煤矿地质灾害特征分析及预测措施研究(1).pdf

技术与市场技术应用 ２ ０ ２ ０ 年第２ ７ 卷第５ 期 煤矿地质灾害特征分析及预测措施研究 杜占成 （ 石嘴山市旭亿测绘公司，宁夏 石嘴山 ７ ５ ３ ０ ０ ０ ） 摘 要为有效防治矿井各类地质灾害， 介绍了几种常见的地质灾害的特征， 并结合这些特征提出了一系列预测矿井常 见地质灾害的方法， 通过应用这些方法， 有助于第一时间了解矿井各类地质灾害， 提前制定出各类防治措施， 进而更好地 保障矿井安全生产。 关键词煤矿；地质灾害；特征；预防措施 ｄ ｏ ｉ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６－ ８ ５ ５ ４ ． ２ ０ ２ ０ ． ０ ５ ． ０ ６ ６ 引言 随着开采技术的不断发展， 相应的开采深度也不断增加， 从而对矿井的发展带来了挑战， 对于矿井而言， 需要应对更加 复杂的地质条件的考验， 诸如高地温、 高瓦斯、 高地压等等。与 此同时动力灾害随之产生， 比如冲击地压、 煤与瓦斯突出、 巷道 围岩变形等等。 矿井地质灾害特征 １  １ 冲击地压特征 冲击地压主要是指在开采过程中由于脆性煤岩体出现变 形的瞬间释放引发的强烈围岩震动的现象。当进行深度开采 时， 通常在垂直位置具有较大的应力， 因此在巷道以及相应的 工作面形成应力集中， 最终使得巷道围岩出现了塑性变形， 并 且裂纹逐渐增加， 从而严重削弱了巷道的稳定性。冲击地压灾 害通常对于积聚的高能量瞬间释放的现象而言， 主要表现为以 下几点 突发性， 复杂性， 破坏性。 １  ２ 煤与瓦斯突出的特征 煤与瓦斯突出主要是指在实施开采时， 工作面前方煤体携 带大量瓦斯向着作业空间突然流动的现象。这时煤层不断积 累能量， 使得煤层出现裂纹以及裂纹位置承压能力降低， 最终 瓦斯变成游离状态。通常煤与瓦斯突出灾害不仅表现出缓冲 性， 而且还有瞬发性。所谓突发性是指瓦斯积累的瞬间性。瞬 发性是指瓦斯爆发过程比较短， 瞬间释放能量， 从而造成围岩 喷出， 导致损坏机器以及人员的伤亡等。 １  ３ 矿井突水的特征 通过对煤矿突水事故进行调查发现， 进入矿井或者采空区 的水主要是由于巷道底板高压水通过导水裂隙所致， 其事故率 可以达到 ８ ５ ％。煤矿压力主要来源于底板承压水， 主要是由 于该煤层处于奥陶系灰岩的地质， 其具有如下特点 富水性强 以及水压高隔水层薄等， 由此给该煤层带来较多的矿井发生突 水事故。底板承受水压随着矿层的增加而不断加大， 与此同时 导水裂隙以及断层更加增加了矿井发生突水事故。为了体现 安全施工的理念， 因此在施工的过程中， 必须秉持 “ 有疑必探， 先探后掘” 的原则， 对于每一个区域都要时刻注意超前防治水， 这样才可以有效地防止矿井发生突水灾害， 不仅可以有效地保 障一线员工的生命安全， 减少不必要的经济损失， 而且可以极 大地提高生产效率。 １  ４ 顶板灾害的特征 顶板灾害主要是指在实施回采的过程中， 导致三向应力平 衡失调， 而顶板岩层受到来自于自身重应力的影响， 致使顶板 出现裂纹以及离层。假如达到顶板岩层所能承受的应力极限， 那么往往会出现顶板灾害， 为此需要对顶板采取支撑保护的措 施。通过对矿井进行顶板支护措施进行调查发现， 当前主要采 用如下方法 锚杆、 锚网、 金属网等。 矿井地质灾害预测方法 ２  １ 冲击地压预测方法 通常冲击地压危险性预测主要针对特定的煤层预测冲击 地压发生可能性的大小。主要有如下 ２种方法 ①钻屑法。 ②地音监测以及相应的微震监测等为主的地球物理监测法。前 者借助对煤层钻孔时， 排出来的煤粉量为标准进行冲击危险性 的判断， 后者主要借助检测设备收集的信号分析， 进而对冲击危 险性进行分析。通过分析冲击矿井钻屑监测数据， 得到了工作 面钻屑法预测冲击地压危险性指标， 如表１ 所示。 表 １ 钻屑法预测冲击地压指标 钻孔深度 情况（ ｍ ） 临界指标 情况（ ｋ ｇ ／ ｍ ） 动力现象是否 存在顶、 卡、 吸现象 有无 危险 １～ ３无否无 ４～ ６２ ． ７是有 ７～ １ ０３ ． ０是有 ２ ． ２ 煤与瓦斯突出预测方法 在应对矿井煤以及瓦斯突出问题， 主要有如下 ２种 ①矿 山统计法， 主要是依据数理统计为基础进行分析。②分源预测 法， 其主要是以煤层瓦斯含量参数为研究对象， 最终进行事故 预测。对于矿山统计法， 其属于传统的预测方式， 因此具有较 大的限制性， 紧紧局限于具有类似的地质矿井才可以实施。当 前使用较多的是分源预测法， 其可以有效地对工作面瓦斯涌出 量实现合理的预测， 其原理图如图 １所示。 图 １ 矿井瓦斯涌出关系示意图 通过分析图 １可以发现， 矿井瓦斯主要来源于如下 ３个环 （ 下转第 １ ３ ５页） ３３１ 技术与市场技术应用 ２ ０ ２ ０ 年第２ ７ 卷第５ 期 作面回风巷设置调节风门， 增大尾巷与采空区间的压差。 ４ ） 全风压巷道排放法。当上隅角瓦斯涌出量大， 工作面风 量有限， 采用风障引导风流法处理时， 上隅角局部积聚瓦斯的 问题没有解决， 回风流瓦斯反而超限时可采用全风压巷道排放 法。全风压巷道排放法是利用矿井全风压通风造成的压差作 动力， 以采区或分区回风巷作导体， 将采空区积聚的瓦斯排放 出去， 以解决采煤工作面上隅角和回风风流中瓦斯积聚和超限 问题的方法。这个方法虽然具有明显的技术、 经济效果， 但是 排放瓦斯量难以控制， 并且在有自然发火危险的煤层中是绝对 不能采用的。 ５ ） 钻孔抽放法。利用专门的抽放瓦斯钻孔抽放采空区瓦 斯的方法是一种技术可行、 效果显著、 经济合理的方法， 但它受 使用条件的限制。钻孔抽放法具有效果显著的特点， 由于钻孔 布置方式不同（ 迎巷钻孔和垂直钻孔） ， 抽放效果和钻孔寿命 有较大差异。 建立完善可靠的防（ 隔） 、 抑爆设施及自救系统 为不使已经出现的瓦斯爆炸事故继续传播、 扩大， 把灾害 范围和造成的损失降低到最小限度， 必须采取以下隔防爆 措施。 ３ ． １ 设置岩粉棚 由于岩粉是一种理想隔爆物质， 被一些煤矿采用。但由于 井下普遍较为潮湿， 使用时应定期更换， 以免失效。岩粉棚一 般架设于工作面附近及其相邻或相连接的巷道顶板和两帮处。 它由多块盛岩粉的木板组成， 每块岩粉板都堆放一定数量的岩 粉。当爆炸渡传来时， 岩粉板被爆炸冲击波吹翻， 岩粉便散落 下来， 在巷道中形成浓厚的岩粉雾， 爆炸火焰传来时被冷却熄 灭， 达到阻止爆炸火焰继续向前传播的隔爆作用。岩粉棚所需 的岩粉量在主要巷道不少于 ４ ０ ０ｋ ｇ ／ ｍ ２， 一般巷道不少于 ２ ０ ０ｋ ｇ ／ ｍ ２。 ３ ． ２ 撒布岩粉 撤布岩粉的作用是使沉积在巷道底板和两帮的煤尘中增 加不燃性物质， 使其失去爆炸性和防止巷道中的落尘再度飞 扬。撒岩粉后， 在煤岩的混合体中， 不燃性物质的含量必须达 到 非瓦斯矿井不低于 ６ ０ ％， 瓦斯矿井不低于 ７ ５ ％。 ３ ． ３ 挂水槽棚或水袋 水槽棚或水袋与岩粉的作用相同， 只是它们使用的隔爆物 质不同。由于水的比热较岩粉高， 同时水在接触高温火焰时形 成的水蒸气更有利于消灭火焰， 在爆炸波作用下水飞散开的时 间较岩粉更短， 因此水比岩粉有更佳的隔爆效果。另外水不怕 潮湿， 可以长期使用而不用更换， 管理、 维护方便、 较为经济。 正因为水同岩粉相比有许多优点， 大部分矿井都在采用。矿井 一旦出现灾害， 初期波及范围和危害都较小， 此时是进行自救 的极好时机。沉着冷静地采取自救措施是减少伤亡的重要措 施， 必须有完善的装置和自救系统作保证。 参考文献 ［ １ ］ 何国益． 矿井瓦斯治理实用技术［ Ｍ］ ． 北京 煤炭工业出 版社， ２ ０ ０ ８ ． ［ ２ ］ 林柏泉． 矿井瓦斯防治理论与技术［ Ｍ］ ． 徐州 中国矿业 大学出版社， ２ ０ １ ０ ． ［ ３ ］ 何学秋． 中国煤矿灾害防治理论与技术［ Ｍ］ ． 徐州 中国 矿业大学出版社， ２ ０ ０ ６ ． 作者简介 唐伟杰（ １ ９ ６ ９－ ） ， 男， 黑龙江七台河人， 本科， 工程师， 从事 矿井通风与瓦斯治理工作。 （ 上接第 １ ３ ３页） 节 ①生产采区掘进。②已采空区。③回采工作面。对于生产 采区瓦斯的治理而言主要实施如下 ２种方式 高位钻孔抽放、 尾巷抽采。对于采空区瓦斯的治理主要借助埋管方式。 ２ ． ３ 矿井突水预测方法 实践表明对于矿井突水事故而言， 通常可以实施物探技术 以及地质雷达探测技术， 这样可以有效地检测出富水异常区， 与此同时借助钻孔技术实施验证， 这样才可以有效地保证检测 的准确性。在实施钻孔技术实施验证的过程中， 钻孔数量需要 依据异常区的位置以及对应的巷道掘进方向为基准。通常孔 数量大于 ２个， 孔距大于 ３ ０ｍ ， 倾角范围 － １ ０ ～ ２ ０ 。钻孔布 置最重要的参数为钻孔超探距离， 其计算公式公式为 Ｈ＝ ０ ． ５ ｋ １ ３ Ｐ 槡 Ｋ ｐ 式中 ｋ 表示矿井的安全系数； １表示巷道的宽度， 单位 ｍ ； Ｐ表示巷道底板所承受水压， 单位 Ｍ Ｐ ａ ；Ｋ ｐ表示煤的抗拉强 度， 单位 Ｍ Ｐ ａ 。 在进行区域超前防治水时， 核心的技术是井下钻孔注浆加 固技术， 通常可以在巷道底板钻孔进而实现疏水降压， 与此同 时可以进行注浆加固。对于巷道出现断层等情况， 主要由于底 板破碎等现象导致导水裂隙带出水， 因此需要对其注浆加固， 这样可以有效地保障工作面不出现涌水。 ２ ． ４ 顶板灾害的预测方法 顶板灾害主要有如下几种 冒顶、 切顶， 其对人员构成极大 危害。实践表明要想有效地避免顶板灾害， 需要采用如下几种 措施 增设支架载荷监测、 顶底板移近量监测、 采高监测、 前方 支承压力监测。这样能够及时发现不利因素， 从而能够及时采 取预防措施， 极大地降低风险。 结语 本文首先对矿井顶板灾害、 突水灾害、 煤与瓦斯突出灾害、 冲击地压灾害表现出的特点进行分析， 接着对常见灾害提出了 预测方法。最终， 制定了预防矿井危害的措施， 从而有效地保 证了矿井的安全。 参考文献 ［ １ ］ 周显平． 煤矿地质灾害的 Ｇ Ｉ Ｓ 、 遥感预侧方法［ Ｊ ］ ． 煤矿科 学技术， ２ ０ １ ８ （ ３ ２ ） ４ ３－ ４ ４ ． 作者简介 杜占成（ １ ９ ６ ９－ ） ， 男， 宁夏石嘴山人， 大专， 助理工程师， 研 究方向 地质勘探。 ５３１