西曲煤矿主要隐蔽致灾地质因素分析

武 艺

(西山煤电股份有限公司西曲矿，山西 古交 030200)

0 引言

煤矿隐蔽致灾因素具有隐蔽性、时变性、突发性的特点，探测和防控难度大。不同的隐蔽致灾地质因素存在状态或发育特征各异，生产过程当中，如果不能提前预测预防，将对采掘活动造成严重影响甚至造成事故[1]。据统计，我国的煤矿重大事故中，和地质条件有关的事故比重约80%。近年，煤矿逐渐转入深部开采，必将面临高冲击地压、高地温、高瓦斯等地质灾害，隐蔽致灾因素类型增多的同时程度也加重，煤矿生产的难度增大，因此，加强煤矿隐蔽地质因素普查极其重要[2]。

为加强和规范煤矿地质工作，查明隐蔽致灾地质因素，及时预测并制定相应措施，有效预防事故的发生，根据《煤矿地质工作规定》，每个煤矿应结合实际情况开展隐蔽致灾地质因素普查。山西西山煤电股份有限公司西曲矿对矿井隐蔽致灾地质因素进行了普查工作[3]。

1 矿井概况

西曲矿位于古交市方位335°直距0.5 km处，行政隶属于古交市管辖。井田南北长6.5 km，东西宽6 km，面积34.315 2 km2。

矿井现主要开采二叠系山西组2+3号、4号煤层和石炭系太原组8号、9号煤层。分+983 m和+1 072 m生产水平。西曲矿采用平硐、斜井联合开拓方式，倾斜(走向)长壁顶板全部垮落采煤法。设计生产能力为300万t/a，设计服务年限98 a[4-5]。

2 矿井主要隐蔽致灾地质因素

通过对矿井内小窑老空、封闭不良钻孔、断层、陷落柱、瓦斯、导水裂缝带、地下含水体、瓦斯、风氧化带、黄泥带等进行调查，同时对矿井内地层、煤层、开采技术条件等进行分析，推测本矿主要隐蔽致灾地质因素。

2.1 小煤窑老空区

西曲矿界内井田小煤矿众多，分布在井田的北部、东部、西南部，由于西曲矿范围内煤层赋存条件简单，埋藏深度较浅、煤层露头较多，小煤矿开采难度小，经过近几年的关闭整合，自1989年至今西曲矿井田内及周边累计关闭合法小煤矿68个(有证小煤矿64个，联办煤矿4个)，由于资源整合，2010年井田内18个及周边5个有证小煤矿分别在5座资源整合煤矿井田内。

除上述关闭小煤矿外，西曲井田范围内的私开小窑也非常多，其主要集中分布在矾石沟、水深沟及白家沟内，这些小煤矿主要开采2号、3号煤层，少数开采4号、7号和8号煤层，它们不仅对西曲矿主要可采煤层造成一定程度的破坏，而且对矿井的安全生产有较大影响。目前，通过填埋、封堵、炸填、浇灌的方式共治理废弃井口149个，其中115个为私窑井口，32个为关闭煤矿废弃井口，剩余2个为重复封堵井口[6]。

这些小煤矿大部分为独眼单巷、以掘代采，但掌握资料较少，由于老小窑埋藏较浅，开采边界的不确定性，地表塌陷处易受大气降水的入渗补给，导致采空区积水增加，因此，小窑老空水是西曲矿井开采的最大安全隐患。

通过对矿井内及周边小煤矿的普查，经分析认定小窑老空水为本矿主要隐蔽致灾地质因素之一，在生产过程中应加强小窑的探测工作，严格执行《煤矿防治水细则》，做好探放水工作。

2.2 陷落柱

西曲井田陷落柱比较发育，已经成为影响本矿生产的主要地质因素之一。截至2019年11月底，井田内共发现有陷落柱397个，其中在钻孔揭露1个陷落柱，其余396个陷落柱均为03、2+3、4、7、8、9、10号煤层开采过程中所揭露。井田内陷落柱大小不一，形状各异，平面多为不规则的圆形或椭圆形，纵断面多为锥形。

陷落柱柱体内为胶结很好的密实充填的杂乱堆积物，柱体内各类岩块和岩屑压实紧密，孔隙度很小，柱体边缘裂隙不发育，井田内煤系地层水文地质条件中等，没有极强含水层，陷落柱充水性不强，目前揭露的陷落柱一般不含(导)水，只有少数陷落柱在揭露前有少量淋头水。但2016年5月5日发生透水事故的透水通道就是工作面切眼处的E1437陷落柱在矿山压力作用下，改变了其原有结构，使其活化，成为透水通道。

通过对矿井内陷落柱资料的收集分析，确定陷落柱为本矿主要隐蔽致灾地质因素之一，一般情况下陷落柱的富水性和导水性比较差，少数陷落柱裂隙发育处有滴水和淋水现象，但在矿山压力作用下，会改变陷落柱的原有结构，使其成为导水通道。矿井生产过程中应利用物探或钻探的办法探查陷落柱的位置及含(导)水性，必要时在井下进行注浆充填加固，另外工作面过陷落柱时注意加强顶板支护等多项措施[7]。

2.3 风氧化带和黄泥带

2.3.1 风氧化带

西曲矿北三盘区位于西曲井田东北部，矾石沟东临该盘区，上组煤在盘区东部露头较多，受其影响，盘区内风氧化带发育[8]。根据以往采掘资料看，风化带一般宽15 m左右，氧化带宽50～80 m。

北三盘区上覆地形东高西低，地表被黄土覆盖，矾石沟从盘区地表穿过，沟内基岩出露。在开采8号煤中，由于8号煤顶板灰岩含水性较强等原因，多处揭露风氧化带，北三盘区28302工作面回采28307副巷和28308副巷掘进中均揭露风氧化带，北四盘区的28406工作面回采中在中部揭露4个大小不一的风氧化带区域，最大达81 m×50 m，对回采影响很大，揭露风氧化带区域盖山较厚，且上组煤开采中煤层无异常现象。揭露前煤层顶板石灰岩颜色由灰黑色变为土黄色，煤层失去光泽，变为泥状黄土，少数情况下变为沙质泥土，工作面继续推进，煤层逐渐恢复正常[9]。

2.3.2 黄泥带

西曲矿北三盘区8号煤顶板L1庙沟灰岩裂隙普遍发育，富水性较强，同时顶板变软发黄不易支护，风化严重的地方顶板及煤层相变为黄色的泥状粘土带，硬度完全消失，已揭露的最大的黄泥带约3 360 m2。北三盘区8号煤层已回采完毕的5个工作面均不同程度的受到煤层黄泥带的影响。截止目前，盘区内完全揭露的黄泥带有11处，掘进巷道揭露12处。

井下揭露的黄泥带特征。黄泥带发育的地方在上覆煤层的开采中并无异常现象，其赋存情况不可以单纯的依靠陷落柱的上下层位推理进行预测，工作面揭露往往是无计划的；陷落柱揭露前，顶底板破碎，裂隙增多，但不存在相变为其他岩性的情况，而黄泥带揭露前，往往随着工作面的推进，煤层以及顶板逐渐变为泥状粘土，造成该区域顶板缺失，随着工作面推进，再由风化黄泥带逐渐渐变为正常煤层及顶板；黄泥带在揭露前往往工作面煤层向下形成较明显的向斜褶曲，顶板发黄变软，顶板及黄泥带潮湿含水，水质分析显示其为典型的SO4·HCO3-Ca·Mg 型，水质清澈，矿化度中等，为石灰岩内的岩溶裂隙水；黄泥带揭露的区域，顶板以及黄泥带中的岩石软且破碎，往往含有大量的生物化石，以腹足类、瓣塞类为主，个体较小，壳体薄，虽呈聚集的群落出现但种属较为单调[9]。如图1所示。

图1 北三盘区8号煤黄泥带揭露前顶板岩性变化Fig.1 Roof rock property change of No.8 coal seam before exposing yellow mud belt

通过对矿井内风氧化带和黄泥带的普查，经分析认定风氧化带和黄泥带为本矿主要隐蔽致灾地质因素之一，工作面施工中预计揭露煤层风(氧)化带及黄泥带区域时，应提前打钻探查煤层顶板基岩厚度，积层富水性能情况[10]。

2.4 防水密闭

西曲矿共设置180道永久密闭和1道防水闸墙。180道永久密闭全部为料石砌筑、混凝土浇筑。分布情况为：北一采区施工6道，北二采区施工36道，北三采区施工28道，北四采区施工5道，北五采区施工33道，南一采区施工3道，南二采区施工12道，南三采区施工16道，南四采区施工10道，南五采区施工26道，南六采区施工5道。1道防水闸墙布置在西1072运输大巷，料石砂浆砌筑，注浆材料为XPM纳米抗渗堵漏剂，防水闸墙上设置2个(每个6寸)泄水孔。

13道出水密闭分别为北二9号煤联络巷密闭(3.0 m/h)、西1072运输大巷1#防水密闭(无水)、28406切眼联络巷密闭(1.5 m/h)、28307正巷密闭(0.5 m/h)、28307副巷密闭(0.5 m/h)、2702斜坡底密闭(1.5 m/h)、北983运输大巷正前密闭(1.0 m/h)、1803 斜坡坡顶2+3号煤联络巷密闭(0.5 m/h)、18301副巷密闭(3.0 m/h)、南三4号煤集中运煤巷密闭(1.0 m/h)、18401瓦斯治理巷1#横贯密闭(5.0 m/h)、18403原切眼联络巷密闭(5.0 m/h)、南五8号煤联络巷密闭(3.0 m/h)。

通过对矿井防水密闭的普查，经分析认定防水密闭为本矿主要隐蔽致灾地质因素之一。针对防水密闭需绘制防水密闭巡查图，对防水密闭进行逐个排查；定期巡查，雨季加密巡查次数；对留设有泄水孔的防水密闭要定期进行疏通；对原先有水，经疏通后仍然无水的防水密闭要根据巡查图进行分析；对存在闭中闭的防水密闭必要时补充施工泄水孔或拆除外部密闭，防止密闭憋塌造成事故[11-13]。

3 结语

综合分析地质勘察资料并结合煤矿井下实际生产情况，对煤矿小窑老空、自然灾害、封闭不良钻孔、断层、陷落柱、瓦斯、含水体、风氧化带和黄泥带、含水体、井下火区等现象进行分析，找出了矿井主要隐藏致灾地质因素为小窑老空水、陷落柱、防水密闭、风氧化带和黄泥带。