煤礦隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素普查工作的探討

母澤森

（重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，重慶 401120）

0 引言

煤礦隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素是煤礦地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主觀因素，深化煤礦隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素普查工作，是礦井隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素實現(xiàn)綜合治理、超前預(yù)防的根本保障；是礦井有效防止重特大事故、減少傷亡事故的重要手段。

1 煤礦地質(zhì)災(zāi)害事故的主要類型

在我國自然資源中，富煤、貧油、少氣的特點，決定了煤炭在我國一次性能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要地位。隨著礦井開采強(qiáng)度的不斷增加，煤礦存在爆炸、燃燒、中毒、窒息、水淹等重大事故隱患，在現(xiàn)有采掘技術(shù)條件下難以有效防治，災(zāi)害事故時有發(fā)生，給人民生命財產(chǎn)造成巨大損失[1]。按《企業(yè)職工傷亡事故分類》（GB 6441—1986）[2]，將煤礦地質(zhì)災(zāi)害事故類型分為瓦斯爆炸、透（突）水、冒頂片幫、煤層自燃、煤塵爆炸、巖爆（沖擊地壓）六大類。

2 概念

煤礦隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素是指隱伏在采礦許可范圍及其影響范圍內(nèi)，在采掘過程中可能誘發(fā)災(zāi)害事故的不良地質(zhì)體。主要包括各種地下水體（含水層、老窯、采空區(qū)、斷層帶、巖溶陷落區(qū)等積水）；導(dǎo)水（氣）通道（斷層、褶皺、裂隙、溶洞等）；巖礦層的空間位置及分布；圍巖性質(zhì)（硬度、抗壓強(qiáng)度、完整程度、滲透性、含水性、軟弱夾層、裂隙水等）；煤層性質(zhì)（瓦斯含量、硬度、孔隙率、煤質(zhì)、含水量、小構(gòu)造等）；煤塵顆粒大小、濃度、物理化學(xué)性質(zhì)（燃燒熱、易氧化性、易帶電性、所含揮發(fā)分）；探采活動形成（封閉不良鉆孔、裂隙帶、廢棄的井巷及采空區(qū)、硐室形狀及大小等）等。

3 致災(zāi)特征

根據(jù)事故致因理論和全面質(zhì)量管理理論，煤礦地質(zhì)災(zāi)害事故是主客觀因素相互作用的結(jié)果，主觀因素是隱伏在采礦許可范圍及其影響范圍內(nèi)的致災(zāi)地質(zhì)體（不良地質(zhì)體），客觀因素是不安全的探采掘活動和管理漏洞。隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素具有地源性、時變性、隱蔽性、誘發(fā)性、可控性等特征[3-4]。

4 種類劃分

煤礦隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素主要是由巖礦層賦存的空間地質(zhì)體特征和探采活動決定的。因此隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素按成因分為兩大類16 種。兩大類包括自然地質(zhì)體類、探采活動類；自然地質(zhì)體類包括褶皺、斷層、節(jié)理、含水層、巖溶塌陷、煤的賦存狀態(tài)、煤的物理化學(xué)性質(zhì)、瓦斯、煤層自燃、圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)、煤塵、巖爆（沖擊地壓）12 種；探采活動類包括封閉不良鉆孔、廢棄（老窯、采空區(qū)、井巷）、冒落帶、裂隙帶4 種。

5 針對不同隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素的普查措施

開展好煤礦隱蔽致災(zāi)因素普查工作就是在查明各隱蔽致災(zāi)因素的致災(zāi)原理的基礎(chǔ)上，采取有效的方法進(jìn)行調(diào)查認(rèn)定，并提出有效的防治措施。

5.1 褶皺

褶皺兩種基本形式為背斜、向斜。主要影響礦井開拓系統(tǒng)、采區(qū)、工作面的布置。易誘發(fā)透（突）水、瓦斯爆炸或者煤與瓦斯突出事故。普查措施主要是在地面調(diào)查、井下調(diào)查的基礎(chǔ)上采用地面二維地震、井下無線電波透視法、井下瞬變電磁法、井下瑞雷波探測法等[5]。

5.2 斷層

斷層不僅破壞煤層的完整性，影響礦井開拓方式的選擇和采區(qū)布置，同時作為礦井水氣運移的通道，易誘發(fā)瓦斯、透（突）水事故。普查措施主要是在地面調(diào)查、井下調(diào)查的基礎(chǔ)上采用地貌填圖、探地雷達(dá)、淺層地震、化探、鉆探等。

5.3 節(jié)理

節(jié)理是巖石中的裂縫，其兩側(cè)無顯著位移。主要影響礦井鉆眼爆破效果、頂板控制等。節(jié)理通常作為礦井水氣運移的通道，易誘發(fā)瓦斯爆炸、透（突）水事故。普查措施主要是在地面調(diào)查、井下調(diào)查的基礎(chǔ)上采用井下地質(zhì)雷達(dá)探測法等。

5.4 含水層

含水層是指儲存有地下水并在自然條件或人為條件下，能流出水來的巖石，因其大多呈層狀，所以叫做含水層，如砂層、砂卵石層等。它分潛水和承壓水。作為透（突）水事故的水源。普查措施主要是在地面調(diào)查、井下調(diào)查的基礎(chǔ)上采用槽探、鉆探、化探等。

5.5 巖溶塌陷

巖溶塌陷是發(fā)育在石灰?guī)r中，由流動的地下水長期溶蝕而形成的一種地質(zhì)現(xiàn)象。巖溶塌陷不僅破壞可采煤層，妨礙機(jī)械化采煤。同時也是礦井透（突）水、突泥的通道，易誘發(fā)透（突）水、突泥事故。普查措施主要是在地面調(diào)查、井下調(diào)查的基礎(chǔ)上采用井下無線電波透視法、井下瞬變電磁法、礦井地質(zhì)雷達(dá)探測法、槽波勘探法、井下瑞雷波探測法等[6]。

5.6 煤的賦存狀況（產(chǎn)狀、埋深、厚度、結(jié)構(gòu)及形態(tài)）

具體如下：①產(chǎn)狀。是指煤巖層的產(chǎn)出狀態(tài)，由走向、傾向和傾角構(gòu)成。影響礦井開拓、開采方式和礦井水氣的儲存、運動、排泄。②埋深（開采深度）。是指主井井口的標(biāo)高與開采最低標(biāo)高之間的差。直接影響瓦斯、煤巖層壓力等。③厚度。是指上下巖層之間的垂直距離。直接影響煤層中瓦斯含量。④結(jié)構(gòu)。煤層結(jié)構(gòu)可分簡單結(jié)構(gòu)（部含夾矸）、復(fù)雜結(jié)構(gòu)（含夾矸）。影響礦井開采方式、回采率、煤塵等。⑤形態(tài)。煤層沿走向和傾向上的展布形狀。一般呈層狀、似層狀、透鏡狀、扁豆?fàn)睢㈦u窩狀、串珠狀展布并有分叉、復(fù)合、尖滅等現(xiàn)象。影響礦井開采方式、回采率、煤塵等。

分析研究煤的賦存狀態(tài)既有理論意義又有實踐價值，它將為煤炭開采、加工、防災(zāi)減災(zāi)提供許多重要信息。普查措施主要為井下調(diào)查、地面二維地震等

5.7 煤的物理化學(xué)性質(zhì)

煤的物理力學(xué)性質(zhì)包括光學(xué)性質(zhì)（光澤、顏色、反射率等）、空間結(jié)構(gòu)性質(zhì)（密度）、力學(xué)性質(zhì)（硬度、脆度、可磨性等）、熱性質(zhì)（著火點、氣化指標(biāo)）等。

煤的化學(xué)組成包括工業(yè)分析和元素分析。工業(yè)分析包括煤中的水分、灰分、揮發(fā)分和固定炭四項；元素分析是指對有機(jī)部分炭、氫、氧、氮、硫、磷等元素的組成進(jìn)行分析。

分析研究煤的物理化學(xué)性質(zhì)既有理論意義又有實踐價值，它將為煤炭開采、加工、防災(zāi)減災(zāi)提供許多重要信息。普查措施主要是進(jìn)行煤物理化學(xué)性質(zhì)測試。

5.8 瓦斯（煤層氣）

煤層氣是儲存在煤層中烴類氣體資源，主要成分為CH4。難溶于水，不助燃，在空氣濃度達(dá)到5%～16%時，遇明火就會爆炸。普查措施主要是在井下調(diào)查的基礎(chǔ)上進(jìn)行瓦斯相對涌出量、絕對涌出量、瓦斯壓力、瓦斯放散初速度、煤的堅固性系數(shù)、煤層破壞類型測試，井下鉆探等。

5.9 煤層自燃

煤層自燃是指暴露在空氣中的煤氧化放熱升溫至煤的著火點（300～350℃）時，引起燃燒的現(xiàn)象。煤層自燃一般要經(jīng)歷三個時期：準(zhǔn)備期（潛伏期）、自熱期、燃燒期。影響煤炭自燃的主觀因素主要是變質(zhì)程度、分子結(jié)構(gòu)、煤巖成分、水分、含硫量、瓦斯含量、埋深（開采深度）、厚度、傾角、頂板性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造（斷層、褶皺、巖漿入侵帶等）等；觀因素是：開拓開采方式、通風(fēng)方式、采空區(qū)管理等。普查措施主要為井下調(diào)查、煤層自燃相關(guān)參數(shù)測試。

5.10 圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)

圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)包括堅固性、彈性與脆性、層理與節(jié)理、含水性與含氣性、風(fēng)化程度、黏性等。它不僅對鑿巖、爆破和支護(hù)有很大的影響，同時決定冒落帶、裂隙帶高度，形成氣水通道，是誘發(fā)突水、冒頂片幫、瓦斯事故的地質(zhì)因素之一。普查措施主要是井下調(diào)查、物理力學(xué)性質(zhì)測試。

5.11 煤塵

煤塵是煤礦采掘過程中因煤巖層破碎、施工材料揚(yáng)塵所產(chǎn)生的各類固體物質(zhì)細(xì)微顆粒的總稱。煤塵除污染作業(yè)環(huán)境、影響礦工身體健康、加速機(jī)械電氣設(shè)備損壞、縮短緊密儀器儀表使用壽命外，懸浮在空氣中濃度達(dá)到下限30～50g/m3，上限1000～2000g/m3時，在高溫?zé)嵩吹淖饔孟驴赡馨l(fā)生爆炸，造成重大人身傷亡事故。普查措施主要是井下調(diào)查。

5.12 巖爆（沖擊地壓）

巖爆是在開挖或其他外界擾動下，地下工程巖體開挖壁面上因局部應(yīng)力集中，產(chǎn)生爆裂松脫、剝落、彈射甚至拋擲的一種動力失穩(wěn)地質(zhì)災(zāi)害。巖爆不僅造成采掘工作面、設(shè)備的損毀，還危害礦工的生命安全。誘發(fā)的主要因素有礦巖物理力學(xué)性質(zhì)、開采深度、地質(zhì)構(gòu)造、不當(dāng)開采技術(shù)、爆破激發(fā)等。目前主要采用能量法、克狄賓斯克法、彈性變形法預(yù)測判斷。

5.13 封閉不良鉆孔

封閉不良鉆孔是指在探礦過程中，因未封孔、封孔質(zhì)量不合格、封了孔但未進(jìn)行質(zhì)量檢查等導(dǎo)致封孔質(zhì)量無準(zhǔn)確評價。易形成水氣通道，誘發(fā)透水、瓦斯事故。普查措施主要是對其進(jìn)行啟封檢查。

5.14 廢棄（老窯、采空區(qū)、井巷）

（1）老空水是廢棄（老窯、采空區(qū)、井巷）長期接受圍巖中各類含水層、地表水體補(bǔ)給逐漸形成的。是透（突）水的水源之一。普查措施是在地面調(diào)查、井下調(diào)查的基礎(chǔ)上，采用瞬變電磁法、電阻率法、自然電場法、井下直流電法、三維地震法等物探手段，并結(jié)合鉆探，查明廢棄（老窯、采空區(qū)、井巷）的分布范圍及積水情況；化探方法查明礦井水源。

（2）采空區(qū)有害氣體（CO2、CO、H2S、NO2、SO2、NH3、H2和CH4等）主要來自鄰近煤層及圍巖。易誘發(fā)中毒窒息事故。普查措施主要是井下調(diào)查。

5.15 冒落帶

冒落帶（垮落帶）是指采采用垮落法管理頂板時，頂板巖石破碎、垮塌填充采空區(qū)的范圍。一般也就是采高的3～15 倍（根據(jù)上覆巖層巖性）。它不僅可能誘發(fā)冒頂片幫，同時還可能誘發(fā)煤塵爆炸、煤層自燃、瓦斯爆炸、透水事故。普查措施主要為經(jīng)驗公式法、現(xiàn)場實測法等。

5.16 裂隙帶

裂隙帶是指在煤層開采后因下部垮落帶出現(xiàn)裂隙的范圍，一般也就是采高的15～35 倍。易誘發(fā)透水、瓦斯事故。普查措施主要為經(jīng)驗公式法、現(xiàn)場實測法等。

6 煤礦地災(zāi)事故的防范措施

6.1 井下防水措施

煤礦企業(yè)應(yīng)當(dāng)設(shè)立相應(yīng)的防治水部門，配齊專業(yè)技術(shù)人員，配備探防水設(shè)備；采用“探、防、堵、截、排”的措施，針對本礦實際，做好水文觀測工作、礦井水文地質(zhì)工作、探防水工作；必要時利用水閘墻、水閘門和防水煤（巖）柱等建（構(gòu)）筑物，臨時或永久地截住涌水，將采掘區(qū)與水源隔離；特殊情況下還可以采取注漿堵水的方法切斷補(bǔ)給水源、建立人工保護(hù)帶。

6.2 煤層自燃發(fā)火預(yù)防措施

在選擇合理的開拓方式和采煤方法基礎(chǔ)上，合理布置采區(qū)，提高回采率，合理選用通風(fēng)系統(tǒng)、避免串聯(lián)通風(fēng)，正確選擇建筑通風(fēng)構(gòu)筑物（風(fēng)門、風(fēng)橋、風(fēng)墻、風(fēng)窗等）的數(shù)量及位置，加強(qiáng)通風(fēng)管理，及時維修巷道，及時采取注漿、注阻化劑、均壓等防火措施。

6.3 瓦斯事故預(yù)防措施

在健全穩(wěn)定、合理、可靠的通風(fēng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，保證工作面有充足的風(fēng)量，杜絕掘進(jìn)工作面無計劃通風(fēng)，防止瓦斯積聚；防止電火花、明火、防炮引燃瓦斯；積極開展瓦斯地質(zhì)研究，確定瓦斯異常區(qū)裝備管理標(biāo)準(zhǔn)。

6.4 煤塵爆炸事故預(yù)防措施

預(yù)防煤塵爆炸可采取降塵、杜絕引爆火源和采取防爆隔爆等措施。降塵主要是通過通風(fēng)除塵、消除落塵、濕式作業(yè)、密閉抽塵、噴霧灑水、個體防護(hù)、凈化風(fēng)流、煤層和采空區(qū)注水濕潤煤體等減少煤塵發(fā)生量和浮塵量；杜絕引爆火源主要是通過防止放炮火花、電氣火花、機(jī)械摩擦或碰撞火花、瓦斯爆炸和煤層自燃法火產(chǎn)生的火源等措施；防爆隔爆措施就是在巷道中按規(guī)定安裝巖粉棚、水槽棚、隔爆水袋或者在巷道中撒布巖粉形成巖粉帶、噴霧灑水等使沉落在巷道周壁和支架上的煤塵失去爆炸性，以及當(dāng)局部發(fā)生煤塵爆炸后，將煤塵爆炸局限在較小的范圍內(nèi)，阻止其繼續(xù)傳播和發(fā)展。

6.5 冒頂片幫事故的預(yù)防措施

冒頂片幫事故是地壓顯現(xiàn)的結(jié)果。通過合理選擇井筒位置、支護(hù)類型、巷道斷面形狀及尺寸加強(qiáng)井巷地壓管理；通過敲幫問頂檢查及處理、減小爆破響加強(qiáng)采場地壓管理；通過加強(qiáng)地壓活動規(guī)律研究，及時掌握頂板壓力變化情況，并采取有效預(yù)防措施，通過頂板管理能力和水平。

6.6 巖爆事故的預(yù)防措施

降低回采過程中彈性應(yīng)變能的釋放速度；減少礦塊寬度；振動爆破釋放應(yīng)力；改變礦巖層物理力學(xué)性質(zhì)等。

7 結(jié)語

通過本文研究，得出以下結(jié)論：①根據(jù)煤礦事故主要類型，分析了煤礦隱蔽致災(zāi)主要地質(zhì)因素、可能誘發(fā)的事故、探查措施等，對礦井防災(zāi)減災(zāi)具有指導(dǎo)意義。②煤礦隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素具有地源性、時變性、隱蔽性、誘發(fā)性、可控性的特征。③煤礦隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素主要是由巖礦層賦存的空間地質(zhì)體特征和探采活動決定的。

應(yīng)充分認(rèn)識開展煤礦隱蔽致災(zāi)因素普查工作的重要性，對礦井中存在的隱蔽致災(zāi)因素進(jìn)行徹底清查，根據(jù)不同致災(zāi)因素有針對性的制定預(yù)防措施，能最大限度地避免或減少礦井災(zāi)害事故的發(fā)生，從根本上防范重、特大事故的發(fā)生。