礦井安全與地質環境

2006/3/20 10:06:01

   煤礦開采屬地下作業，由于其生產系統復雜，環節眾多，地質條件頻繁變化的采掘工作面的推進及隨時移動，給井下生產帶來了一個個未知而又不安全因素，特別是頂板、瓦斯、水、火、煤塵等五大自然災害時刻威脅職工生命的安全。雖然“安全第一、預防為主”的方針作為煤礦安全生產永恒的主題，但是傷亡事故仍時有發生。究其原因雖有多種，但特殊的自然地質環境和惡劣的地質條件往往是孕育慘痛事故的溫床。本文通過分析礦井安全與地質環境因素的關系，從而總結規律，試圖找到一種“科學預測，超前監控，事先防范”的事故預防途徑，以期在實踐中正確指導礦井安全生產。
一、礦井安全與地質構造：
（一）地質構造：地質構造常出現巖層滑移，圍巖破碎等特征，因而地質構造帶往往是發生頂板、透水、瓦斯事故的地段。
    1、褶曲構造：由于巖層受到構造應力的作用，地殼的水平運動是造成構造的地質條件。單一巖層受構造應力的作用，不同部位會產生一系列的裂隙、小斷層、節理等內部小構造。特別是在褶曲軸部往往烈隙、節理發育，煤層暴露后吸水脫落，同時其軸部產狀變化急劇，回采中不易支護，易發生片幫及冒頂事故。其次褶曲軸部煤厚度易突變(變厚或變薄)，小眼掘進時易發生煤層跨落堵人事故。
    2、斷層：斷層廣泛發育于不同構造環境中類型很多，斷層活動總會在產出地段的有關地層、構造、煤層反應出來。在礦井生產過程中，常遇到許多不同性質的斷層，其破碎帶大小不一，對圍巖破壞程度也不同；同時常在斷層兩旁產生牽引、揉皺、擠壓等現象，導致煤層突增或壓薄，煤層突增處易產生煤層偏冒、跨落堵人事故。還有一些頂斷底不斷及底斷頂不斷的小斷層及小斷層及小斷層間滑動構造部位，由于受到構造應力的作用，圍巖易脫落，且脫落面積較大，沒有預兆，采空后頂板來壓較快,是產生頂板事故的地段。
    工作面斷層過壓時，正確推斷斷層的性質、斷距，及時留設斷層煤柱，是防止透水及瓦斯事故的關鍵。
    3、從瓦斯賦存與構造關系規律看，褶曲軸部往往是瓦斯富集帶，為此正確預測褶曲軸部位置對防止瓦斯突出而引起的事故也是至關重要的。
    (二)煤巖組合：即煤層煤頂板厚度、巖性、結構等，它們是引發頂板事故的重要地質因素。由于煤系地層受到地質應力及后期改造影響，煤巖層均已產生形變，導致圍巖破碎，頂板多變不平整，煤層形態多變，增加采面頂板管理的難度，通常易引發事故隱患因素有：
    1、圍巖節理和劈理發育地段，易產生煤巖層脫落傷人，尤其是雨季期間，水沿裂隙侵入，造成煤巖層冒頂及跨幫事故。如：2000年569水平刷新車場時，由于圍巖節理和劈理發育，兩節理面斜交，由于敲幫問頂不及時，工人在出碴時，頂突然冒落，造成巖層冒頂事故。
    2、如煤層偽頂完整性差，強度低，則采面推進時，由于敲擊或放炮震動后，如果支護沒有及時跟上，或支護手段、方式沒有適應煤層頂板變化，也極易產生頂板事故。
    3、回采過程中，隨采空面積的擴大，又未能及時回柱放頂，引起一些部位應力集中，從而導致較脆弱部位頂板跨落，或者激發煤層瓦斯的異常涌出，從而波及工作面的安全。
    4、復雜的煤巖結構煤層中往往含有夾矸層，開采中易發生夾矸至上分層脫落傷人事故。
    5、煤層厚度變化：本區煤層厚度變化主要屬后生變化，加上褶曲、斷層發育，造成煤層形態多變，常出現藕節狀、雞窩狀、階梯狀等不規則形態出現，特別在構造擠壓帶附近易形成煤包及厚薄相間帶等等。由于煤厚的變化造成頂板穩定性差，偽頂發育，而造成采面頂板管理難度較大，這些都是容易產生頂板及跨煤事故的地點。傾角大的煤層一旦發生局部冒頂時，由于頂板向下滑移，可能擴大成為大面積的冒頂。如小井掘進突遇大煤包，由于支護不善而導致跨煤堵人傷亡事故。
    二、礦井安全與瓦斯地質：
    本區礦井雖屬于低瓦斯礦井，但歷年來也曾發生過在廢巷、采空區、采區獨頭巷道、采面順槽及沿煤上山等地段的C02窒息及CO中毒等氣體事故特別是小煤窯，由于通風管理不善，這類事故更是頻繁)。通過分析，本人認為瓦斯對礦井安全危害主要有以下幾個特點：
    1、瓦斯的含量隨著煤層變質程度增加也隨著增加。開采深度的加深，地應力和巖體本身的自重力相應增大，瓦斯含量和瓦斯壓力也隨著增大。從而增加通風管理難度，導致氣體事故的發生。
    2、巖漿熱液變質作用、巖漿侵入作用、巖漿軟化煤層圍巖作用直接影響著瓦斯賦存。不同構造部位，瓦斯含量不一。巖漿侵入帶附近，壓性斷層、復式向、背斜軸部轉折端，瓦斯易于聚集，這些部位往往是瓦斯事故常發生地帶，而張性斷層、褶曲兩翼，則瓦斯不易于積聚。
    3、“煤包”易造成瓦斯突出事故。煤厚的變化，是由于地應力集中的顯觀，是后期改造形成的。由于后期改造中可引起明顯的煤層結構破壞，瓦斯突出前的煤變松、層理紊亂，以軟分層易于突出，并不是所有的“煤包”都會發生瓦斯突出。瓦斯含量與煤包圍巖組合特征、與地表距離、煤變質程度、煤體結構、煤巖類型、煤組分、附近巖漿活動、采掘應力等因素成正比。
    4、水小瓦斯含量高，水大瓦斯含量低。巖層產狀平緩，裂隙發育，圍巖透氣、透水性差的封閉地段，瓦斯易于積聚，相反裂隙發育，圍巖及煤層透氣、透水性好的地段，則瓦斯不易于積聚，前者往往是瓦斯氣體事故常發生地帶。
    5、瓦斯是流動的有害氣體，隨著氣壓變化而變化，不斷地流動，改變聚集地點，常多聚集在老空區和通風不良的廢巷、獨頭巷道和小煤，因而這些地點是最易發生瓦斯氣體事故的地方。這方面的事故小煤窯由于通風管理不良最易出現該類事故。
    6、采面管理不善，開采順序不合理，采面無及時回柱，控頂距離過大，以及采空區遺煤太多，均能引起瓦斯異常涌出而引發瓦斯氣體事故。
    三、礦井安全與水文地質：
    由于礦井在開拓、掘進、回采過程中，不斷改變原始水文地質條件，從而導致水害發生，危及礦井安全的水害有：
    1、老窯、老硐水：
    小煤窯非法開采之風愈演愈烈，礦井周圍小煤窯星羅棋布，這些小煤窯有的開采歷史較長，主要分布于可采煤層淺部，并均有不同程度的積水，隨著小煤窯的不斷延伸和超層越界開采，導致很多小煤窯與礦井相通，把老窯水往礦井內排放，而大部分小煤窯由于其開采的具體位置、范圍以及老塘積水量難以測定，故在采礦過程中很容易發生透水事故，有的甚至還引起淹井，給礦井安全生產造成極大的潛在威脅。如2000年6月19日，我礦由于小煤窯逐步侵入和越界開采，礦井與周圍小煤窯多處相通，洪水從四通八達的小煤井向我礦傾注而人，導致+370水平、+395水平受淹，造成停產十多天，損失200多萬元的特大淹井事故。可見老窯及其老硐水對礦井安全的威脅是多么巨大。
2、斷層水、地下水：
　我礦的地下水補給主要來源是地表水，貫穿井田上部有一條小溪，開采時要留設足夠的保安煤柱。在礦井地層中都普遍存在多少、大小不等的斷層，而這些斷層相當部分是導水斷，若不采取過斷層措施，也容易發生斷層透水事故，有的斷層直接溝通地表水體，對開采其影響范圍內的煤層也是一個極大的隱患。此外，井田內一些早期施工的鉆孔，由于封孔質量不好，有個別鉆孔出現漏水及導水現象，對礦井來說也是一個安全隱患，須加以防范。
    四、結論及防范措施：
    多年來，人們在調查、分析和處理事故過程中常常側重于主觀因素，從主觀方面人手，重視追究事故責任者的責任，而往往淡漠了事故產生的客觀地質環境因素，沒有很好地總結每起事故發生與其地質條件的內在必然聯系的規律，并從中吸取經驗教訓，因而現實中我們常常發現同樣性質的事故屢防屢犯，防而不止，杜而不絕的被動局面。
    綜上所述，作者就地質環境因素與礦井安全存在的矛盾，淺談一下自己的見解，提出如下解決辦法和防范措施：
    1、加強頂板管理：
    (1)采掘工作面在開工之前，要以新《煤礦安全規程》為指導思想，制定嚴格、詳細的作業規程，規程中要針對工作面的具體的地質條件，制定詳細的采面地質說明書與完善的頂板管理措施，特別是對工作面支護質量、規格要作嚴格細致的規定，并且要隨著工作面的不斷推進和地質條件的不斷變化而作出相應的補充和完善，并做到培訓到位，貫徹到個人。作業規程須經有關領導審批并在有關人員(包括安監員、技術員)中進行全面貫徹之后方可開工，無作業規程或不完善以及沒有全面貫徹堅決不許開工。
    (2)采掘工作面首先要嚴格按照新《煤礦安全規程》規定施工作業，嚴禁違章作業，堅持“三不生產原則”強化現場管理。其次，工作面的支護質量規格和方式要嚴格按照規程要求進行，不合格的堅決令其停產整改，遇到地質條件特殊地段如斷層、褶曲、擠壓帶和頂板特別破碎地點要采取特殊和穩妥的支護方式。其三，采面要堅持按規程要求及時回柱放頂，無及時回柱放頂的不準作業。其四，小眼開口時：開口前應先險查開口處前后5．0米內運巷棚架的完好情況以及頂板與開口邦的情況，凡有支架腐朽或折斷應先修復加固，開口處必須再架設抬棚支控，開口后應及時鎖口支護；剛開口應采取少裝藥、放小炮的措施，以避免造成對開口處圍巖的震動破壞；對圍巖比較完整、煤層厚度小于1．2米、不需要架棚支護的小井，開口3．0米內寬度可以達到2．0米，以便于行人，小井口應設置扶梯。
    (3)根據煤巖性特征，合理布置炮眼，控制裝藥量，避免由于放炮引起冒頂事故。
   (4)切實落實采掘工作面的敲幫問頂工作，架棚巷道堅持使用超前支護，嚴禁空頂作業，消除頂板事故。
    2、加強瓦斯管理，深入開展瓦斯地質的預測預報工作。
    (1)地質人員要及時準確做好斷層、褶曲等瓦斯富集地段的地質構造具體情況的預測預報工作，以便為開采過程及時留設斷層煤柱或及時做好瓦斯管理工作提供可靠依據。
    (2)加強采掘工作面的瓦斯管理，切實落實瓦斯檢測制度，在過斷層、褶曲等瓦斯富集地段，應適當增加瓦斯檢測次數或加大供風量沖淡瓦斯。
    (3)做好局部通風工作，保證工作面有足夠的風量沖淡瓦斯濃度。采掘作業點要堅持“一炮三檢”制度。對臨時停工停風地點，沒有避風的獨頭巷道、小眼、采空區應及時設置柵欄，并掛上警標，以防氣體事故。
    (4)采取合理的開采順序，加強采面管理，防止因采面管理不善而導致瓦斯異常涌出。
3、加強水害的治理工作：
(1)加強對周邊小煤窯的整治，對非法超層越界開采而危及礦井安全生產的小煤窯，堅決給予封閉，并追究法律責任。
(2)加強小煤窯的調查力度，經常組織地質、生產、安監等部門有關人員深入周邊小煤窯對小煤窯開采現狀、老窯及老空區進行全面徹底調查，并密切注意周邊小煤窯生產動態，超前做好井下透水隱患的預測預報工作，及時治理塌陷區和護巷煤柱被破地段。
　(3)加強采掘工作面的探放水工作，堅持“有疑必探，先探后掘”的原則，把透水隱患消滅在萌芽狀態。

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