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关于福建煤矿地质环境与安全生产 摘 要通过对福建省各煤矿19802005年因自然环境与人为环境而发生安全事故次数的统计比较,分析研究其关系,总结规律,找到一种“科学预测,超前监控,事先预防”的事故预防途径。 煤矿安全事故主要发生在顶板、瓦斯、煤尘、水、火、放炮、机电、提升、运输等方面,按其形成环境可分为自然环境地质环境和人为环境。地质环境包括顶板、瓦斯、水及煤层自燃等;人为环境包括烟火、放炮、机电、提升运输等。只要根据这两种环境来认识矿井安全问题,才能使矿井安全工作落到实处,才能促进煤矿安全生产。通过对福建省各煤矿的生产实践以及煤矿发生安全事故次数统计、比较,分析地质环境与煤矿安全之间各因素关系,找出规律性,采取对策,以期在实践中科学地指导煤矿安全生产。 1 地质构造与煤矿安全工作 面遇断层、褶曲地质构造等造成层位错动挤压、岩石破碎,同时伴随地下水渗透,煤层变松后又受到压力影响就容易脱落。地质构造带往往是发生顶板、透水、瓦斯事故的地段。 1褶曲构造。在褶曲轴部往往裂隙、节理发育,煤层暴露后易吸水脱落,同时其轴部产状变化急剧,回采中不易支护,易发生片帮及冒顶事故;且褶曲轴部煤层厚度易突变变厚或变薄,小眼掘进时易发生煤层垮落堵人事故。 2断层。在煤矿生产过程中,常遇到许多不同性质的断层,其破碎带大小不一,对围岩破坏程度也不同;同时常在断层两盘产生牵引、揉皱、挤压等现象,导致煤厚突增或变薄,煤厚突增处易产生冒顶垮落堵人事故,还有一些顶断底不断、底断顶不断小断层及小型层间滑动构造部位,是岩块易脱落部位,也是产生顶板事故地段。工作面断层过压时,正确推断断层的性质、断距,及时留设断层煤柱,是防止透水及瓦斯事故的关键。 2 煤岩组合与煤矿安全 煤岩组合即煤层顶底板厚度、岩性、结构等,是引发安全事故的重要地质因素。福建省主要开采煤层属于下二叠统的童子岩组一、三段煤层,下三叠统上侏罗统的大坑组、文宾山组、焦坑组、梨山组。除童子岩组三段个别主采煤层顶板为细砂岩外,其余各主采煤层顶板多以粉砂岩、泥岩为主,底板由根土岩及细砂岩组成。由于煤系地层受到地质构造及后期改造影响,煤岩均产生变形,导致围岩破碎,顶板多不平整、煤层形态多变,增加采面顶板管理难度,从而产生安全隐患。 2.1 煤层顶板、巷道围岩的岩体结构岩体受力后,其变形破坏的可能性、方式及规模,均受岩体结构的控制。一般是散体结构最不稳定,碎裂结构及层状碎裂结构稳定性差,层状结构基本稳定,块状结构稳定性较好。 2.2 煤层顶板、巷道围岩的岩石性质、厚度及组合形式 2.2.1 煤层顶板、巷道围岩的岩石性质煤层顶板、巷道围岩的变形破坏与组成煤层的顶板、巷道围岩的岩石性质有密切的关系。在煤系地层中,一般砂岩的稳定性要比粉砂岩、泥岩的稳定性好,粉砂岩次之,泥岩的稳定性较差。成分以石英为主、硅质胶结的砂岩,其坚固性、连续性、整体性较好,因此作为煤层顶板、巷道围岩,其抗压强度大,稳定性较好。如大田县上京矿务局井田Ⅱ2背斜倒转翼的26,30,36,39煤层直接顶板为砂岩,其稳定性较好。而Ⅲ1向斜正常翼的33,39煤层顶板为泥岩,其稳定性较差。 2.2.2 顶板的岩石厚度同一岩性的煤层顶板、巷道围岩,其厚度不同,反映的稳定性也不一样,厚度越大其稳定性越好。如大田县上京矿务局永丰东井田的39煤层地层倒转后直接顶为砂岩,局部地段砂岩的厚度只有12 m,煤层采动后,顶板很容易剥离冒落。 2.2.3 煤层顶板、巷道围岩的岩层组合方式煤层顶板、巷道围岩的岩层组合形式也直接关系到煤层顶板、巷道围岩的稳定性,岩层由于沉积环境的差异,岩层的沉积组合方式也不同。若煤层顶板、巷道围岩的岩层组合接触关系不好,有的煤层顶板岩性由砂岩、泥岩互层组合,其整体性较差,往往在煤层采动后会一层层冒落。 2.3 煤层顶板、巷道围岩的岩层层理、节理的发育程度岩层层理发育,其层与层之间的整体性、连续性较差,受力后很容易一层层剥离,所以煤层顶板、巷道围岩的岩层层理越发育,其稳定性就越差。同样岩体的节理发育,其整体性、连续性受破坏,受力后将沿节理面断裂而冒落。尤其是雨季,水沿裂隙侵入,造成煤岩层间冒顶及垮帮事故。如2000年天湖山曲斗矿569水平刷新车场时,由于围岩节理与劈理发育,两节理面斜交,加上敲帮问顶不及时,工人在出碴时,顶板突然冒落,造成岩层冒顶事故。此外,福建省各主采煤层伪顶完整性差、强度低,采面推进时,受敲击或者放炮震动后,如果支护没有及时跟上,或支护方式、手段没有很好适应煤层顶板变化,易产生顶板事故,它是福建省矿井最常见的事故之一。福建省煤层厚度变化主要属后生变化,褶曲、断层发育,造成煤层形态多变,多以藕节状、鸡窝状、阶梯状等不规则形态出现,特别在构造挤压带附近易形成煤包及厚薄相间带,从而增加采面顶板管理难度,是造成顶板及垮煤安全事故的主要原因。 3 瓦斯地质与煤矿安全 福建省各矿井虽属低瓦斯矿井,但瓦斯对矿井安全危害仍存在以下特点1随着煤层变质程度及开采深度增加,瓦斯含量也随着增加,从而增加通风管理难度,导致瓦斯事故。2不同构造部位,瓦斯含量不一,矿井内特别是火成岩侵入带附近,压性断层尤其是复式向斜或背斜轴部转折端,易于积集瓦斯。3岩层产状平缓,裂隙不发育,围岩透气性差的封闭地段,瓦斯易于积聚,往往是瓦斯事故发生带。4瓦斯是流动的有害气体,随着气压变化而不断地流动,改变积集地点,常多积集在老空区和通风不良的小眼等地段[5],这些地段恰恰是事故发生带。 4 水文地质与煤矿安全 矿井在开拓、掘进、回采过程中,不断破坏原始水文地质条件,从而导致水害发生。分析认为危及福建省煤矿安全生产的水害有1老空区积水与煤矿安全。福建省各矿区地表小窑多,开采历史长,主要分布于可采煤层浅部,通过调查均有不同程度积水。随着小窑的不断延伸,导致很多小窑与矿井相通,由于其具体位置、范围难于准确实测,在采矿活动下,很容易发生透水事故,如2005年5月28日龙岩市新罗区发生突水事故。2断层水、地下水与煤矿安全。福建省各矿区地质构造发育,特别是一些边界断层直接与灰岩接口或直接沟通地表水体,开采其影响范围煤层很易造成透水事故。此外井田内一些早期钻孔封孔质量不好,积水多,沟通钻孔时易发生钻孔透水伤人事故。 5 采取对策 5.1 加强矿井地质构造研究 煤矿地质技术人员必须认真了解影响煤矿安全的各种地质构造,研究其规律性及变化特点,在设计和生产中采取必要的防范措施和处理方法,把地质构造因素对煤矿安全产生的不利影响减至最低程度。福建省煤矿的地质构造中重点是断层,由于断层带岩石破碎,强度较低,易聚集瓦斯,导通地表水和地下水,引发矿井突水、瓦斯突出和坍塌冒顶事故。 5.2 加强顶板管理 1煤层顶板或巷道围岩若为散体结构、碎裂结构[4]的岩层,其稳定性差,在施工或回采过程中一定要及时支护,背顶背帮要牢,防止局部冒落引起更大面积的冒落。2煤层顶板或巷道围岩若由碎裂结构的泥岩组成,并且裂隙发育,其坚固性、连续性、整体性较差,必须及时加固、加强支护。3若煤层顶板为较坚硬的细砂岩,但其厚度较小,只有12 m,也应及时支护。4煤层顶板层理、节理发育地带,其完整性、连续性、稳定性较差,要加密加固支护,巷道掘进时遇围岩层理、节理发育时要及时进行支护。5煤层开采或巷道掘进遇到节理发育地带、断层破碎带、层间滑动带褶曲轴部等,岩体的稳定性均很差,必须加密加固支护。 5.3 加强瓦斯管理 1地质人员要及时准确做好断层、褶曲等瓦斯富集地段的地质构造的预测预报工作,以便为开采过程及时留设断层煤柱或及时做好瓦斯管理工作提供可靠依据。2加强采掘工作面的瓦斯管理,切实落实瓦斯检测制度,在过断层、褶曲等瓦斯富集地段,应适当增加瓦斯检测次数或加大供风量稀释瓦斯。3做好局部通风工作,保证工作面有足够的风量稀释瓦斯。采掘作业点要坚持“一炮三检”制度。对临时停工停风地点,在没有避风的独头巷道、小眼、采空区应及时设置栅栏,并挂上警标。4采取合理的开采顺序,加强采面管理,防止因采面管理不善而导致瓦斯异常涌出。 5.4 加强水害管理 1加强对矿井周边小煤窑的整治,对非法超层越界开采而危及矿井安全生产的小煤窑,坚决给予封闭。2加强小煤窑的调查力度,经常组织地质、生产、安监等部门有关人员深入周边小煤窑,对小煤窑开采现状、老窑及老空区进行全面彻底调查,并密切注意周边小煤窑生产动态,超前做好井下透水隐患的预测预报工作,及时治理塌陷区和护巷煤柱破坏地段。3加强采掘工作面的探放水工作,坚持“有疑必探,先探后掘”的原则,把透水隐患消灭在萌芽状态。 6 结语 从煤矿安全生产角度出发,认真分析煤矿生产过程中各种地质环境因素,找出其变化规律,采取措施,及时预防预测生产中安全问题,消除隐患,以利于科学地指导煤矿安全生产,提高煤矿经济效益和社会效益。