淺談煤礦地質構造對安全生產的影響

喬雷

(安徽淮北礦業股份有限公司朱莊煤礦,安徽淮北 235047)

淺談煤礦地質構造對安全生產的影響

喬雷

(安徽淮北礦業股份有限公司朱莊煤礦,安徽淮北 235047)

煤礦企業屬于高危行業,煤礦的安全生產是企業的重中之重,安全與生產兩者存在著密切的聯系,安全是生產的前提,要想搞好生產,實現礦井的高產高效,必須抓好安全。隨著礦井開采的不斷深入,井下地質構造復雜、煤層厚度呈現不穩定及不規則的形態,對井巷掘進、煤層開采造成嚴重影響,并威脅著井下安全生產,是影響煤礦安全生產最重要的客觀因素。

地質構造 安全生產 影響

據近幾年我國煤礦事故數據統計，在各類煤礦安全事故中，大約占60%～70%為頂板、瓦斯及突水等惡性事故，而這些類型的事故基本都與煤礦地質構造有著密切的關聯。

1 煤礦地質構造與頂板事故的關系

1.1 褶皺構造與頂板事故

褶皺構造是巖(煤)層因在構造運動的作用下而變形，形成的一系列連續彎曲。褶皺構造中的每一個彎曲稱為褶曲，它是褶皺構造的基本單位。褶皺構造中巖層的連續完整性未遭到破壞，是巖石塑性變形的表現。從褶皺成因分析，褶皺一般是由縱彎褶皺作用、橫彎褶皺作用和剪切褶皺作用形成。其中受順層擠壓應力作用導致巖層彎曲而形成褶皺的作用稱縱彎褶皺作用；巖層受到與巖層面垂直的外力作用而發生彎曲形成褶皺的過程稱為橫彎褶皺作用；由于切層或順層剪切而導致褶皺形成的作用為剪切褶皺作用。在構造應力作用下，巖(煤)層要發生塑性流動或滑動，使得不同部位產生一系列的裂隙、小斷層、節理等內部小構造。在褶曲的核部裂隙、節理更加發育，巖層極其破碎，易冒落，巖(煤)層軸部產狀急劇變化，煤層厚度發生急劇擠厚壓薄現象，采掘過程中不易支護，必須加強支護，否則很容易發生片幫及冒頂事故，給頂板管理帶來困難。

1.2 斷裂構造與頂板事故

斷裂構造是指巖石因受地殼內的動力，沿著一定方向產生機械破裂，失去其連續性和整體性的一種現象。斷裂構造包括節理和斷層，其中斷層使巖(煤)層兩側發生明顯的位移。斷層在不同的構造環境中發育很廣泛，類型很多，特別是地質構造復雜的礦區，斷層大小不一、規模不等，小的不足一米，大到數十、上百米，其斷距、破碎帶大小不一，對圍巖破壞的程度也不相同，在破碎帶極易產生頂板事故；另外，在斷層兩側還會出現牽引褶曲、揉皺、擠壓和破碎等現象，同時煤層和頂、底板巖層中裂隙也顯著增加，還會導致煤層厚度突增、壓薄或尖滅，采掘過程中該處煤(巖)層暴露后也容易產生冒頂事故；還有一些斷底不斷頂或斷頂不斷底的小斷層以及層間滑動構造部位，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，采掘時也易發生頂板事故。

1.3 巖漿侵入與頂板事故

巖漿侵入不但破壞了煤層的連續性和完整性，而且巖漿侵入煤層所形成的巖體，其邊緣極不規則，在侵入體前緣的煤(巖)層中往往出現特殊的揉皺現象，煤理紊亂，具有旋窩狀褶曲等小構造，如果沒有掌握巖漿侵入體分布的特征和接觸變質的規律，如果支護不當，容易發生局部冒頂現象。

1.4 煤巖組合與頂板事故

由于煤系地層受到地質應力及后期構造變動影響，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。經實踐證實，在煤層偽頂完整性差，強度低，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；巖層膠結物以泥質、粘土質為主的；以沼澤相、泥炭沼澤相為主的煤巖組合，在原始沉積時部分沉積物的表層可能發生風化，形成土壤層，高嶺土化作用顯著；煤巖結構復雜的煤層中往往含有多層夾矸層，開采中易發生夾矸至上分層脫落的煤巖組合情況下極易產生頂板滑移和冒頂事故。

2 煤礦地質構造與瓦斯事故的關系

2.1 煤與瓦斯突出

煤與瓦斯突出是指煤礦井下采掘過程中，在煤和地應力的作用下，在很短時間從煤巖體內噴出大量的煤巖與瓦斯的動力現象。突出與地質構造的關系密切，多發生在地質構造帶內，如斷層、褶曲和火成巖侵入區附近，可造成設施破壞和人員傷亡事故。

2.2 瓦斯風華帶

在地質構造復雜、煤層結構被破壞時均可能影響瓦斯風華帶的發育程度。如采掘工程在瓦斯風華帶內，當通風不良或停風時，不但會有CO2引起窒息的危險，還有發生瓦斯爆炸的危險。

3 煤礦地質構造與突水事故的關系

礦井突水是指在采掘過程中當巷道揭穿導水斷裂、富水溶洞、積水老窿，大量地下水突然涌入礦山井巷的現象。礦井突水一般來勢兇猛，常會在短時間內淹沒坑道，給礦山生產帶來危害，造成人員傷亡。復雜的地質構造(大斷層、褶皺等)都是地下水富集的地方。礦井突水應具備三個基本要素即水量、水源和導水通道。因此，在采掘工程中地質構造可能引起井下突水的發生，不但給煤礦造成生產上的被動和損失，更給安全帶來消極的影響。

3.1 斷裂構造對煤礦突水的影響

(1)隔水層對突水起阻擋作用，其阻水能力是由其厚度、巖性組合及力學強度決定的厚度越大，越不易出。當出現斷層時，上下兩盤巖(煤)層發生錯動，縮短了煤層與底板含水層間的距離，使底板隔水層有效厚度減少，甚至造成斷層一盤的煤層與另一盤的含水層直接接觸，使底板隔水層有效厚度消失，從而使煤層底板突水危險性增大。

(2)斷裂帶內裂隙發育，巖體破碎，強度降低，不僅給承壓水的導升創造了有利條件，甚至裂隙帶可能成為充水帶，使水文地質條件更加復雜，增大了防治水工程的難度，給突水創造了條件，在采掘工程中極易發生突水事故。

3.2 陷落柱對煤礦突水的影響

巖溶陷落柱是埋藏型巖溶的地下溶洞的頂部巖層及覆蓋層在荷載或其他動力作用下，失去支撐發生坍塌和剝落后形成的上小下大的錐狀塌陷體。陷落柱突水災害是礦井巖溶突水災害的重要類型之一。其主要特點是突水性強，規模大，破壞損失嚴重。因巖溶陷落柱除自身常儲聚大量地下水外，還常成為溝通其他水源的導水通道，所以陷落柱突水特別容易造成嚴重的淹井事故。

4 結語

在煤礦安全生產工作中，不應僅就安全抓安全，探明地質構造的類型和規模是保障安全生產的第一步，應時刻注意地質構造的變化，認真研究分析這些地質因素，找出規律，制定有效的防治措施，預防煤礦重大事故的發生。

[1]謝仁海,渠天祥,錢光謨.構造地質學[M].徐州:中國礦業大學出版社,2007.

[2]鞏望旭.礦井地質[M].北京:煤炭工業出版社,2007.

[3]賈琇明.煤礦地質學[M].徐州:中國礦業大學出版社,2007.

喬雷(1986--),男,安徽淮北人,助理工程師,從事煤礦地質工作。