礦井地質災害要素與地質災源體辨識評價

王子珩

（中國煤炭地質總局勘查研究總院，北京 100039）

礦井地質災害是一種常見的煤礦安全事故類型，其中大多是和隱蔽致災因素相關，是煤礦災害事故發生主要原因，礦井地質災害通常是煤礦井下和地質條件有關聯的重大事故，如瓦斯爆炸、煤塵、沖擊低壓、冒頂等等，在發生礦井地質災害前災害源就已經存在，不過存在比較隱蔽，沒有被人們及時發現，在煤礦開采中因各方面因素導致地質災害發生，對人們的生命安全及財產安全帶來極大威脅[1]。為此本文就根據典型的礦井地質災害案例，對災害要素及成災原理進行分析，并對地質災源體的辨識評價方法展開敘述和探討，規范地質災害因素研究，減少礦井地質災害事件的發生。

1 礦井地質災害的成災案例和機理

圖1 工作人員對地壓危險區域進行排查

根據近幾年的資料查找發現，礦井地質災害事件發生較多，例如在2016 年新疆莎車天利煤礦因頂煤工作面的頂板穩定性不夠，缺乏足夠支護，導致頂部發生失穩或局部鍛煉導致頂煤垮落；2015 年山西同煤集團因導水裂隙帶破壞上覆隔水層，頂板水涌入工作面造成災害；2013 年吉林八寶煤業因上區段采空區漏風，煤層發生自燃引發瓦斯爆炸；還有在2011 年義馬煤業發生沖擊地壓事故，在煤層開采后，礦區地層局部倒轉，產生構造應力，對地壓危險區域帶來較強的沖擊力。通過對以上這些典型的礦井地質災害案例分析發現，在發生礦井地質災害時主要包括了災源體，觸發因素和其他外在影響因素等，導致礦井地質災害的發生，其中其他外在影響因素是災害在發生時對礦井地質災害發生的危險程度起到調節作用，如加劇或減輕。

2 礦井地質災害的成災要素

（1）災源體。災源體是在煤礦采掘工作中受到采掘作業影響對地質體產生擾動，而這些地質體可能會引發礦井地質災害，例如具有力學結構或特定性質的圍巖、煤層，或者是地下水和瓦斯在達到一定量值后也會成為災源體。

（2）觸發因素。觸發因素較多，主要是在煤礦開采作業中人類的采礦活動觸發地質災害，主要包括：在煤礦采掘過程中破壞了隔水層和巖體，發生水害；在煤礦采掘時空氣中氧氣含量超過12%，隨著熱量積聚和氧化放熱，達到煤的著火點，引發自燃事故；在煤礦采掘時，瓦斯濃度超過2%，且空氣中氧氣濃度含量超過12%，發生瓦斯爆炸；當煤礦采掘中氧氣濃度超過18%，煤塵的濃度超過40g/m3，靠近高溫火源的情況下會發生煤塵爆炸。另外，在煤礦采掘中，人們的開采作業會導致煤層發生震動，頂板巖石不穩定導致墜落，進而發生冒頂災害；在巷道周圍的煤和巖層缺乏支護作用，發生片幫，引發災害。在煤層開采時會出現大面積懸空，而煤層的覆巖層比較堅硬，也比較后，在發生大面積懸空后應力超過支護強度，會發生折斷垮落，煤礦工作面周圍巖體會發生彈性變形，導致媒體突然發生位移或拋出等現象，引發劇烈破壞。

（3）其他外在影響因素。其他外在的影響因素包括人為和地質兩個方面的因素。人為因素主要是和開采人員有關，在煤礦開采中，離層水聚集在煤層的覆巖離層空腔，老空水聚集在老窯和采空區，引發礦井水害。或在地質勘察中因鉆孔的封孔質量問題導致瓦斯或其他有害氣體，通過鉆孔涌出通道，如果在礦井開采中鉆孔封閉不良，又或者是沒有進行封孔，都會導致礦井地質災害的發生，并增加災害危險程度。地質因素相對比較復雜，一般包括地質斷層、褶皺、覆巖力學結構等方面的原因，一般來說礦井的背斜區瓦斯聚集較多，向斜區則有地下水積聚，在地質開采時開采到背斜區或向斜區都會增加瓦斯災害或水害。斷層也會讓隔水層空間發生改變，當斷層拉張后會讓地下水運移，在斷層的破裂帶如果沒有填充膠結的情況下會導致地下水聚集，增加礦井水害危險。而且在拉張性正斷層還會讓瓦斯及其他有害氣體運輸，導致瓦斯及有害氣體飄散，增加了災害發生可能性。在煤礦開采作業中使節理間隙發生擴張，為地下水或瓦斯提供提供了通道，在節理間隙部位存在發育帶，也會導致地下水和瓦斯聚集。在煤層覆巖中如果巖層存在較大的力學性質差異，煤礦開采作業會導致頂板發生變形，不同的巖層會產生不規則或者不協調的位移，在軟巖層和應巖層之間會產生空腔，形成離層水，引發水害。

3 礦井地質災害災源體的辨識和評價方法

（1）危險源辨識。在對礦井地質災害源辨識工作中，要求工作人員細致、謹慎的進行辨識，這也是災害治理工作基礎要求。在礦井地質災害體辨識中要求施工人員對施工現場全面把控，分析礦井地質開采中存在的危險因素以及災害體的構成要素，對其進行正確的風險評價。一般常見礦井地質災害的災害源一共有6 類，第一類，水害。由于礦井受到采掘作業的破壞，對地質水體或含水層遭受破壞，水害的災源體可以分為地表水，頂板水和底板水，其中地表水包括江河湖泊，積水洼地、水庫池塘等，主要分布與礦區和周邊地區；頂板水是在煤層上覆強含水層；底板水是煤層下的承壓水。第二類，火災，火災的災源體主要是具有自燃傾向的煤層，這類煤層通常具備低溫氧化的特性，根據自燃傾向分類可以分為Ⅰ類和Ⅱ類。第三類，瓦斯災害，災源體是煤層或圍巖上吸附的煤系氣。第四類，煤塵。第五類，頂板。第六類，沖擊地壓。在礦井地質災害中，這些災源體的特性都具有隱蔽性和地源性等特征，地源性是礦井地質災害災源體的一種本質屬性，即地質屬性，都屬于地質體。隱蔽性是指潛伏在礦井地質中，是煤層或圍巖的組成部分，在礦井開采前保持平衡和穩定狀態，一般不會發生災害，當礦井開采工作擾動巖層的穩定性，進而引發地質災害。

圖2 礦井地質災害的災源體

（2）災害風險評定。在礦井地質災害風險評定工作中，評定工作人員首先進行災害體的辨識工作，通過查閱資料或現場觀察識別危險源后，由管理人員對這些危險源進行評判，并查看企業以前所發生的事故記錄或者職業病等其他記錄，分析記錄中隱藏的危險源。在現場查看時需要對礦井地質開采的施工現場以及周圍環境進行觀察與判斷，發現潛在的危險源。另外，還要對施工現場的人員進行詢問，和有豐富工作經驗的施工員進行交流，了解施工現場潛在的危險源。

根據我國風險評價方法，包括定性評價和定量評價兩種，這兩種評價方式都有一定的局限性和適用范圍，在對礦井地質災害現場風險評價中，需要根據災害特點進行危險系評價法，這種評價方式具有較強的可操作性和適用性，可以判斷出災害發生的危險程度，為后續的治理工作提供決策依據。在了解以后對礦井地質災害源危險度進行評價，評價依據包括災源體指標，制定評價標準和評價等級，再對災源體的危險度進行評價。例如在地表水危險度評價中，評價的標準是當水量較小時，開采煤層覆巖厚度大的情況下，危險度較低；如水量較大，開采煤層覆巖的厚度較小時，危險度為中度；而水量大，開采煤層覆巖厚度小，導水裂隙帶和地表水體可能發生運移時，發生水害的危險度較高。在煤層自然傾向評價時，主要分為容易自燃類（Ⅰ類）、自燃類（Ⅱ類）、不易自燃類（Ⅲ類）這三類，當Vd ＞0.70 的情況下，發生自燃災害的危險度較高；當0.40 ＜Vd ≤0.70，發生自燃災害的危險度中等；當Vd≤0.40時，發生自燃災害的危險度較低（其中Vd為煤樣干燥無灰基揮發分Vdaf＞18%時煤的吸氧量）。

（3）危害源控制。為了加強對礦井地質災害危險源控制，就需要加強礦井開采中的施工管理，利用相應的技術手段減少施工中的人為失誤因素，控制危險源，保障礦井地質開采中的施工安全問題。根據礦井地質災害的成災要素分析和災源體辨識，同時根據礦井工程所處環境和地理位置，施工條件等因素，分析礦井地質中隱藏的災源體，對災源體的危險程度進行預判，并建立相應的應急救援體系。在礦井地質災害工程治理中，針對成災要素中的人為因素，需要加強對施工現場的管理和施工人員管理，從源頭上控制危險的發生，在企業內部建立安全生產責任制，并加強對施工人員的安全教育培訓，幫助施工人員和作業人員的安全意識，減少安全隱患。另外，在礦井地質開采中需要對危險源不安全狀態進行控制，例如通過距離防護或者時間防護，控制災害發生的危險程度。在礦井開采中需要做好防護和預防措施，屏蔽潛在危險源，減少危險源存在，而且施工作業人員或施工管理人員應先對地質災害特征有全面的了解，在施工現場建立監測網絡，對礦井地下地質情況及開采作業環境進行實時監測，并及時分析監測數據，根據地質災害發生特點及變化情況，及時建立預警監測機制，做好礦井地質災害預警工作。

4 結語

綜上所述，礦井地質災害不僅嚴重制約了煤礦行業的發展，還會對施工作業人員的生命安全及財產安全帶來嚴重威脅，為了保障煤礦作業生產的正常進行，保障煤礦作業人員的生命安全，做好礦井地質災害成災要素和災源體的辨識評價工作具有重要的現實意義。礦井地質工作者應對地質災源體空間分布規律進行分析，對地質災源體的危險度進行評價和預測，并采取科學的防控技術和防控措施，遏制人的不安全行為，做好對災源體動態監測和定位，做好預警工作，減少礦井地質災害的危險程度。