矿井隐蔽致灾因素的探查与防控*

朱庆伟，李小明

（华北科技学院 安全工程学院，河北 燕郊 101601）

矿井隐蔽致灾因素的探查与防控*

朱庆伟，李小明

（华北科技学院 安全工程学院，河北 燕郊 101601）

摘要：以晋牛煤矿为例，采用物探和钻探方法对采空区、地质构造、含水性和瓦斯富集区等在煤矿生产过程中存在的隐蔽致灾因素进行探查和分析，结果表明矿井存在的隐蔽致灾因素有：采空区积水、废弃井筒和老窑、断层和裂隙、瓦斯、导水裂隙带、地下含水体及火区。根据该结果制定相应的防范措施，提升煤矿的安全保障能力。

关键字：隐蔽致灾；因素；防范措施；安全

大多数情况下隐蔽致灾因素是导致煤矿事故频发的主要诱因，为了进一步提高煤矿的安全生产水平，降低煤矿安全事故发生的频率和严重程度，必须加强对隐蔽致灾因素的探查工作，提前制定事故的应对措施，保障煤矿安全生产。本文以晋牛煤矿为例进行隐蔽致灾因素探查并提出相应的防控措施。

1　矿井概况

晋牛煤矿井田长4.5 km，宽3.3 km，面积15.020 8 km2，批准开采2号-11号煤层，生产规模90万t/a。批准开采深度（标高）为1 229.92 m～ 799.92 m。矿井现主采煤层为2号煤层和9+10+11号煤层，矿井采用斜井开拓方式，布置有主斜井、副斜井、回风立井3个井筒。通风方式采用机械抽出式，采用放顶煤综采一次采全高，走向长壁后退式采煤法，全部垮落法管理顶板。

2　致灾因素探查

煤矿致灾因素具有种类多、隐蔽性强、涉及面广等特点，我们可以从采空区，废弃的井筒和老窑、封闭不良的钻孔、断层和裂隙、瓦斯富集区、导水裂隙带、地下含水体、火区等致灾因素着手开展调查。

2.1采空区积水探查

本井田内2号煤层存在5处采空区和小窑破坏区积水，其中C2号采空积水区积水量1 140 m3，积水标高1 112 m，对位于其下的9+10+11号煤层的1301、1303工作面的掘进和回采存在影响。C3号采空积水区积水量554 m3，积水标高1 098 m，对其下9+10+11号煤层1307工作面的巷道掘进存在影响。

本井田内由三维地震探测得知，9+10+11号煤层有采空区11处；有采空区积水10处。其中，四号采空区积水量13 854 m3，积水区面积0.014 km2，可能会通过郭家庄废弃老窑和巷道对附近9+10+ 11号煤层1302工作面东面的回采产生影响。相邻煤矿井田内2号煤层存在4处采空区和小窑破坏区积水，9+10+11号煤层存在1处采空区和小窑破坏区积水，在未来三年对煤层开采无影响。

综上所述，采空区积水是晋牛煤矿隐蔽致灾地质因素。

2.2废弃井筒（老窑）和封闭不良的钻孔探查

对井田内外53个小窑，11个废弃井筒以及27个施工钻孔进行普查，结果显示有4个老窑和1个观测水位井筒将影响煤层的开拓，所以废弃井筒和老窑是晋牛煤矿隐蔽致灾地质因素。大部分的钻孔封堵良好，只有钻孔SC04封堵不良，现场井口未封，内部情况不清。由于钻孔SC04位于工作面1305内，即属于2015年-2017年9+10+11号煤层开拓区内。故封闭不良钻孔是晋牛煤矿隐蔽致灾地质因素。

2.3断层、裂隙和褶曲探查

井田总体为一走向北东，倾向北西的单斜构造。井田内地层平缓，倾角一般5°～12°。在此基础上发育着波幅不大两翼平缓的背向斜褶曲构造，褶曲轴向一般为北东向，个别在井田中部变为近南北向，使地层呈波状起伏，图1为晋牛煤矿断层和陷落柱示意图。到目前为止，井田内共发现褶曲9条，其中背斜4条、向斜5条；发现落差较小的延伸长度有限的高角度正断层10条，断层走向多为北东向，倾向多为北西，其中F1断层位于1301工作面内，F3断层位于1302工作面内，在1303工作面切眼位置揭露的正断层F9，属于未来3年开拓区内，所以断层、裂隙是晋牛煤矿隐蔽致灾地质因素。

图1　晋牛煤矿断层和陷落柱示意图

2.4陷落柱探查

井田内共发现陷落柱4个，详见图1，由于陷落柱不在未来三年的规划开拓区内，所以陷落柱不是晋牛煤矿隐蔽致灾地质因素。

2.5瓦斯探查

晋牛煤矿矿井绝对瓦斯涌出量为1.40m3/min，矿井相对瓦斯涌出量为0.77 m3/t，采煤工作面最大绝对瓦斯涌出量为0.94 m3/min，掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量为0.06 m3/min。鉴定为瓦斯矿井。

2.6导水裂隙带探查

根据“三下”采煤规程水体下缓倾斜煤层开采时冒落带、导水裂隙带高度计算公式（覆岩岩性中硬、坚硬）进行计算。

2号煤层冒落带高度计算公式：

9+10+11号煤层冒落带高度计算公式：

2号煤层导水裂隙带高度计算公式：

9+10+11号煤层导水裂隙带高度计算公式：

式（1）-（4）中：Hm为冒落带高度，m；HI为导水裂隙带发育高度，m；M为煤层厚度，m。

2号煤层厚度取2.47 m，经计算，2号煤层开采后冒落带高度5.87m～10.27 m，导水裂隙带高度27.11 m～38.31 m，或41.43 m，2号煤层在井田各沟谷一带埋藏深度小于80 m，减去盖层厚度10 m及基岩风化带深度60m，说明地表水对2号煤层开采有充水影响。

9+10+11号煤层取最大厚度7.30 m，经计算，9+10+11号煤层开采后冒落带高度20.80 m～25.80 m，导水裂隙带高度58.94 m～76.74 m，或91.06 m，减去2号煤层底板扰动破坏深度16 m，大于2号煤层至9+10+11号煤层间距79.06 m～99.60 m，说明9+10+11号煤层开采后冒裂带高度可导通2号煤层采空区。地表水通过2号煤层采空区对9+10+ 11号煤层开采产生充水影响。

综上，开采裂隙发育至地表，不仅造成水患存在，也增大了煤层自燃的可能性，因此导水裂隙带是晋牛煤矿隐蔽致灾地质因素。

2.7地下含水体探查

根据探查结果表明，在2015年-2017年生产范围内影响矿井的主要地下含水体有断层裂隙带、采空区积水、含水层水（主要是9+10+11号煤层顶板岩溶裂隙水）。矿井正常涌水量为60m3/h，最大涌水量为80 m3/h，所以地下含水层体是晋牛煤矿隐蔽致灾地质因素。

2.8火区探查

根据煤层自燃倾向报告判定晋牛煤矿2号煤层和9+10+11号煤层自燃倾向性等级为Ⅱ级，属自燃煤层；矿井在多年的开采中，虽然未发生过煤层自燃现象，井下未发现火区，但是不排除以后会有煤层自燃的可能，所以火区是本矿井隐蔽致灾地质因素。

2.9古河床冲刷带、天窗等不良地质体探查

经探查表明，本地区基本不存在古河床冲刷带、天窗等不良地质体，对矿井的影响目前可忽略。所以古河床冲刷带、天窗等不良地质体不是晋牛煤矿未来建设生产的隐蔽致灾地质因素。

3　防治措施

通过对矿井地质资料的分析，结合地面和井下现场探查的结果，确定矿井存在的隐蔽致灾因素为：采空区积水、废弃井筒和老窑、断层和裂隙、瓦斯、导水裂隙带、地下含水体及火区。

3.1采空区积水防治措施

在受采空区积水危害时，必须坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的探放水原则，并专门编制探放水措施，开采中实行“防、堵、疏、排、截”综合治理措施，保障矿井排水系统的顺畅，及时将矿井涌水排出井外，定期进行水质化验。

3.2废弃井筒和老窑防治措施

坚持“预测预报，有掘必探、先探后掘，先治后采”的原则，当工作面接近钻孔、老窑及废弃井筒一定距离时，可按照井下探放水规定，先物探探测、钻探跟进验证，处置完毕确认无危险时再开展采掘活动。

3.3断层和裂隙防治措施

针对矿区内已探明的导水断层，应按照相关规定留设断层防水煤（岩）柱或进行注浆改造，消除导水断层对矿井安全生产的影响，对导水性不明的断层，要提前运用物探和钻探手段查明断层的导水性及导通的含水层，再根据实际情况采取留设防水煤（岩）柱或注浆改造等手段进行治理。

3.4瓦斯防治措施

本矿为瓦斯矿井，在矿井建设和生产过程中必须坚持“安全第一、预防为主”的方针，做好通风瓦期管理工作，防止瓦斯聚积、发生瓦斯爆炸。通过加强通风管理，加强老空区积水、积气探查与排放，可以使采掘工作面和生产巷道中瓦斯浓度符合《煤矿安全规程》要求。

3.5导水裂隙带防治措施

对导水裂隙带涉及到的导水通道，应提前进行封堵，无法封堵的应留设一定的防水煤柱；对导水裂隙带涉及到的含水体，应进行超前探放水；每月不定时的对全矿各个回采、掘进工作面进行水情观测；做好突水应急救援预案，提高职工自我保护、自救的能力。

3.6地下含水体防治措施

对采空区积水要做到超前疏放其采空区积水，严格执行“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防治水制度，确定采空区积水对采掘工程无突水危险时方可回采；遇井下断层出现时，应进行探水作业，并加强回采工作面的水情监测。9+10+11号煤层受到顶板太原组灰岩岩溶裂隙含水层的涌（突）水威胁，太灰含水层属弱-中等富水性含水层，对9+10+11号煤层开采影响小，所以以疏干的方式即可解除其影响。

3.7火区防治措施

根据煤层自燃倾向报告判定晋牛煤矿2号和9+10+11号煤层自燃倾向性等级为Ⅱ级，属自燃煤层，且具有煤尘爆炸性，工作面开采结束后应完成永久密闭工作，并采取密闭喷浆、注浆等综合防治自然发火措施。

4　结束语

晋牛煤矿矿井的隐蔽致灾因素主要包括：采空区积水、废弃井筒和老窑、断层和裂隙、瓦斯、导水裂隙带、地下含水体及火区。针对上述致灾因素，制定相应的防范措施，有助于最大程度降低矿井灾害发生的可能性及影响程度，对矿井安全生产具有指导意义。

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（编辑：樊敏）

中图分类号：TD745

文献标识码：A

文章编号：1672-5050（2016）03-010-04

DO I：10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.06.003

收稿日期：2016-01-20

基金项目：中央高校基本科研业务费项目（3142015139）

作者简介：朱庆伟（1992-），男，安徽安庆人，在读硕士研究生，研究方向：矿山防治水。

Detection and Control of Hidden Disaster-causing Factors in M ines

ZHU Qingwei,LIXiaom ing
（Security Engineering College，North China Institute of Science and Technology，Yanjiao 101601，China）

Abstract：Taking Jinniu Mine as an example，geophysical exploration and geo-drilling technology are used to detectand analyze hidden disaster-causing factors in themining，in terms of goaf，tectonics，water-bearing properties，and gas enrichment areas.The results show that the hidden disaster-causing factors include goaf water，abandoned shafts and old mines，faults and fractures，gas，water flowing fractured zones，water-bearingbody and fire zone.Correspondingmeasures are formulated to prevent the hidden disastersand to promote the security capacity of themine.

Keywords：hidden disaster-causing；factors；precautionarymeasures；security