煤礦地質災害防治研究

劉 陽

（山西地寶能源有限公司，山西太原030045）

煤層通常位于地底深處，煤炭資源的爆破開采方式可能導致巖層結構損壞，隨后引發一系列的地質災害問題，對于作業面安全以及坑道支護設備的穩定性造成影響，對于后續煤炭開采作業以及地質災害應急處理將造成一定壓力。由此可見，積極開展煤礦地質災害的防治研究工作對于提高煤礦開采作業的穩定性，維護井下作業人員的生命安全具有重要的現實意義。

1 煤礦地質災害特征

1.1 煤礦地質災害的區域性特征

受爆破式開采方案的影響，少數采煤技術對在巖層結構破壞較為嚴重，可能導致區域性的地質災害，同時此類區域性反應可能導致周邊巖層出現滑移或結構彎曲，進而導致煤礦區特點區域形成災害群，各類災害風險相互疊加，進而危及后續煤礦開采作業，嚴重影響企業的安全生產效率。煤礦常見地形如圖1所示。

圖1 煤礦常見地形

1.2 煤礦地質災害的次生特征

由于礦區巖層存在交叉分布情況，因而單一類型地質災害可能在后期地質演化過程中形成一系列的次生災害。如發生頂板塌陷可能導致頂部含水層出現滲漏問題，嚴重時將出現突水事故，從長期角度看，突水事故將改變周邊水系的整體循環流向；此外，開采煤礦資源還可能導致后續的生態污染問題，隨著長期的生態循環，部分煤礦開采的污染物質可能隨著生態循環進入到生態鏈中，進而引發一系列的生態問題，不利于維持生態的可持續發展。

1.3 煤礦地質災害關聯性特征

就實際而言，多數煤礦地質災害存在一定的關聯性特點，由于煤礦開采作業的特殊性，其整體開采流程可能導致目標區域巖層的煤系巖性變化、區域性地理環境變化以及水文環境變化。因此，在同一水系環境下的不同煤礦采區，在遭遇各類常見以及突發性煤礦地質災害時其內部形成機理可能存在關聯性特征。

1.4 煤礦地質災害突發性特征

結合現階段科技技術，針對煤礦地質災害的繼發性可做到一定程度的預測，但就實際而言，在開采過程中，少數煤炭地質災害仍然呈現出突發性，同時在有限技術條件的小型煤礦更易遭受此類問題影響。另外針對突發性災害，少數災害類型可借助適當的技術手段進行分析與預測，進而提前制定應急方案，有效規避此類突發性災害，以此將整體損失降到最低幅度。

2 煤礦地質災害的類型

2.1 頂板事故災害

此類事故是一種常見煤礦事故，頂板意外事故出現時可能導致帶面積人員及設備損壞。在部分巖層結構較為復雜或褶皺較多的區域較易頂板事故，多數誘因在于采空區的支護結構問題或巖層壓力測算數據異常等。此外，部分頂板巖層中出現結構斷裂或應力分別異常問題也可能導致頂板事故發生。

2.2 煤與瓦斯泄露

瓦斯主要表示在開采作業過程中出現的毒害氣體泄露問題，這些氣體普遍具有可燃性以及毒害性特點，當該類氣體與空氣混合成為一定濃度的可燃氣體時，則可能導致瓦斯爆炸問題。爆炸極限濃度一般為5%～16%之間，且誘發瓦斯爆炸的熱源溫度應處于650℃～750℃之間，整體熱源持續周期應大于混合氣體的感應期。例如，在山西地區的硯石臺煤礦曾發生過重大瓦斯爆炸事故，事故致使22人罹難、2人受傷。煤礦沖擊地壓如圖2所示。

圖2 煤礦沖擊地壓

2.3 礦井火災

礦井火災的主要產生原因是由于井下設備異常或人員誤操作導致井下出現違規熱源，進而導致一系列火災事故。礦井火災事故的危害性極大，可在短時間內大面積破壞井下作業設備，危及人身安全，嚴重時可能引燃開采中巖層泄露的可燃氣體以及礦井中的粉塵。就實際而言，礦井火災的直接危害性較大，同時其產生的次生災害對于礦井安全作業也造成一定程度的影響，因此，井下作業人員必須重視火災誘發因素，積極處理對應的火災隱患問題。

2.4 礦井水害事故災害

礦井水害的出現普遍與周邊巖層中的含水層相關，在部分煤礦作業過程中，由于作業失誤導致含水層底部或頂部巖層出現裂隙，進而引發透水或突水事故。在誘發原因方面，井下水害的水源主要來自周邊水系，經過常年滲透作用，地下部分巖層的含水量逐漸上升，在后續開采作業過程中少數斷層破碎帶、爆破裂縫、礦道縫隙等因素導致滲水或透水問題逐漸加劇，進而在后續違規開采作業中集中出現礦井水害。例如，云南地區的小河邊煤礦曾發生嚴重透水事故，造成多人被困井下。

2.5 煤塵爆炸事故災害

此類事故危害類型主要由于礦井中的降塵作業不規范或缺少對應的降塵設備所致。由于部分小型礦井為降低整體成本，在開采作業時并未配備標準的降塵設備，因而導致礦井開采作業過程中出現大面積粉塵，當井下出現違規熱源后，一定濃度的粉塵空氣混合物則可能出現爆燃問題。相關數據顯示，粉塵爆燃的整體混合物濃度區域范圍為45～2000g/m3，此時礦井環境中出現違規熱源后，則可能導致粉塵爆炸問題出現。

3 導致煤礦地質災害發生的原因

3.1 客觀原因

在地質角度層面，雖然部分地區板塊移動導致的巖層變化較為劇烈，但少數區域的巖層結構較為穩定，煤礦開采通常處于巖層結構較為穩定的區域。隨著現代工業的發展，社會對各類礦石以及化石能源的需求逐漸增長，各類能源礦石開采行業迎來發展的高潮期，地殼中的高價值資源被大規模開采，局部地區的巖層結構被破壞，因而導致區域巖層出現應力異常問題，隨后其他開采作業則加劇這一問題，長此以往則可能導致煤礦開采過程中出現各類型的地質災害。

3.2 主觀原因

煤炭資源屬于一次性資源，整體價值較高，因而煤炭行業在長期發展過程中仍然存在不規范現象，例如部分小煤礦違規開采等問題。少數煤礦為獲取暴利，采取偷采、非法開采等，導致礦區的煤炭資源進一步枯竭，同時在后續采區生態還原方面陷入無人管理的境地，進而影響周邊區域的生態系統穩定，不利于區域經濟的可持續發展，同時地質災害問題也進一步加劇。

4 煤礦地質災害防護手段

4.1 頂板事故預防

要針對頂板事故進行預防，則要求技術人員應詳細掌握開采區域的各類型數據資料，根據巖層的應力數據制定對應的支護方案，采用數字化監控系統全時段監測周邊巖層的應力變化情況，以此實現對頂板事故的有效預防。此外，在規章制度方面，管理人員應要求基層作業人員嚴格遵守頂板規程施工，結合數據分析報告制定對應的作業流程，盡可能避免采用炮采作業方式，以此預防頂板事故。

4.2 瓦斯事故預防

要切實預防井下瓦斯事故則應參考以下內容：①杜絕火源，杜絕出現違規熱源問題；井下一切電氣設備應按照規范進行操作；禁止打開礦燈外殼；對于進口房、瓦斯抽放站等高危設備應劃定防火隔離帶；同時建立巡查制度，針對電氣設備及供電使用進行規范落實，消除電器火花；在高熱量設備表面增加熱量檢測傳感器，并聯通后臺監控終端；同時盡可能優化采掘技術，淘汰放炮制度；②消除瓦斯積聚，在目標礦井中應積極建設科學完善的礦井通風系統，及時導出粉塵瓦斯危險物質；煤礦企業應進一步落實施工建設管理，構建完善的巡查監視制度，要求建立數據檔案系統，周期性記錄井下瓦斯數據，實現對瓦斯的全方位管控。

4.3 礦井火災事故災害防治

礦井火災的預防工作應重點參考如下內容：在井口房、礦道、井口設備間、進風井筒、礦車場以及其他一切電氣設備周邊加裝對應的隔熱防火材料，形成密閉保護區域。在通道區域增加防火門，同時在坑道兩邊一定距離范圍內增加防火設備或自動滅火設備；當條件允許時，可在井下增加消防器材間，或配置移動式井下消防車，從而實現移動式滅火；另外也可在礦井周邊建設消防水池用以應急滅火。

4.4 礦井水害事故災害防治

具體方案如下：①技術人員首先應明確工作面透水的主要誘因，結合礦道周邊巖層出現的積水顏色、氣味、流量等因素進行判斷；②構建科學的排水系統，提高系統的運行效率，對排水設備進行周期性排檢，積極落實水患意識培育；③在作業準備過程中，技術人員應詳細調查周邊水文地質情況，設計合理的開采計劃，杜絕亂挖亂采的情況。

4.5 煤塵爆炸事故災害防治

針對粉塵爆炸進行防控的主要方案內容如下：①在開采作業準備階段，首先進行鉆孔，隨后向煤層注入壓力水，進一步增加煤層的整體濕度，從源頭處實現降塵；另外也可針對采空區進行注水，通過周邊巖層縫隙滲透到煤層中。需要注意的是，在鉆孔過程中，應首先將水直接注入到鉆孔底部位置，將鉆孔遺留的粉塵清理完畢后，方可進行加壓注水工作；在進行煤礦開采準備階段，操作員可采用噴霧灑水降塵工作；另外作業區域的氣流應控制在1.2～1.6m/s最好，周期性對作業面以及其他區域進行清理，對主要大巷道進行表面處理；②使用阻燃效果較強的隔熱材料進行支護的，同時做好機器設備的靜電防護處理，消除電火花；③在煤礦開采的工作面區域應適當加裝隔爆裝置，以此針對已經發生的煤塵爆炸或進行補救，盡可能降低爆炸造成的影響。

5 結束語

近年來，煤礦地質數量逐漸增加，不利于煤炭開采行業的安全生產以及可持續發展，因此，國土資源部門應聯合地方煤礦龍頭企業建立災害安全預警機制，通過科學方法進行地質災害防治措施，從源頭上消除各類型地質災害，保證煤礦開采的安全、有序進行。