矿井地质灾害要素与地质灾源体辨识评价

王子珩

（中国煤炭地质总局勘查研究总院，北京 100039）

矿井地质灾害是一种常见的煤矿安全事故类型，其中大多是和隐蔽致灾因素相关，是煤矿灾害事故发生主要原因，矿井地质灾害通常是煤矿井下和地质条件有关联的重大事故，如瓦斯爆炸、煤尘、冲击低压、冒顶等等，在发生矿井地质灾害前灾害源就已经存在，不过存在比较隐蔽，没有被人们及时发现，在煤矿开采中因各方面因素导致地质灾害发生，对人们的生命安全及财产安全带来极大威胁[1]。为此本文就根据典型的矿井地质灾害案例，对灾害要素及成灾原理进行分析，并对地质灾源体的辨识评价方法展开叙述和探讨，规范地质灾害因素研究，减少矿井地质灾害事件的发生。

1 矿井地质灾害的成灾案例和机理

图1 工作人员对地压危险区域进行排查

根据近几年的资料查找发现，矿井地质灾害事件发生较多，例如在2016 年新疆莎车天利煤矿因顶煤工作面的顶板稳定性不够，缺乏足够支护，导致顶部发生失稳或局部锻炼导致顶煤垮落；2015 年山西同煤集团因导水裂隙带破坏上覆隔水层，顶板水涌入工作面造成灾害；2013 年吉林八宝煤业因上区段采空区漏风，煤层发生自燃引发瓦斯爆炸；还有在2011 年义马煤业发生冲击地压事故，在煤层开采后，矿区地层局部倒转，产生构造应力，对地压危险区域带来较强的冲击力。通过对以上这些典型的矿井地质灾害案例分析发现，在发生矿井地质灾害时主要包括了灾源体，触发因素和其他外在影响因素等，导致矿井地质灾害的发生，其中其他外在影响因素是灾害在发生时对矿井地质灾害发生的危险程度起到调节作用，如加剧或减轻。

2 矿井地质灾害的成灾要素

（1）灾源体。灾源体是在煤矿采掘工作中受到采掘作业影响对地质体产生扰动，而这些地质体可能会引发矿井地质灾害，例如具有力学结构或特定性质的围岩、煤层，或者是地下水和瓦斯在达到一定量值后也会成为灾源体。

（2）触发因素。触发因素较多，主要是在煤矿开采作业中人类的采矿活动触发地质灾害，主要包括：在煤矿采掘过程中破坏了隔水层和岩体，发生水害；在煤矿采掘时空气中氧气含量超过12%，随着热量积聚和氧化放热，达到煤的着火点，引发自燃事故；在煤矿采掘时，瓦斯浓度超过2%，且空气中氧气浓度含量超过12%，发生瓦斯爆炸；当煤矿采掘中氧气浓度超过18%，煤尘的浓度超过40g/m3，靠近高温火源的情况下会发生煤尘爆炸。另外，在煤矿采掘中，人们的开采作业会导致煤层发生震动，顶板岩石不稳定导致坠落，进而发生冒顶灾害；在巷道周围的煤和岩层缺乏支护作用，发生片帮，引发灾害。在煤层开采时会出现大面积悬空，而煤层的覆岩层比较坚硬，也比较后，在发生大面积悬空后应力超过支护强度，会发生折断垮落，煤矿工作面周围岩体会发生弹性变形，导致媒体突然发生位移或抛出等现象，引发剧烈破坏。

（3）其他外在影响因素。其他外在的影响因素包括人为和地质两个方面的因素。人为因素主要是和开采人员有关，在煤矿开采中，离层水聚集在煤层的覆岩离层空腔，老空水聚集在老窑和采空区，引发矿井水害。或在地质勘察中因钻孔的封孔质量问题导致瓦斯或其他有害气体，通过钻孔涌出通道，如果在矿井开采中钻孔封闭不良，又或者是没有进行封孔，都会导致矿井地质灾害的发生，并增加灾害危险程度。地质因素相对比较复杂，一般包括地质断层、褶皱、覆岩力学结构等方面的原因，一般来说矿井的背斜区瓦斯聚集较多，向斜区则有地下水积聚，在地质开采时开采到背斜区或向斜区都会增加瓦斯灾害或水害。断层也会让隔水层空间发生改变，当断层拉张后会让地下水运移，在断层的破裂带如果没有填充胶结的情况下会导致地下水聚集，增加矿井水害危险。而且在拉张性正断层还会让瓦斯及其他有害气体运输，导致瓦斯及有害气体飘散，增加了灾害发生可能性。在煤矿开采作业中使节理间隙发生扩张，为地下水或瓦斯提供提供了通道，在节理间隙部位存在发育带，也会导致地下水和瓦斯聚集。在煤层覆岩中如果岩层存在较大的力学性质差异，煤矿开采作业会导致顶板发生变形，不同的岩层会产生不规则或者不协调的位移，在软岩层和应岩层之间会产生空腔，形成离层水，引发水害。

3 矿井地质灾害灾源体的辨识和评价方法

（1）危险源辨识。在对矿井地质灾害源辨识工作中，要求工作人员细致、谨慎的进行辨识，这也是灾害治理工作基础要求。在矿井地质灾害体辨识中要求施工人员对施工现场全面把控，分析矿井地质开采中存在的危险因素以及灾害体的构成要素，对其进行正确的风险评价。一般常见矿井地质灾害的灾害源一共有6 类，第一类，水害。由于矿井受到采掘作业的破坏，对地质水体或含水层遭受破坏，水害的灾源体可以分为地表水，顶板水和底板水，其中地表水包括江河湖泊，积水洼地、水库池塘等，主要分布与矿区和周边地区；顶板水是在煤层上覆强含水层；底板水是煤层下的承压水。第二类，火灾，火灾的灾源体主要是具有自燃倾向的煤层，这类煤层通常具备低温氧化的特性，根据自燃倾向分类可以分为Ⅰ类和Ⅱ类。第三类，瓦斯灾害，灾源体是煤层或围岩上吸附的煤系气。第四类，煤尘。第五类，顶板。第六类，冲击地压。在矿井地质灾害中，这些灾源体的特性都具有隐蔽性和地源性等特征，地源性是矿井地质灾害灾源体的一种本质属性，即地质属性，都属于地质体。隐蔽性是指潜伏在矿井地质中，是煤层或围岩的组成部分，在矿井开采前保持平衡和稳定状态，一般不会发生灾害，当矿井开采工作扰动岩层的稳定性，进而引发地质灾害。

图2 矿井地质灾害的灾源体

（2）灾害风险评定。在矿井地质灾害风险评定工作中，评定工作人员首先进行灾害体的辨识工作，通过查阅资料或现场观察识别危险源后，由管理人员对这些危险源进行评判，并查看企业以前所发生的事故记录或者职业病等其他记录，分析记录中隐藏的危险源。在现场查看时需要对矿井地质开采的施工现场以及周围环境进行观察与判断，发现潜在的危险源。另外，还要对施工现场的人员进行询问，和有丰富工作经验的施工员进行交流，了解施工现场潜在的危险源。

根据我国风险评价方法，包括定性评价和定量评价两种，这两种评价方式都有一定的局限性和适用范围，在对矿井地质灾害现场风险评价中，需要根据灾害特点进行危险系评价法，这种评价方式具有较强的可操作性和适用性，可以判断出灾害发生的危险程度，为后续的治理工作提供决策依据。在了解以后对矿井地质灾害源危险度进行评价，评价依据包括灾源体指标，制定评价标准和评价等级，再对灾源体的危险度进行评价。例如在地表水危险度评价中，评价的标准是当水量较小时，开采煤层覆岩厚度大的情况下，危险度较低；如水量较大，开采煤层覆岩的厚度较小时，危险度为中度；而水量大，开采煤层覆岩厚度小，导水裂隙带和地表水体可能发生运移时，发生水害的危险度较高。在煤层自然倾向评价时，主要分为容易自燃类（Ⅰ类）、自燃类（Ⅱ类）、不易自燃类（Ⅲ类）这三类，当Vd ＞0.70 的情况下，发生自燃灾害的危险度较高；当0.40 ＜Vd ≤0.70，发生自燃灾害的危险度中等；当Vd≤0.40时，发生自燃灾害的危险度较低（其中Vd为煤样干燥无灰基挥发分Vdaf＞18%时煤的吸氧量）。

（3）危害源控制。为了加强对矿井地质灾害危险源控制，就需要加强矿井开采中的施工管理，利用相应的技术手段减少施工中的人为失误因素，控制危险源，保障矿井地质开采中的施工安全问题。根据矿井地质灾害的成灾要素分析和灾源体辨识，同时根据矿井工程所处环境和地理位置，施工条件等因素，分析矿井地质中隐藏的灾源体，对灾源体的危险程度进行预判，并建立相应的应急救援体系。在矿井地质灾害工程治理中，针对成灾要素中的人为因素，需要加强对施工现场的管理和施工人员管理，从源头上控制危险的发生，在企业内部建立安全生产责任制，并加强对施工人员的安全教育培训，帮助施工人员和作业人员的安全意识，减少安全隐患。另外，在矿井地质开采中需要对危险源不安全状态进行控制，例如通过距离防护或者时间防护，控制灾害发生的危险程度。在矿井开采中需要做好防护和预防措施，屏蔽潜在危险源，减少危险源存在，而且施工作业人员或施工管理人员应先对地质灾害特征有全面的了解，在施工现场建立监测网络，对矿井地下地质情况及开采作业环境进行实时监测，并及时分析监测数据，根据地质灾害发生特点及变化情况，及时建立预警监测机制，做好矿井地质灾害预警工作。

4 结语

综上所述，矿井地质灾害不仅严重制约了煤矿行业的发展，还会对施工作业人员的生命安全及财产安全带来严重威胁，为了保障煤矿作业生产的正常进行，保障煤矿作业人员的生命安全，做好矿井地质灾害成灾要素和灾源体的辨识评价工作具有重要的现实意义。矿井地质工作者应对地质灾源体空间分布规律进行分析，对地质灾源体的危险度进行评价和预测，并采取科学的防控技术和防控措施，遏制人的不安全行为，做好对灾源体动态监测和定位，做好预警工作，减少矿井地质灾害的危险程度。