地质构造对矿井安全的影响及其预防研究

2022-11-12王斌

山西冶金 2022年6期

王斌

（西山煤电集团官地矿，山西太原 030000）

地质构造是因为在不断的地壳运动中自然形成的，因此成为开采过程中的不可控因素。为了避免这一影响，就应深入地分析研究地质构造的种类，以及不同的地质构造会分别带来哪些影响，做好预防及处理方案。

1 地质构造对矿井安全的影响

在矿井开拓及煤炭资源的开采过程中常存在着各种风险，严苛的工作环境下不单单要求技术人员及煤矿工人的专业素养及经验储备，更需了解相关的地质构造知识，并在其不断变化的情况下保持对各环节的高度重视。保证勘探的精确高效，才能做到煤矿生产开采的有效进行。褶皱、裂隙、陷落柱、断层是最为常见的地质构造，从不同层面影响着煤炭资源的正常开采以及煤矿工作人员的生命安全。

1.1 褶皱

褶皱在煤矿矿井建设及生产过程中是很常见的地质构造，岩体在不断受到水平压力的作用下会产生褶皱。而褶皱也有多种类型，为人们熟知的就按其受力方向和位置上的差别，分为背斜和向斜两种。这两种的成因完全不同，但都影响着煤炭的埋深而加大了生产开采难度。向斜由于其独特的地形构造，也很容易引发滑坡等地质灾害，且因向斜处往往地质年代很新，岩层松软，加大了矿井支护难度。合理利用其地质构造，松软的岩性也能有利于矿井开拓，这也是值得权衡利弊的[1]。褶皱中核部的热量难以释放，极易引起煤层自燃。由于不论向斜背斜，都给瓦斯的赋存留下天然的空间，这是极其危险的，很容易造成煤矿瓦斯突出问题，并且在向斜中因为它独特的构造，瓦斯很难正常逸散出去，因此往往更容易引发爆炸。

1.2 裂隙及陷落柱

裂隙以及陷落柱问题，在煤矿开采过程中也会带来严重的影响。两者在水灾方面的危害尤为突出，在矿井生产过程中，含水层的水很容易在裂隙的渗流下流入矿井，因此分析矿井涌水量并做出预防措施，合理计算水泵功率及数量成为矿井设计最基本的要求。而由于陷落柱的存在，也形成了一个天然的储水地带，开采前的勘探工作也因此显得尤为重要。更为严重的是，陷落柱因为其特殊的化学成分，会随着时间的推移愈发严重，甚至引起大范围的塌陷。若其侵蚀煤层，则极大地影响了正常产量以及煤炭的生产开采。常见的岩体裂隙有原生裂隙、构造裂隙、风化裂隙等。裂隙中原生裂隙往往是由于地下水渗流形成的，加强原始地质勘探，大多能得到观测解决。构造裂隙伴随着开采生产而产生，因此具有方向性，不断的采掘工作新生成的构造裂隙，为地下水提供了流动场所，加大了突水事故的发生。裂隙在断层等地质构造中会呈现羽状分布，而在地下水赋存的破碎岩体中会表现出网状结构和层间运动[2]。

1.3 断层

断层往往影响着煤炭的正常生产，工作面的推进过程中，会因煤层断层而延误正常生产，提前做好地质情况探明是极为关键的。围岩在自然地质条件下达到一种平衡状态，而断层的形成会使周围构造应力变得极为复杂，破坏原有的平衡，发生顶板破碎，并在时间推移过程中及位移过程中不断变化。在地应力的作用下，岩体裂隙破坏使得地层发生位移，而地层的整体性也就得到破坏，岩层会随着位移的不断增大而产生断层（见下页图1）。在开采过程中，埋深越深，地应力越大，深部围岩也越容易遭受破坏。在较浅岩层发生的破坏大多是延性破坏，而随着深度增加，构造运动越来越复杂，因此多发生塑性破坏。也更需加大围岩支护力度。巷道在掘进过程中遇断层时，其顶板也会极大降低稳定性，越接近断层，则越为破碎，很容易发生局部冒顶或整体顶板垮落[2]。煤层也常因断层的存在，引发自燃及瓦斯爆炸，加大了与空气接触的可能，影响了煤炭资源储量以及煤矿安全生产。

图1 断层示意图

2 防治措施

2.1 高效高新技术勘察

对矿区周边地质情况因有精确了解，地质构造图是最基本的勘探资料。在此基础上，专业人员的多次钻探，综合了解矿区周围地质情况，能够有效的引导煤矿安全高效生产。完善开采技术，不断引进更新各种新技术新设备，做好采掘前的准备工作，做好支护措施。加强煤矿制度管理，把各项措施落到实处保障生产安全。井下技术人员的探测，包括瓦斯监测，涌水量等，以及掘进前对地质情况的预先钻探都能保障生产上的安全，也避免了因错误巷道掘进而造成的经济浪费。加大勘探设备的投入及技术人员的引进，从而能够对测量数据的精确性提供保障，对测量数据的全面精确分析，提高对地质构造的分析研究工作，明确矿井地质构造[3]。在堪明地质构造下进行工作生产，能够极大的降低灾害发生。也为煤矿开采生产安全提供了可靠保证。要对现代科学技术手段加以应用，根据矿区的实际情况，在了解地质构造情况下，利用新型技术，如三维探测、无线电传输、5G技术等进行勘探。科学评估所得的资料，结合地质构造、图纸信息、现场勘察情况，综合开展煤矿地质信息化建设。尽可能做到地质灾害的预测预报，避免因地质灾害对矿井正常生产造成影响

2.2 合理设计规划

断层保护煤柱的设置、陷落柱侵蚀煤层等，必然会对煤炭资源造成损失。因此加大煤炭资源的回采利用率是极为重要的，科学精确的勘探结果，能够最大限度的减少多余煤柱的留设，保证煤炭资源回采率。煤矿实际生产过程前必须对地质情况做出深入了解，做好应对突发事件的应对工作。科学合理利用煤矿煤炭资源，使仅有的资源发挥其合理的最大的利用效率。断层保护煤柱、防水煤柱的留设可进行科学合理计算，在保障煤矿生产安全的前提下，尽可能减少浪费，合理估算煤柱的留设尺寸。先进理念及设备的引进，能够在复杂的地质构造下，保障煤炭资源最大限度地得到利用，减少资源浪费。

2.3 加强灾害防治管理

复杂地质构造不可避免的带来各种灾害的发生，做好应对措施及突发事件的正确应对是极为重要的，加强对采空区、老窖等积水的探测，实时观测矿井涌水量是否异常。设置防水隔离煤柱，定期检查保养排水设备，到期设备维修或更换。有断层存在的煤层留设保护煤柱，并加大瓦斯检测力度，防治瓦斯突出。并检测煤层是否有自燃倾向，做好应对措施。对破碎及不稳定岩体做到及时的注浆加固，对一些裂隙进行注浆处理，这样可使岩体极大提升自身强度和完整性，使得岩体力学性质得到改善。在一些破碎顶板上进行锚杆锚索的吊顶支护，也能有效减少其冒顶事故的发生，保证了回采工作的顺利安全进行。巷道掘进面遇断层时选用合理方法进行锚固作业，并注浆加固，能够是巷道原本破碎的岩体得到有效改善，重新形成一个整体，加大了围岩承载能力，发挥围岩的支护作用，降低支架载荷。了解矿区水文地质情况，贯彻落实掘进前预先探明情况，探明分析之后掘进作业的制度理念。要引入先进的检测设备、探测设备，能够及时预测预报矿井涌水异常，矿井瓦斯含量异常等情况的发生。能够做好安全防护措施，降低灾害的发生。