西曲煤礦主要隱蔽致災地質因素分析

武 藝

(西山煤電股份有限公司西曲礦，山西 古交 030200)

0 引言

煤礦隱蔽致災因素具有隱蔽性、時變性、突發性的特點，探測和防控難度大。不同的隱蔽致災地質因素存在狀態或發育特征各異，生產過程當中，如果不能提前預測預防，將對采掘活動造成嚴重影響甚至造成事故[1]。據統計，我國的煤礦重大事故中，和地質條件有關的事故比重約80%。近年，煤礦逐漸轉入深部開采，必將面臨高沖擊地壓、高地溫、高瓦斯等地質災害，隱蔽致災因素類型增多的同時程度也加重，煤礦生產的難度增大，因此，加強煤礦隱蔽地質因素普查極其重要[2]。

為加強和規范煤礦地質工作，查明隱蔽致災地質因素，及時預測并制定相應措施，有效預防事故的發生，根據《煤礦地質工作規定》，每個煤礦應結合實際情況開展隱蔽致災地質因素普查。山西西山煤電股份有限公司西曲礦對礦井隱蔽致災地質因素進行了普查工作[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6.5 km，東西寬6 km，面積34.315 2 km2。

礦井現主要開采二疊系山西組2+3號、4號煤層和石炭系太原組8號、9號煤層。分+983 m和+1 072 m生產水平。西曲礦采用平硐、斜井聯合開拓方式，傾斜(走向)長壁頂板全部垮落采煤法。設計生產能力為300萬t/a，設計服務年限98 a[4-5]。

2 礦井主要隱蔽致災地質因素

通過對礦井內小窯老空、封閉不良鉆孔、斷層、陷落柱、瓦斯、導水裂縫帶、地下含水體、瓦斯、風氧化帶、黃泥帶等進行調查，同時對礦井內地層、煤層、開采技術條件等進行分析，推測本礦主要隱蔽致災地質因素。

2.1 小煤窯老空區

西曲礦界內井田小煤礦眾多，分布在井田的北部、東部、西南部，由于西曲礦范圍內煤層賦存條件簡單，埋藏深度較淺、煤層露頭較多，小煤礦開采難度小，經過近幾年的關閉整合，自1989年至今西曲礦井田內及周邊累計關閉合法小煤礦68個(有證小煤礦64個，聯辦煤礦4個)，由于資源整合，2010年井田內18個及周邊5個有證小煤礦分別在5座資源整合煤礦井田內。

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

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

通過對礦井內及周邊小煤礦的普查，經分析認定小窯老空水為本礦主要隱蔽致災地質因素之一，在生產過程中應加強小窯的探測工作，嚴格執行《煤礦防治水細則》，做好探放水工作。

2.2 陷落柱

西曲井田陷落柱比較發育，已經成為影響本礦生產的主要地質因素之一。截至2019年11月底，井田內共發現有陷落柱397個，其中在鉆孔揭露1個陷落柱，其余396個陷落柱均為03、2+3、4、7、8、9、10號煤層開采過程中所揭露。井田內陷落柱大小不一，形狀各異，平面多為不規則的圓形或橢圓形，縱斷面多為錐形。

陷落柱柱體內為膠結很好的密實充填的雜亂堆積物，柱體內各類巖塊和巖屑壓實緊密，孔隙度很小，柱體邊緣裂隙不發育，井田內煤系地層水文地質條件中等，沒有極強含水層，陷落柱充水性不強，目前揭露的陷落柱一般不含(導)水，只有少數陷落柱在揭露前有少量淋頭水。但2016年5月5日發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，改變了其原有結構，使其活化，成為透水通道。

通過對礦井內陷落柱資料的收集分析，確定陷落柱為本礦主要隱蔽致災地質因素之一，一般情況下陷落柱的富水性和導水性比較差，少數陷落柱裂隙發育處有滴水和淋水現象，但在礦山壓力作用下，會改變陷落柱的原有結構，使其成為導水通道。礦井生產過程中應利用物探或鉆探的辦法探查陷落柱的位置及含(導)水性，必要時在井下進行注漿充填加固，另外工作面過陷落柱時注意加強頂板支護等多項措施[7]。

2.3 風氧化帶和黃泥帶

2.3.1 風氧化帶

西曲礦北三盤區位于西曲井田東北部，礬石溝東臨該盤區，上組煤在盤區東部露頭較多，受其影響，盤區內風氧化帶發育[8]。根據以往采掘資料看，風化帶一般寬15 m左右，氧化帶寬50～80 m。

北三盤區上覆地形東高西低，地表被黃土覆蓋，礬石溝從盤區地表穿過，溝內基巖出露。在開采8號煤中，由于8號煤頂板灰巖含水性較強等原因，多處揭露風氧化帶，北三盤區28302工作面回采28307副巷和28308副巷掘進中均揭露風氧化帶，北四盤區的28406工作面回采中在中部揭露4個大小不一的風氧化帶區域，最大達81 m×50 m，對回采影響很大，揭露風氧化帶區域蓋山較厚，且上組煤開采中煤層無異?，F象。揭露前煤層頂板石灰巖顏色由灰黑色變為土黃色，煤層失去光澤，變為泥狀黃土，少數情況下變為沙質泥土，工作面繼續推進，煤層逐漸恢復正常[9]。

2.3.2 黃泥帶

西曲礦北三盤區8號煤頂板L1廟溝灰巖裂隙普遍發育，富水性較強，同時頂板變軟發黃不易支護，風化嚴重的地方頂板及煤層相變為黃色的泥狀粘土帶，硬度完全消失，已揭露的最大的黃泥帶約3 360 m2。北三盤區8號煤層已回采完畢的5個工作面均不同程度的受到煤層黃泥帶的影響。截止目前，盤區內完全揭露的黃泥帶有11處，掘進巷道揭露12處。

井下揭露的黃泥帶特征。黃泥帶發育的地方在上覆煤層的開采中并無異常現象，其賦存情況不可以單純的依靠陷落柱的上下層位推理進行預測，工作面揭露往往是無計劃的；陷落柱揭露前，頂底板破碎，裂隙增多，但不存在相變為其他巖性的情況，而黃泥帶揭露前，往往隨著工作面的推進，煤層以及頂板逐漸變為泥狀粘土，造成該區域頂板缺失，隨著工作面推進，再由風化黃泥帶逐漸漸變為正常煤層及頂板；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，頂板發黃變軟，頂板及黃泥帶潮濕含水，水質分析顯示其為典型的SO4·HCO3-Ca·Mg 型，水質清澈，礦化度中等，為石灰巖內的巖溶裂隙水；黃泥帶揭露的區域，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，個體較小，殼體薄，雖呈聚集的群落出現但種屬較為單調[9]。如圖1所示。

圖1 北三盤區8號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

通過對礦井內風氧化帶和黃泥帶的普查，經分析認定風氧化帶和黃泥帶為本礦主要隱蔽致災地質因素之一，工作面施工中預計揭露煤層風(氧)化帶及黃泥帶區域時，應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：北一采區施工6道，北二采區施工36道，北三采區施工28道，北四采區施工5道，北五采區施工33道，南一采區施工3道，南二采區施工12道，南三采區施工16道，南四采區施工10道，南五采區施工26道，南六采區施工5道。1道防水閘墻布置在西1072運輸大巷，料石砂漿砌筑，注漿材料為XPM納米抗滲堵漏劑，防水閘墻上設置2個(每個6寸)泄水孔。

13道出水密閉分別為北二9號煤聯絡巷密閉(3.0 m/h)、西1072運輸大巷1#防水密閉(無水)、28406切眼聯絡巷密閉(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運輸大巷正前密閉(1.0 m/h)、1803 斜坡坡頂2+3號煤聯絡巷密閉(0.5 m/h)、18301副巷密閉(3.0 m/h)、南三4號煤集中運煤巷密閉(1.0 m/h)、18401瓦斯治理巷1#橫貫密閉(5.0 m/h)、18403原切眼聯絡巷密閉(5.0 m/h)、南五8號煤聯絡巷密閉(3.0 m/h)。

通過對礦井防水密閉的普查，經分析認定防水密閉為本礦主要隱蔽致災地質因素之一。針對防水密閉需繪制防水密閉巡查圖，對防水密閉進行逐個排查；定期巡查，雨季加密巡查次數；對留設有泄水孔的防水密閉要定期進行疏通；對原先有水，經疏通后仍然無水的防水密閉要根據巡查圖進行分析；對存在閉中閉的防水密閉必要時補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 結語

綜合分析地質勘察資料并結合煤礦井下實際生產情況，對煤礦小窯老空、自然災害、封閉不良鉆孔、斷層、陷落柱、瓦斯、含水體、風氧化帶和黃泥帶、含水體、井下火區等現象進行分析，找出了礦井主要隱藏致災地質因素為小窯老空水、陷落柱、防水密閉、風氧化帶和黃泥帶。