煤礦隱蔽致災地質因素普查工作的探討

母澤森

（重慶市地質礦產勘查開發局，重慶 401120）

0 引言

煤礦隱蔽致災地質因素是煤礦地質災害發生的主觀因素，深化煤礦隱蔽致災地質因素普查工作，是礦井隱蔽致災地質因素實現綜合治理、超前預防的根本保障；是礦井有效防止重特大事故、減少傷亡事故的重要手段。

1 煤礦地質災害事故的主要類型

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構中占據重要地位。隨著礦井開采強度的不斷增加，煤礦存在爆炸、燃燒、中毒、窒息、水淹等重大事故隱患，在現有采掘技術條件下難以有效防治，災害事故時有發生，給人民生命財產造成巨大損失[1]。按《企業職工傷亡事故分類》（GB 6441—1986）[2]，將煤礦地質災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

煤礦隱蔽致災地質因素是指隱伏在采礦許可范圍及其影響范圍內，在采掘過程中可能誘發災害事故的不良地質體。主要包括各種地下水體（含水層、老窯、采空區、斷層帶、巖溶陷落區等積水）；導水（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（硬度、抗壓強度、完整程度、滲透性、含水性、軟弱夾層、裂隙水等）；煤層性質（瓦斯含量、硬度、孔隙率、煤質、含水量、小構造等）；煤塵顆粒大小、濃度、物理化學性質（燃燒熱、易氧化性、易帶電性、所含揮發分）；探采活動形成（封閉不良鉆孔、裂隙帶、廢棄的井巷及采空區、硐室形狀及大小等）等。

3 致災特征

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

4 種類劃分

煤礦隱蔽致災地質因素主要是由巖礦層賦存的空間地質體特征和探采活動決定的。因此隱蔽致災地質因素按成因分為兩大類16 種。兩大類包括自然地質體類、探采活動類；自然地質體類包括褶皺、斷層、節理、含水層、巖溶塌陷、煤的賦存狀態、煤的物理化學性質、瓦斯、煤層自燃、圍巖的物理力學性質、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、井巷）、冒落帶、裂隙帶4 種。

5 針對不同隱蔽致災地質因素的普查措施

開展好煤礦隱蔽致災因素普查工作就是在查明各隱蔽致災因素的致災原理的基礎上，采取有效的方法進行調查認定，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、采區、工作面的布置。易誘發透（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查、井下調查的基礎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布置，同時作為礦井水氣運移的通道，易誘發瓦斯、透（突）水事故。普查措施主要是在地面調查、井下調查的基礎上采用地貌填圖、探地雷達、淺層地震、化探、鉆探等。

5.3 節理

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

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查、井下調查的基礎上采用槽探、鉆探、化探等。

5.5 巖溶塌陷

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

5.6 煤的賦存狀況（產狀、埋深、厚度、結構及形態）

具體如下：①產狀。是指煤巖層的產出狀態，由走向、傾向和傾角構成。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）。是指主井井口的標高與開采最低標高之間的差。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結構。煤層結構可分簡單結構（部含夾矸）、復雜結構（含夾矸）。影響礦井開采方式、回采率、煤塵等。⑤形態。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、扁豆狀、雞窩狀、串珠狀展布并有分叉、復合、尖滅等現象。影響礦井開采方式、回采率、煤塵等。

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

5.7 煤的物理化學性質

煤的物理力學性質包括光學性質（光澤、顏色、反射率等）、空間結構性質（密度）、力學性質（硬度、脆度、可磨性等）、熱性質（著火點、氣化指標）等。

煤的化學組成包括工業分析和元素分析。工業分析包括煤中的水分、灰分、揮發分和固定炭四項；元素分析是指對有機部分炭、氫、氧、氮、硫、磷等元素的組成進行分析。

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

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，在空氣濃度達到5%～16%時，遇明火就會爆炸。普查措施主要是在井下調查的基礎上進行瓦斯相對涌出量、絕對涌出量、瓦斯壓力、瓦斯放散初速度、煤的堅固性系數、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，引起燃燒的現象。煤層自燃一般要經歷三個時期：準備期（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程度、分子結構、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、地質構造（斷層、褶皺、巖漿入侵帶等）等；觀因素是：開拓開采方式、通風方式、采空區管理等。普查措施主要為井下調查、煤層自燃相關參數測試。

5.10 圍巖的物理力學性質

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

5.11 煤塵

煤塵是煤礦采掘過程中因煤巖層破碎、施工材料揚塵所產生的各類固體物質細微顆粒的總稱。煤塵除污染作業環境、影響礦工身體健康、加速機械電氣設備損壞、縮短緊密儀器儀表使用壽命外，懸浮在空氣中濃度達到下限30～50g/m3，上限1000～2000g/m3時，在高溫熱源的作用下可能發生爆炸，造成重大人身傷亡事故。普查措施主要是井下調查。

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力集中，產生爆裂松脫、剝落、彈射甚至拋擲的一種動力失穩地質災害。巖爆不僅造成采掘工作面、設備的損毀，還危害礦工的生命安全。誘發的主要因素有礦巖物理力學性質、開采深度、地質構造、不當開采技術、爆破激發等。目前主要采用能量法、克狄賓斯克法、彈性變形法預測判斷。

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、封孔質量不合格、封了孔但未進行質量檢查等導致封孔質量無準確評價。易形成水氣通道，誘發透水、瓦斯事故。普查措施主要是對其進行啟封檢查。

5.14 廢棄（老窯、采空區、井巷）

（1）老空水是廢棄（老窯、采空區、井巷）長期接受圍巖中各類含水層、地表水體補給逐漸形成的。是透（突）水的水源之一。普查措施是在地面調查、井下調查的基礎上，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，并結合鉆探，查明廢棄（老窯、采空區、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。易誘發中毒窒息事故。普查措施主要是井下調查。

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、垮塌填充采空區的范圍。一般也就是采高的3～15 倍（根據上覆巖層巖性）。它不僅可能誘發冒頂片幫，同時還可能誘發煤塵爆炸、煤層自燃、瓦斯爆炸、透水事故。普查措施主要為經驗公式法、現場實測法等。

5.16 裂隙帶

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

6 煤礦地災事故的防范措施

6.1 井下防水措施

煤礦企業應當設立相應的防治水部門，配齊專業技術人員，配備探防水設備；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）筑物，臨時或永久地截住涌水，將采掘區與水源隔離；特殊情況下還可以采取注漿堵水的方法切斷補給水源、建立人工保護帶。

6.2 煤層自燃發火預防措施

在選擇合理的開拓方式和采煤方法基礎上，合理布置采區，提高回采率，合理選用通風系統、避免串聯通風，正確選擇建筑通風構筑物（風門、風橋、風墻、風窗等）的數量及位置，加強通風管理，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 瓦斯事故預防措施

在健全穩定、合理、可靠的通風系統的基礎上，保證工作面有充足的風量，杜絕掘進工作面無計劃通風，防止瓦斯積聚；防止電火花、明火、防炮引燃瓦斯；積極開展瓦斯地質研究，確定瓦斯異常區裝備管理標準。

6.4 煤塵爆炸事故預防措施

預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除塵、消除落塵、濕式作業、密閉抽塵、噴霧灑水、個體防護、凈化風流、煤層和采空區注水濕潤煤體等減少煤塵發生量和浮塵量；杜絕引爆火源主要是通過防止放炮火花、電氣火花、機械摩擦或碰撞火花、瓦斯爆炸和煤層自燃法火產生的火源等措施；防爆隔爆措施就是在巷道中按規定安裝巖粉棚、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，以及當局部發生煤塵爆炸后，將煤塵爆炸局限在較小的范圍內，阻止其繼續傳播和發展。

6.5 冒頂片幫事故的預防措施

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

6.6 巖爆事故的預防措施

降低回采過程中彈性應變能的釋放速度；減少礦塊寬度；振動爆破釋放應力；改變礦巖層物理力學性質等。

7 結語

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

應充分認識開展煤礦隱蔽致災因素普查工作的重要性，對礦井中存在的隱蔽致災因素進行徹底清查，根據不同致災因素有針對性的制定預防措施，能最大限度地避免或減少礦井災害事故的發生，從根本上防范重、特大事故的發生。