影響煤礦采掘生產安全的地質因素分析

文/吳和秋 盧昕 石玉山

影響煤礦采掘生產安全的地質因素分析

文/吳和秋 盧昕 石玉山

近年來，隨著我國煤礦事故時常發生，事故原因多種多樣，其中地質構造是影響煤礦采掘安全的重要因素之一。鑒于此，筆者根據多年來出現的煤礦安全事故總結及自身工作經驗對影響煤礦采掘生產安全的地質因素進行分析探討,以供同行參考。

地質因素 煤礦采掘 生產安全影響

礦井地質構造直接關系到煤礦的生產和安全，尤其是隨著煤礦機械化生產程度的提高，對地質工作提出了越來越多的要求，以便為煤礦高產高效提供可靠的地質保證。在煤礦生產中，礦井中、小型構造，特別是斷裂構造一直以來是煤礦生產極待解決的地質問題。安全管理理論認為，事故的根本原因是物的不安全狀態和人的不安全行為，煤礦安全事故主要發生在頂板、瓦斯、煤塵、水、火、放炮、提升、運輸等范圍，發生事故的原因不外乎是人為因素和環境因素(即地質因素)。我們只要根據這兩種環境來認識礦井安全問題，消除這兩種因素的影響，才能實現本質化安全，才是礦井事故預防的重點所在。

一、地質構造與煤礦安全生產之間的關系

地質構造是影響煤礦安全生產的各種因素中最重要的一個。地質構造包括褶皺、節理和斷層。其中斷層由于破壞了煤層的延續性和完整性，在井巷中難以查明和控制。工作面遇到褶皺、節理和斷層造成層位錯動擠壓，巖石變得破碎，同時伴隨地下滲水，煤層松動后容易脫落。因此，地質構造帶往往是發生頂板、透水和瓦斯事故的地段。

1、斷層在礦井生產中，經常會碰到各種不同性質的斷層，由于斷層破壞了煤層的連續性和完整性，斷層兩盤產生的牽引、揉皺、擠壓等作用，造成斷層帶巖石破碎、巖石強度降低，容易聚集瓦斯，導通地下水，引發礦井突水、瓦斯突出和坍塌冒頂事故，斷層帶容易導致煤厚突增或突減，煤層突增處易產生冒頂跨煤堵人事故。還有一些頂斷底不斷、底斷頂不斷的小斷層及小型層間滑動的地質構造部位也是巖塊易脫落部分，易發生頂板事故。

2、褶皺

褶皺影響煤巖的產狀和形態，但沒有破壞巖層和煤層的延續性，在井巷中比較容易追索和控制。褶皺在生產中主要影響煤層平巷的掘進方向，從而影工作面長度，給機械化回采、頂板管理帶來一定的困難。個別褶皺特別發育時，可能造成煤層的不可采。

3、節理

節理發育的地方影響鉆眼爆破的效果，如果炮眼方向與主要節理平行時，在爆破過程中沿裂隙漏氣影響爆破效果。節理發育的地方頂板易沿裂隙面冒落傷人，另外節理發育的地方是地下水和礦井瓦斯的良好通道，容易發生突水事故和瓦斯突出事故。

4、煤礦生產中還應重視的就是巖溶陷落柱

巖溶陷落柱是指煤層下伏可溶巖層，經地下水溶蝕形成的溶洞，形成桶裝或錐裝柱體。陷落柱本身和周圍都是不可采煤層，使煤炭儲量減少。陷落柱很有可能是礦井水或者瓦斯的通道，極易發生突水和瓦斯突出的生產事故。如1996年3月4日，皖北煤電公司任樓煤礦回采工作面，由于陷落柱導水，造成特大災害，涌水量達到34570m3/h，礦井全部淹沒。

二、煤礦安全生產與瓦斯地質

1、礦井瓦斯是指煤礦生產過程中，以從煤巖層內涌出的甲烷為主的各種有害氣體。瓦斯窒息事故經常發生在褶曲軸部(復式向斜或背斜軸部轉折端)和壓性斷層，火成巖侵入體附近的工作面和采空區，圍巖透氣性差的盲巷，深部開采的下山等。

2、近年來由于全國煤礦開采深度的增加，瓦斯含量業隨之增加，這樣就增大了通風管理的難度，增大了瓦斯事故的幾率。

3、加強瓦斯事故的預防，防治重大事故發生，一是要正確認識瓦斯的含義和危害性，在職工中普及瓦斯地質知識：二是要加強瓦斯地質研究，對影響礦井瓦斯聚集的因素進行綜合分析，找出瓦斯聚集的規律，編制瓦斯地質圖，指導通風；同時加強瓦斯濃度檢測和通風管理，促進安全生產。

三、煤礦安全生產與水文地質

水空地質條件對頂板的穩定性也一定的影響但影響最大的是巖性為黏土巖的廟板。當巖層中害有起膨脹作用的黏土巖的頂板。當巖層中含有起膨脹作用的黏土礦物（如蒙脫石、伊利石等)時，硬巖層在、軟巖層在下的直接頂板表現更為突出，上方的硬巖層易產生裂隙透水性好，而下方的軟巖層透水性差(或不透水)。這樣，地下水易在兩個巖層之間富集，使下方軟巖層軟化，消弱了堅固性，發生膨脹后易離層而造成頂板冒落。

礦井在開拓、掘進、回采過程中，不斷破壞原始水文地質條件，從而導致水害發生。危及安全生產的水害有：

1、老窯老空水

在有些礦區的煤層露頭地帶分布著不同年代廢棄的小煤窯，稱為老窯。老窯的集水區通常是煤礦下部開采的重要充水水源。老窯水突水時，瞬時涌水量很大，來勢兇猛，具有很大的破壞性。老窯水著與其他水源無聯系，則易于疏干；若與地表水有水力聯系，則會造成礦井的穩定的充水水源，危害較大。

2、斷層水

斷層水的存在是礦井突水的重要因素，國內外煤礦的突水有90%以上都是斷層水和裂隙水害。斷層水根據斷裂構造的規模和大小以及水文地質性質的不同，對煤礦的充水影響各有差異。

2.1 斷層的錯動，使開采煤層與含水層接近或者直接接觸，特別是將含水層抬起，會成為礦井最易突水的危險地段。

2.2 斷裂構造破壞了地層的完整性，降低了其力學強度，通常會形成地下水突破的軟弱帶。

四、不穩定煤層對采掘安全的影響

1、安全技術措施落實難

構造引起的煤層形態的厚度變化，客觀上造成的安全程度變低。當煤層受到構造變動時由于煤炭層的巖石力學性質的差異，出現不同的形變效應，合并、分岔、增厚、變薄現象十分頻繁，由于構造應力狀態的不均衡，現場各礦常遇到的局部煤層變薄，“頂壓”或“底鼓”的現象，使煤層呈波浪變化，給安全開采措施落實及工人現場操作帶來極大的困難，支護的有效性都受到極大的影響。

2、沿煤巷道支護效果差

由于地質構造擠壓煤層突然增厚，煤層呈鱗片狀，煤層無法揭露其頂底板，掘進過程中，周邊壓力大，兩幫擠壓棚腿，使巷道變形，不定時出現掉煤或垮落現象，甚至造成大面積塌方，難以繼續掘進。

3、影響回采循環作業

在回采工作面遇到煤包、煤溝及香腸狀煤體時，難以按照規程要求的方向進行推進，更無法一次性采全厚，使頂板支護不能到位，支護質量低劣，支柱初撐力不夠，迎山角無法掌握，造成頂板下沉，切頂棚柱無法按開采的需要進行切頂。同時，煤體整體性差，隨時會出現大量頂板垮落，構成極大的威脅。

五、結語

綜上所述，地質環境與煤礦安全生產有著密切的聯系。隨著煤炭開采機械化程度的提高，對影響煤礦安全生產的主要地質因素的分析研究日益重要。因此，我們只有對煤礦生產過程中各種地質因素進行認真的分析，并找出其中的規律，及時預測和預防生產中的安全問題，消除隱患，科學地指導煤礦的安全生產，從而提高煤礦的經濟效益。

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[5]謝仁海，渠天祥，錢光謨.地質構造對我國中小煤層開采的影響探討[M].徐州：中國礦業大學出版社，2001.

（作者：吳和秋 浙江省地球物理地球化學勘查院；盧昕 浙江省地球物理地球化學勘查院；石玉山 浙江省地質調查院）