煤礦地質災害特征分析及預測措施研究

(石嘴山市旭億測繪公司，寧夏 石嘴山 753000)

0 引言

隨著開采技術的不斷發展，相應的開采深度也不斷增加，從而對礦井的發展帶來了挑戰，對于礦井而言，需要應對更加復雜的地質條件的考驗，諸如高地溫、高瓦斯、高地壓等等。與此同時動力災害隨之產生，比如沖擊地壓、煤與瓦斯突出、巷道圍巖變形等等。

1 礦井地質災害特征

1.1 沖擊地壓特征

沖擊地壓主要是指在開采過程中由于脆性煤巖體出現變形的瞬間釋放引發的強烈圍巖震動的現象。當進行深度開采時，通常在垂直位置具有較大的應力，因此在巷道以及相應的工作面形成應力集中，最終使得巷道圍巖出現了塑性變形，并且裂紋逐漸增加，從而嚴重削弱了巷道的穩定性。沖擊地壓災害通常對于積聚的高能量瞬間釋放的現象而言，主要表現為以下幾點：突發性，復雜性，破壞性。

1.2 煤與瓦斯突出的特征

煤與瓦斯突出主要是指在實施開采時，工作面前方煤體攜帶大量瓦斯向著作業空間突然流動的現象。這時煤層不斷積累能量，使得煤層出現裂紋以及裂紋位置承壓能力降低，最終瓦斯變成游離狀態。通常煤與瓦斯突出災害不僅表現出緩沖性，而且還有瞬發性。所謂突發性是指瓦斯積累的瞬間性。瞬發性是指瓦斯爆發過程比較短，瞬間釋放能量，從而造成圍巖噴出，導致損壞機器以及人員的傷亡等。

1.3 礦井突水的特征

通過對煤礦突水事故進行調查發現，進入礦井或者采空區的水主要是由于巷道底板高壓水通過導水裂隙所致，其事故率可以達到85%。煤礦壓力主要來源于底板承壓水，主要是由于該煤層處于奧陶系灰巖的地質，其具有如下特點：富水性強以及水壓高隔水層薄等，由此給該煤層帶來較多的礦井發生突水事故。底板承受水壓隨著礦層的增加而不斷加大，與此同時導水裂隙以及斷層更加增加了礦井發生突水事故。為了體現安全施工的理念，因此在施工的過程中，必須秉持 “有疑必探，先探后掘”的原則，對于每一個區域都要時刻注意超前防治水，這樣才可以有效地防止礦井發生突水災害，不僅可以有效地保障一線員工的生命安全，減少不必要的經濟損失，而且可以極大地提高生產效率。

1.4 頂板災害的特征

頂板災害主要是指在實施回采的過程中，導致三向應力平衡失調，而頂板巖層受到來自于自身重應力的影響，致使頂板出現裂紋以及離層。假如達到頂板巖層所能承受的應力極限，那么往往會出現頂板災害，為此需要對頂板采取支撐保護的措施。通過對礦井進行頂板支護措施進行調查發現，當前主要采用如下方法：錨桿、錨網、金屬網等。

2 礦井地質災害預測方法

2.1 沖擊地壓預測方法

通常沖擊地壓危險性預測主要針對特定的煤層預測沖擊地壓發生可能性的大小。主要有如下2種方法：①鉆屑法。②地音監測以及相應的微震監測等為主的地球物理監測法。前者借助對煤層鉆孔時，排出來的煤粉量為標準進行沖擊危險性的判斷，后者主要借助檢測設備收集的信號分析，進而對沖擊危險性進行分析。通過分析沖擊礦井鉆屑監測數據，得到了工作面鉆屑法預測沖擊地壓危險性指標，如表1所示。

表1 鉆屑法預測沖擊地壓指標

2.2 煤與瓦斯突出預測方法

在應對礦井煤以及瓦斯突出問題，主要有如下2種：①礦山統計法，主要是依據數理統計為基礎進行分析。②分源預測法，其主要是以煤層瓦斯含量參數為研究對象，最終進行事故預測。對于礦山統計法，其屬于傳統的預測方式，因此具有較大的限制性，緊緊局限于具有類似的地質礦井才可以實施。當前使用較多的是分源預測法，其可以有效地對工作面瓦斯涌出量實現合理的預測，其原理圖如圖1所示。

圖1 礦井瓦斯涌出關系示意圖

通過分析圖1可以發現，礦井瓦斯主要來源于如下3個環節：①生產采區掘進。②已采空區。③回采工作面。對于生產采區瓦斯的治理而言主要實施如下2種方式：高位鉆孔抽放、尾巷抽采。對于采空區瓦斯的治理主要借助埋管方式。

2.3 礦井突水預測方法

實踐表明對于礦井突水事故而言，通常可以實施物探技術以及地質雷達探測技術，這樣可以有效地檢測出富水異常區，與此同時借助鉆孔技術實施驗證，這樣才可以有效地保證檢測的準確性。在實施鉆孔技術實施驗證的過程中，鉆孔數量需要依據異常區的位置以及對應的巷道掘進方向為基準。通常孔數量大于2個，孔距大于30 m，傾角范圍-10°～20°。鉆孔布置最重要的參數為鉆孔超探距離，其計算公式公式為：

式中：k表示礦井的安全系數；1表示巷道的寬度，單位m；P表示巷道底板所承受水壓，單位MPa； Kp表示煤的抗拉強度，單位MPa。

在進行區域超前防治水時，核心的技術是井下鉆孔注漿加固技術，通常可以在巷道底板鉆孔進而實現疏水降壓，與此同時可以進行注漿加固。對于巷道出現斷層等情況，主要由于底板破碎等現象導致導水裂隙帶出水，因此需要對其注漿加固，這樣可以有效地保障工作面不出現涌水。

2.4 頂板災害的預測方法

頂板災害主要有如下幾種：冒頂、切頂，其對人員構成極大危害。實踐表明要想有效地避免頂板災害，需要采用如下幾種措施：增設支架載荷監測、頂底板移近量監測、采高監測、前方支承壓力監測。這樣能夠及時發現不利因素，從而能夠及時采取預防措施，極大地降低風險。

3 結語

本文首先對礦井頂板災害、突水災害、煤與瓦斯突出災害、沖擊地壓災害表現出的特點進行分析，接著對常見災害提出了預測方法。最終，制定了預防礦井危害的措施，從而有效地保證了礦井的安全。