煤礦井下地質構造對煤礦開采的影響

趙愛軍

(山西陽煤五礦 生產部，山西 陽泉 045209)

0 引言

煤礦井下地質構造主要包括巖漿巖侵入體、陷落柱、褶曲構造和斷層幾種類型，受煤礦井下地質構造的影響，煤礦開采容易出現采煤沉陷、礦井水災和瓦斯事故等問題。因此，探究降低煤礦井下地質構造對煤礦開采的影響、采取有效對策，對于煤礦安全生產具有十分重要的現實意義。

1 煤礦地質構造對煤礦開采的影響分析

山西省某礦井田面積6.105 1 km2，批準開采15#煤層，厚度4.20～7.25 m，平均5.02 m。礦井采用斜井開拓方式，布置有主斜井、副斜井、運人斜井和一個回風立井共4個井筒，礦井布置1個綜采放頂煤工作面，3個綜掘工作面，3個普掘工作面。2015年9月10日，該煤礦15111回采工作面發生了礦井突水事故；2016年全年，該礦的瓦斯事故高達7起。2017年5月，該礦發生了采煤沉陷，造成人員傷亡。發生事故的原因，都與該礦地質構造密切相關。

1.1 地質構造對礦井水災的影響

受煤礦采動影響，煤礦井下的地質結構會遭到一定程度的破壞，導致地下水流入礦井，引發礦井水災。礦井水災不僅會對煤礦開采的效率造成不良影響，還會降低煤炭的品質。導致礦井水災的主要原因：①由于在回采過程中的不合理操作，溝通了富水構造帶導致采煤面發生突水，引發了礦井水災；②未能在采掘前對煤礦井下地質結構進行科學勘測和深入分析，施工人員沒有選擇合理的掘進方法，破壞了煤礦井下的地質結構，導致地下水流進礦井，釀成礦井水災[1]。

1.2 地質構造對瓦斯事故的影響

該礦瓦斯事故分析結果表明，煤礦井下地質結構遭到破壞是引發瓦斯事故的主要原因。由于煤礦井下地質結構出現斷層、褶皺、孔隙和裂隙現象，導致瓦斯事故層出不窮。①煤層的熱量走向和供養是斷層產生的主要誘因，斷層也會對煤礦開采工作造成一定的不良影響，導致瓦斯事故的發生；②褶皺能夠實現對煤層中熱量傳播速率的控制，由于該煤礦的褶皺處于背斜位置，熱量會在煤層內部緩慢釋放和累積，導致煤礦開采過程中瓦斯爆炸事故頻發；③煤層孔隙包括原生孔隙和次生孔隙2種類型。原生孔隙是煤層中的沉積物顆粒內部形成的孔隙，次生孔隙是指受溶蝕、淋濾等外界因素的綜合作用，使得煤層在煤化的過程中形成的孔隙。由于孔隙的數量增多，加大了煤和瓦斯之間的氧氣含量，同時也增大了煤層氧化自燃的概率，進而導致瓦斯事故的發生；④由于該煤礦出現了煤層裂隙，增加了煤和瓦斯之間的氧氣接觸，從而引發瓦斯事故。

1.3 地質構造對采煤沉陷的影響

采煤沉陷是煤炭開采的常見問題之一，如不能采取針對性的措施對采煤沉陷進行管控，會嚴重降低煤礦開采的安全性與穩定性，導致安全事故頻發。煤礦井下的地質構造與采煤沉陷密切相關。該煤礦井下巖石的硬度較低是導致該煤礦采煤沉陷的主要原因。因此，應針對煤礦井下地質構造的實際情況，采取針對性的控制措施，防范采煤沉陷對煤礦企業經濟造成的不良影響[2]。

2 降低地質構造對煤礦開采影響的對策

2.1 加強對煤礦地質構造的勘測和分析

加強對煤礦井下地質結構的勘測和分析，需要在對煤礦井下地質結構進行準確判斷的基礎上，結合對煤礦開采區域資料的深入分析，實現提升煤礦井下地質結構勘測精度的目的，為提升煤礦開采的安全性形成有力保障。①使用勘測工具，對煤礦井下的地質結構進行測量和描述，借助地質變化規律和構造參數繪制地質構造圖；②利用計算機軟件對煤礦井下的探測數據進行分析，并形成地質構造的圖像，實現對地質構造的深度解讀；③加強對煤礦井下地質結構的實地勘察，獲得第一手資料，并對礦井地質構造的勘測結果進行深入分析，加深對煤礦井下地質結構發育規律的了解程度，進而綜合利用鉆探、化探和物探等手段對煤礦井下地質結構的性質、規模和開采對地質機構造成的不良影響進行精準預測，形成煤礦開采工作的科學指導依據。

將基礎地質勘探手段與地理信息系統技術進行有機結合。通過對三維地震、瞬變電磁、礦井物探、地面鉆探和井巷工程等數據的深入分析，查明煤礦開采區域內的斷層分布情況、煤層埋藏深度與厚度以及隔水層厚度等。同時，在地理信息平臺的基礎上建立了礦井多元信息集成系統，綜合利用三維地震、瞬變電磁、礦井物探、構造地質、水文地質等手段，建立煤礦井下地質結構預測與評價模型，獲得了第一手地質資料信息，為煤礦開采工作提供技術支撐。該煤礦的斷層分布情況如圖1所示。

圖1 斷層分布情況三維圖

2.2 提高煤炭資源開采的利用率和回收率

提高資源的利用率和煤炭開采回收率，應堅持：①加強礦井地質勘探和巷道勘探，了解煤層中伴生礦產的分布情況及其價值；②在煤礦開采的過程中，注重了解地質構造的發育規律和煤層的變化特點；③科學計算煤的儲量，合理開發利用煤炭資源；④基于對煤礦井下地質結構勘探結果科學分析的基礎上，制定完善的煤礦開采方案，降低煤炭資源在開采過程中的浪費現象，提升煤礦開采的回收率。

2.3 提升對礦井水災的防治力度

礦井水災是煤礦開采過程中的常見問題。一旦發生礦井水災，會對煤礦開采企業造成嚴重的經濟損失。因此，在煤礦開采過程中，應對可能產生突水的煤層留設防水隔離煤柱，加強對老窯積水區的勘測，及時疏通老窯積水和采空積水。同時，在煤礦開采的過程中，應對煤礦周邊區域的地質情況和水文情況進行實時監測，編制完善的水文地形圖。此外，還應合理設置止水套管的水壓、長度和鉆孔的垂直和水平超前距離，以上各項參數的具體數值見表1。

表1 止水套管的各項參數

山西省曾在陽城縣及其轄區煤礦推行鉆孔測斜裝備，在沁水縣全面實施鉆探視頻監控，通過長探探超前，短探探盲區，合理設置超前距、幫距、空間距、孔口管長度，留足超前距離，使用鉆孔測斜以期科學設置鉆孔的方位、傾角、深度等參數，加強對鉆孔測斜的檢測。建立井上和井下水位、水壓與流量的立體觀測系統，綜合利用鉆探、物探和化探等綜合手段，形成了完善的礦井水動態監控系統，能夠實現對礦井水災的動態預警，自該技術實施以來，煤炭產量同比上年增長421萬t，效果較好。

3 結語

在煤礦開采的過程中，加強對煤礦井下地質構造的勘測和分析，能夠有效降低煤礦井下地質構造對煤礦開采的不利影響。提高煤礦開采的利用率與回收率，有利于促進煤炭資源的合理開采。提升對礦井水災的防治力度，也能夠有效提升煤炭開采的安全性。