早期表現(xiàn)為向下傾伏，而在晚期表現(xiàn)為向上傾斜。

4.4 提升工作人員專業(yè)水平

為了提升煤礦地質(zhì)構(gòu)造分析工作的質(zhì)量，應(yīng)強(qiáng)化工作人員的專業(yè)素質(zhì)，只有具備較高專業(yè)素質(zhì)的人員才能夠在進(jìn)行煤礦地質(zhì)構(gòu)造分析時(shí)充分發(fā)揮出自身的專業(yè)能力，才能夠真正地從源頭上確保煤礦安全生產(chǎn)。針對(duì)這一問(wèn)題，首先應(yīng)加強(qiáng)對(duì)工作人員專業(yè)知識(shí)與技能的培訓(xùn)力度，通過(guò)定期的培訓(xùn)工作提升其對(duì)煤礦地質(zhì)構(gòu)造分析工作的重視程度，同時(shí)在培訓(xùn)中還應(yīng)該注重對(duì)相關(guān)內(nèi)容的考核，確保每一個(gè)煤礦工作人員都能夠通過(guò)考核達(dá)到合格水平。其次，企業(yè)應(yīng)建立完善的培訓(xùn)制度與獎(jiǎng)懲制度，在培訓(xùn)結(jié)束后組織考核，確保工作人員都能夠真正掌握相關(guān)知識(shí)，并且在實(shí)際工作中能夠熟練運(yùn)用[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析可知，煤礦的地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤礦開(kāi)采的安全生產(chǎn)具有較大的影響，為了保證煤礦開(kāi)采的安全，必須對(duì)地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行全面分析，并采取相應(yīng)措施進(jìn)行控制，盡量避免和減少煤礦開(kāi)采過(guò)程中地質(zhì)構(gòu)造的影響，進(jìn)而降低煤礦事故發(fā)生的概率，保障煤礦生產(chǎn)安全。