我国煤矿主要地质灾害及其对策.pdf

第12卷 第1期 2001年3月 中国地质灾害与防治学报 The Chinese Journal of Geological Hazard and Control Vol.12 No.1 Mar.2001 文章编号 100328035 2001 0120051204 我国煤矿的主要地质灾害及防治对策 肖和平 湖南省地震局,湖南 长沙 410001 摘要文章综合分析了煤矿区地震、滑坡、地面沉陷与塌陷、煤与瓦斯突出及突水等主要地质灾害。通过对各类灾 害特征、成生机理及危害的研究,认为 1 煤矿地质灾害严重地危害着矿山正常生产和人民生活 ; 2 煤矿矿震 生成主要是脆硬2软地层结构、褶皱构造、构造活化区及地下水突变、采煤卸载等内外环境因子综合作用的结果; 3煤矿滑坡、地面沉陷及塌陷、煤与瓦斯突出和突水等地质灾害是矿区工程活动破坏了地质构造和生态环境、山 体原始平衡所致。在此基础上,提出了煤矿地质灾害链和防御措施。 关键词煤矿;地质灾害;防治对策 中图分类号 TD161; X45文献标识码 A 1 引言 人类在向大自然索取的同时,往往破坏了自身 生存的地质环境而引起灾害。矿业是对地质环境影 响最大的产业,特别是近年来,地方小煤窑的盛兴 和滥采乱挖,地质环境已日趋恶化。为此,科学地 掌握此类灾害的发生、发展规律,预测灾害发展趋 势,采取有效减灾防灾对策,已日益引起人们的重 视。 煤矿地质灾害主要有地震、滑坡、地面沉陷及 塌陷、煤与瓦斯突出及突水等,严重地危及着矿山 正常生产和人民生活图 1 。 图1 煤矿地质灾害链框图 Fig. 1 Framework of geological hazards chain in coal2mine 收稿日期 2000204203;修回日期 2000209210 作者简介肖和平1952 , 男,高级工程师,长期从事 防震减灾和地震地质研究. 2 煤矿的主要地质灾害 211 矿震 煤矿地震是矿震类型中最多的一种,所造成的 损失亦相当严重。据不完全统计,我国已有北京门 头沟、吉林辽源、贵州化处、山西大同等煤矿和辽 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 宁北票、山东陶庄、湖南涟邵涟源2邵阳等煤田 55余座煤矿发生矿震或具备发生矿震的潜在危险。 为此,引起了地震及煤炭系统的关注,并致力于煤 矿矿震的研究。 21111 矿震特征及危害 1矿震震源浅。不仅地面建筑物易遭到损失, 而且井下设施也会受到严重破坏,并引起人员伤亡。 如1977～1991年间,山东陶庄煤矿发生破坏性矿震 180余次,摧毁巷道3000余m ,伤亡90人。 2矿震震级小,一般为2～3级,最大413 级,波及范围不大,但造成的灾害往往比较严重。 如1977年4月28日辽宁北票煤田318级矿震,造成 113间民房受损,几十家烟囱扭裂或倒塌, 12人受 伤,其中2人重伤。 3矿震破坏程度随井巷深度而增加表 1 。 表1 辽宁省北票煤田318级矿震井巷破坏情况表 Tab. 1 Alley destruction by earthquake Magnitude 318Ms in Beipiao coal basin of Liaoning Province 巷道深度- 400m- 475m- 550m- 625m 震害 现象 料 石 墙 变 形 出 现 阶 梯 状裂缝 少 量 岩 块冒落 矿 车 运 输 钢 轨 扭 曲 成 “S状” 顶 部 冒 落 大 量 岩 块,压风管和直径 6 cm的水管被扭断 4矿震往往引起矿区断层“复活” 。由于矿 震的发生与开采有关,因此开采区边界断层部位比 其它地区破坏严重。如1981年8月22日辽宁北票 矿务局台吉煤矿313级矿震,井下- 580 m处,断层 上盘向北、向上移动,造成轨道扭曲。 5随着矿震的发生,矿区的塌陷和岩爆、岩 炮、岩石突出等矿山压力现象增多、程度增大。 6矿震时,在强大的地应力作用下,岩层或 煤层突然脱离母体向采空区闪射,同时产生强大的 气流,引起井巷的破坏和人员伤亡。如1982年1月 7日山东陶庄煤矿发生217级矿震,使井下工作面 的18名工人全被冲击波击倒 [1] 。 21112 矿震成生环境 据我国煤矿矿震研究 [2] ,概括成生环境主要有 脆硬2软地层结构是矿震发生的内在介质力学环境; 褶皱是矿震孕育、发展弹性能积累的构造环境;活 动构造引起的“活化区”是矿震产生的动力环境; 地下水和雨量充足是矿震发生的外界诱发因子;煤 矿采掘卸载是诱发矿震的外界动力因子。 212 滑坡 煤矿滑坡除有与自然山体滑坡同样的地质条件 岩石结构、岩层产状、水理性质及地形地貌条件 外,更主要是由于人类工程活动诱发所致,它可使 边坡滑落或老滑坡再度活动。 湖南冷水江市城西南资江煤矿在资水西北岸浪 石滩深部采掘, 1987年以来,浪石滩之上的山体向 南东资水河床缓慢运动,并伴生地陷裂形变。 截止1997年,滑坡后缘形成一条长约2000 m ,宽5 ～100 m ,可见深度5～12 m的大规模地陷裂带。分 析该滑坡产生的原因,首先,具坡陡、沟深的山体 地貌,即滑坡主体山坡下段坡角在40 以上,两侧为 深切沟谷,前方为资江河谷,为山体重力滑落提供 了有利的地形地貌;其次,滑坡体内发育着NE40 与近E2W向共轭构造裂面,碳酸盐岩内溶洞发育, 为山体滑落面的生成创造了地质构造条件;第三, 滑坡下前方为资江煤矿,滑坡形成的地陷裂和地表 形变均分布在该煤矿采区及其影响范围内。由此可 见,采煤活动是诱发山体滑坡的决定因素。大面积 的采空区,使上部岩层失去有效支撑力,产生沉裂、 塌落,以致牵动山体薄弱面,最后形成滑动面;第 四,大气降水为地裂缝的贯通和扩展起到加速作用; 最后,资江对滑坡前缘浸泡、侧蚀使临空面扩大, 并减弱下部支撑力,利于山体重力滑落。总之,浪 石滩滑坡是地下采煤诱发的山体滑坡。 湖南新宁县社教煤矿采掘引起白羊山老滑坡体 局部复活,形成长约150 m ,宽3 m的地裂带,造成 5134 hm 2 耕地、14户7栋民房计88间不同程度 受损, 20口小型山塘严重渗漏无法蓄水, 11口饮水 井水源减少或干枯等。 213 地面沉陷及塌陷 地面塌陷是煤矿普遍发生的一种地质灾害。据 不完全统计,我国开采万吨煤就有012 hm 2 的土地 塌陷。仅1993年,煤矿塌陷面积约2万hm 2 ,直接 经济损失约20亿元。地面塌隐使煤矿区积水、受 淹、土地盐渍化,破坏耕地及建筑设施等。我国东 部矿区,每年因开采塌陷灾害而搬迁10个村庄。仅 此一项,国家每年征占耕地约1500 hm 2 ,其经济损 失巨大。 由于采空区不断扩展和大量抽排地下水,使该 区的地下水重新分布、水力坡度加大,形成大面积 降落漏斗及地面沉陷。如湖南邵阳市牛马司短陂桥 25 中国地质灾害与防治学报 ZHONGG UO DIZHIZAIHAI Y U FANGZHI XUEBAO2001年 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 煤矿区内,采掘引起地面不均匀沉陷,已使水田无 法排水、房屋墙体开裂、地基陷落。 在岩溶水发育地区的煤矿,则造成大面积岩溶 塌陷。如湖南娄底市恩口煤矿区,开采- 150 m水 平,最大涌水量8 , 473 m 3Π h ,地面塌陷面积2500 hm 2 塌坑6000多个 [3] 。 特别值得指出的是,乡镇煤矿多开采浅部煤层, 易引起漏斗状的塌陷,它对土地资源和环境的破坏 性更为突出。近年,在国营煤矿区,涌现出密布的 小煤窑,争夺回采“保安煤柱”,使地面沉陷更为明 显,其后果不仅加重了煤矿地质灾害程度,而且出 现了采掘影响迭加区,使采掘赔偿问题复杂化,酿 成矛盾和纠纷。 采掘造成的地面沉陷及塌陷还可引起共轭断裂 的表层活动,及岩层倾滑、触动走向断裂活动,形 成地裂缝。导致民房开裂、田坎陷落,水塘渗漏, 甚至溢冒瓦斯气体,给生产及居民生活带来严重威 胁。 214 煤与瓦斯突出 21411 煤与瓦斯突出特征 1随采掘深度的增加,煤与瓦斯突出的危险 性不断加大,煤突出的危险性也随破碎煤层厚度增 加而加大; 2煤与瓦斯突出常发生在压扭性断裂带、向 斜轴部和煤层扭转、煤层产状突变、煤层厚度突变 等地区; 3煤与瓦斯突出后,在煤层中留下椭球形或 梨形等喷出空洞,喷孔一般在巷道的上方及上隅角 也有在巷道下隅角的。煤被抛出距离取决于突出 的强度。此外,被喷出的煤具有较好分选性,即靠 近突出喷出孔和巷道下部为块煤,其次为碎煤,离 突出空洞较远处和巷道顶部为粉煤; 4煤与瓦斯突出均有地声如劈裂、煤炮、 闷雷般响声 , 或出现煤体变软、变暗,煤层层理紊 乱、支架压力增大、落煤掉渣、煤面外鼓以及钻进 时的顶钻或夹钻等前兆。 21412 煤与瓦斯突出的危害 我国是世界上煤与瓦斯突出最为严重的国家之 一。据统计, 1950～1981年我国有205对矿井发生 煤与瓦斯突出9845次,约占世界总数的1Π3 ,强度 在千吨以上的特大型突出就有69次。另据有关资 料,全国国有重点煤矿626处矿井中,煤与瓦斯突 出矿井占4915 ;建国以来,我国煤矿已发生煤与 瓦斯突出10万余次。仅1984～1995年,因煤及瓦 斯突出造成经济损失约100亿元。 煤和瓦斯突出严重威胁着矿山生产和安全。突 出时强大的冲击气浪不仅推翻矿车,掀翻巨石,破 坏井巷支架,而且可以引起爆炸、火灾和人员中毒、 窒息等伤亡事故。如短陂桥煤田煤层瓦斯量达55 m 3Π t , 1960年12月8日,突发的瓦斯爆炸,使44人 当场遇难。我国最严重的一次是1991年4月21日 山西洪洞县三交河煤矿瓦斯煤尘爆炸,造成147人 死亡 [4] 。 215 突水 一般煤矿区所处地质及水文地质条件复杂,特 别是井下开采时常会遇到地表水、潜水、承压水、 老窑水以及断裂水的威胁。易引起矿坑突水的灾害 事故。据统计, 1956～1995年,全国发生突水灾害 约50余次Πa ,淹井事故74起,死亡44人,经济损 失达25亿元Πa。近些年来,煤田内的乡镇、个体煤 窑蓬勃兴起,这些煤窑大都缺乏采掘经验及必要的 技术力量,特别是受利益驱动盲目生产,不重视生 产安全,一些国营煤矿在强调经济效益的今天,亦 对安全生产有所放松,以致煤矿突水事故时有发生。 据不完全统计,乡镇煤矿此类灾害损失达数十亿元Π a。如1997年9月7日湖南邵东县界岭乡金华煤矿 新开井巷突然穿水,淹没整个井巷,井下作业的6 名矿工无一生还。1984年6月2日开滦范各庄煤矿 突水淹井,最大突水量达12132万m 3Π h ,覆没两座 现代化大型矿井,造成地下水位下降50～120 m ,使 附近20万居民断水,波及5个矿,减产煤850万t , 死亡11人,直接经济损失高达516亿元,为世界煤 矿突水事故之最 [5]、[6] 。 3 煤矿地质灾害防御措施 311 各级政府、有关部门应高度重视防御煤矿地质 灾害工作,开展地质灾害防治知识的宣传教育活动, 以提高民众减灾意识及对灾害的承受能力。 312 合理开采地下资源,保护地质环境。遵循环 境保护法 、 矿产资源法合理开发利用和保护地 质环境的准则,加强地质灾害防治管理工作,提高 人们的环境意识,避免或减少煤矿地质灾害事件发 生。 313 提高建筑物抗灾能力,减轻煤矿地质灾害。在 35 第1期肖和平我国煤矿的主要地质灾害及防治对策 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 科学技术指导下,提高矿区民宅建筑材料和砌筑质 量,增强地基、上部结构牢固性,提高民宅建设总 体抗灾性能。 314 做好预测工作,减少矿井煤和瓦斯突出。严格 遵守煤矿安全规程的规定,建立瓦斯检查制度, 及时处理超限和积存瓦斯矿井,禁止携带点火工具 下井,在瓦斯矿井选用安全型、防爆型或安全火花 型电器设备,放炮前后进行瓦斯检测。同时,做好 以下预测及防治措施一是随时注视威胁煤层或原 不危险的煤层出现突出的危险“信号”,发现险情应 立即撤出井下人员;二是在煤田或井田应做好煤层 突出危险性评价工作,圈定可能出现突出的临界深 度,预测煤层揭开前采区突出危险度。 315 避免突水事故的主要措施有 31511 煤矿和小煤窑在采掘前,应探明所在矿区地 质和水文地质条件,掌握矿区开采史和采空区分布 情况,圈划水害威胁疑问区,制定井下预防水灾技 术方案; 31512 在与相邻矿井或煤窑包括老窑的积水区 和生产区、含水断裂或破碎带两侧的可采煤层留设 防水煤柱; 31513 必须遵循“对水害威胁疑问区采取探水措 施,探清和消除水害威胁后,才允许掘进”的原则; 31514 凡遇到煤层变得潮湿、光泽变暗;巷道壁或 煤壁“挂汗”;煤层变凉,工作面温度下降,水蒸气 增大;顶板淋水加大或底板鼓起;出现压力水流, 煤层出现水挤出的“嘶嘶”声或空洞泄水声;工作 面沼气、二氧化碳和硫化氢等有害气体增加;老窑 “死水”渗入,煤壁或巷道会出现挂红、酸度增大, 水味发涩、有臭鸡蛋味等现象,应停止掘进,进行 探水工程。 316 查明活动构造,规划煤矿工程活动,做好防灾 减灾工作。查明矿区内新构造运动性质、特点及活 动程度、现今仍在活动的构造或属不稳定易复活的 断裂,分析、认识各种地质灾害产生原因及分布规 律,合理规划矿区工程活动。 317 为确保地质灾害险情处理,应做到井上、井 下、矿内、矿外调度通讯畅通。如煤矿井巷出现险 情,作业现场负责人或安全管理员应立即组织职工 撤离危险现场。同时,成立井下临时抗灾指挥部, 并作出脱险方案。 参考文献 [1] 董瑞树,徐世杰.浅谈矿震灾害[J ].灾害学, 1990 , 5 1 65 - 66. [2] 肖和平.煤矿诱发地震研究[J ].华南地震, 1998 , 18 4 83 - 87. 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Study of characteristic , mecha2 nism and endangerment of all kinds of geological hazards in coal2mine area indicates 1 These geological hazards of coal2 mine have threatened the daily work and local people , people′s life.2 The coal2mine earthquakes are the result of com2 prehensive action by endogenous2exogene environmental factors of brittle soft strata , folds , tectonic zone.3 ation of geological hazards of land slides , land subsidence and collapse , coal outburst and gas explosion , water2bursting in coal mine is due to the deterioration of ecological environment and the broken of ecological balance.The chain of geological hazards in coal2mine and prevention measures are put forward. Key words coal2mine ; geological hazards; countermeasures 45 中国地质灾害与防治学报 ZHONGG UO DIZHIZAIHAI Y U FANGZHI XUEBAO2001年 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.