煤矿地质灾害防治研究

刘 阳

（山西地宝能源有限公司，山西太原030045）

煤层通常位于地底深处，煤炭资源的爆破开采方式可能导致岩层结构损坏，随后引发一系列的地质灾害问题，对于作业面安全以及坑道支护设备的稳定性造成影响，对于后续煤炭开采作业以及地质灾害应急处理将造成一定压力。由此可见，积极开展煤矿地质灾害的防治研究工作对于提高煤矿开采作业的稳定性，维护井下作业人员的生命安全具有重要的现实意义。

1 煤矿地质灾害特征

1.1 煤矿地质灾害的区域性特征

受爆破式开采方案的影响，少数采煤技术对在岩层结构破坏较为严重，可能导致区域性的地质灾害，同时此类区域性反应可能导致周边岩层出现滑移或结构弯曲，进而导致煤矿区特点区域形成灾害群，各类灾害风险相互叠加，进而危及后续煤矿开采作业，严重影响企业的安全生产效率。煤矿常见地形如图1所示。

图1 煤矿常见地形

1.2 煤矿地质灾害的次生特征

由于矿区岩层存在交叉分布情况，因而单一类型地质灾害可能在后期地质演化过程中形成一系列的次生灾害。如发生顶板塌陷可能导致顶部含水层出现渗漏问题，严重时将出现突水事故，从长期角度看，突水事故将改变周边水系的整体循环流向；此外，开采煤矿资源还可能导致后续的生态污染问题，随着长期的生态循环，部分煤矿开采的污染物质可能随着生态循环进入到生态链中，进而引发一系列的生态问题，不利于维持生态的可持续发展。

1.3 煤矿地质灾害关联性特征

就实际而言，多数煤矿地质灾害存在一定的关联性特点，由于煤矿开采作业的特殊性，其整体开采流程可能导致目标区域岩层的煤系岩性变化、区域性地理环境变化以及水文环境变化。因此，在同一水系环境下的不同煤矿采区，在遭遇各类常见以及突发性煤矿地质灾害时其内部形成机理可能存在关联性特征。

1.4 煤矿地质灾害突发性特征

结合现阶段科技技术，针对煤矿地质灾害的继发性可做到一定程度的预测，但就实际而言，在开采过程中，少数煤炭地质灾害仍然呈现出突发性，同时在有限技术条件的小型煤矿更易遭受此类问题影响。另外针对突发性灾害，少数灾害类型可借助适当的技术手段进行分析与预测，进而提前制定应急方案，有效规避此类突发性灾害，以此将整体损失降到最低幅度。

2 煤矿地质灾害的类型

2.1 顶板事故灾害

此类事故是一种常见煤矿事故，顶板意外事故出现时可能导致带面积人员及设备损坏。在部分岩层结构较为复杂或褶皱较多的区域较易顶板事故，多数诱因在于采空区的支护结构问题或岩层压力测算数据异常等。此外，部分顶板岩层中出现结构断裂或应力分别异常问题也可能导致顶板事故发生。

2.2 煤与瓦斯泄露

瓦斯主要表示在开采作业过程中出现的毒害气体泄露问题，这些气体普遍具有可燃性以及毒害性特点，当该类气体与空气混合成为一定浓度的可燃气体时，则可能导致瓦斯爆炸问题。爆炸极限浓度一般为5%～16%之间，且诱发瓦斯爆炸的热源温度应处于650℃～750℃之间，整体热源持续周期应大于混合气体的感应期。例如，在山西地区的砚石台煤矿曾发生过重大瓦斯爆炸事故，事故致使22人罹难、2人受伤。煤矿冲击地压如图2所示。

图2 煤矿冲击地压

2.3 矿井火灾

矿井火灾的主要产生原因是由于井下设备异常或人员误操作导致井下出现违规热源，进而导致一系列火灾事故。矿井火灾事故的危害性极大，可在短时间内大面积破坏井下作业设备，危及人身安全，严重时可能引燃开采中岩层泄露的可燃气体以及矿井中的粉尘。就实际而言，矿井火灾的直接危害性较大，同时其产生的次生灾害对于矿井安全作业也造成一定程度的影响，因此，井下作业人员必须重视火灾诱发因素，积极处理对应的火灾隐患问题。

2.4 矿井水害事故灾害

矿井水害的出现普遍与周边岩层中的含水层相关，在部分煤矿作业过程中，由于作业失误导致含水层底部或顶部岩层出现裂隙，进而引发透水或突水事故。在诱发原因方面，井下水害的水源主要来自周边水系，经过常年渗透作用，地下部分岩层的含水量逐渐上升，在后续开采作业过程中少数断层破碎带、爆破裂缝、矿道缝隙等因素导致渗水或透水问题逐渐加剧，进而在后续违规开采作业中集中出现矿井水害。例如，云南地区的小河边煤矿曾发生严重透水事故，造成多人被困井下。

2.5 煤尘爆炸事故灾害

此类事故危害类型主要由于矿井中的降尘作业不规范或缺少对应的降尘设备所致。由于部分小型矿井为降低整体成本，在开采作业时并未配备标准的降尘设备，因而导致矿井开采作业过程中出现大面积粉尘，当井下出现违规热源后，一定浓度的粉尘空气混合物则可能出现爆燃问题。相关数据显示，粉尘爆燃的整体混合物浓度区域范围为45～2000g/m3，此时矿井环境中出现违规热源后，则可能导致粉尘爆炸问题出现。

3 导致煤矿地质灾害发生的原因

3.1 客观原因

在地质角度层面，虽然部分地区板块移动导致的岩层变化较为剧烈，但少数区域的岩层结构较为稳定，煤矿开采通常处于岩层结构较为稳定的区域。随着现代工业的发展，社会对各类矿石以及化石能源的需求逐渐增长，各类能源矿石开采行业迎来发展的高潮期，地壳中的高价值资源被大规模开采，局部地区的岩层结构被破坏，因而导致区域岩层出现应力异常问题，随后其他开采作业则加剧这一问题，长此以往则可能导致煤矿开采过程中出现各类型的地质灾害。

3.2 主观原因

煤炭资源属于一次性资源，整体价值较高，因而煤炭行业在长期发展过程中仍然存在不规范现象，例如部分小煤矿违规开采等问题。少数煤矿为获取暴利，采取偷采、非法开采等，导致矿区的煤炭资源进一步枯竭，同时在后续采区生态还原方面陷入无人管理的境地，进而影响周边区域的生态系统稳定，不利于区域经济的可持续发展，同时地质灾害问题也进一步加剧。

4 煤矿地质灾害防护手段

4.1 顶板事故预防

要针对顶板事故进行预防，则要求技术人员应详细掌握开采区域的各类型数据资料，根据岩层的应力数据制定对应的支护方案，采用数字化监控系统全时段监测周边岩层的应力变化情况，以此实现对顶板事故的有效预防。此外，在规章制度方面，管理人员应要求基层作业人员严格遵守顶板规程施工，结合数据分析报告制定对应的作业流程，尽可能避免采用炮采作业方式，以此预防顶板事故。

4.2 瓦斯事故预防

要切实预防井下瓦斯事故则应参考以下内容：①杜绝火源，杜绝出现违规热源问题；井下一切电气设备应按照规范进行操作；禁止打开矿灯外壳；对于进口房、瓦斯抽放站等高危设备应划定防火隔离带；同时建立巡查制度，针对电气设备及供电使用进行规范落实，消除电器火花；在高热量设备表面增加热量检测传感器，并联通后台监控终端；同时尽可能优化采掘技术，淘汰放炮制度；②消除瓦斯积聚，在目标矿井中应积极建设科学完善的矿井通风系统，及时导出粉尘瓦斯危险物质；煤矿企业应进一步落实施工建设管理，构建完善的巡查监视制度，要求建立数据档案系统，周期性记录井下瓦斯数据，实现对瓦斯的全方位管控。

4.3 矿井火灾事故灾害防治

矿井火灾的预防工作应重点参考如下内容：在井口房、矿道、井口设备间、进风井筒、矿车场以及其他一切电气设备周边加装对应的隔热防火材料，形成密闭保护区域。在通道区域增加防火门，同时在坑道两边一定距离范围内增加防火设备或自动灭火设备；当条件允许时，可在井下增加消防器材间，或配置移动式井下消防车，从而实现移动式灭火；另外也可在矿井周边建设消防水池用以应急灭火。

4.4 矿井水害事故灾害防治

具体方案如下：①技术人员首先应明确工作面透水的主要诱因，结合矿道周边岩层出现的积水颜色、气味、流量等因素进行判断；②构建科学的排水系统，提高系统的运行效率，对排水设备进行周期性排检，积极落实水患意识培育；③在作业准备过程中，技术人员应详细调查周边水文地质情况，设计合理的开采计划，杜绝乱挖乱采的情况。

4.5 煤尘爆炸事故灾害防治

针对粉尘爆炸进行防控的主要方案内容如下：①在开采作业准备阶段，首先进行钻孔，随后向煤层注入压力水，进一步增加煤层的整体湿度，从源头处实现降尘；另外也可针对采空区进行注水，通过周边岩层缝隙渗透到煤层中。需要注意的是，在钻孔过程中，应首先将水直接注入到钻孔底部位置，将钻孔遗留的粉尘清理完毕后，方可进行加压注水工作；在进行煤矿开采准备阶段，操作员可采用喷雾洒水降尘工作；另外作业区域的气流应控制在1.2～1.6m/s最好，周期性对作业面以及其他区域进行清理，对主要大巷道进行表面处理；②使用阻燃效果较强的隔热材料进行支护的，同时做好机器设备的静电防护处理，消除电火花；③在煤矿开采的工作面区域应适当加装隔爆装置，以此针对已经发生的煤尘爆炸或进行补救，尽可能降低爆炸造成的影响。

5 结束语

近年来，煤矿地质数量逐渐增加，不利于煤炭开采行业的安全生产以及可持续发展，因此，国土资源部门应联合地方煤矿龙头企业建立灾害安全预警机制，通过科学方法进行地质灾害防治措施，从源头上消除各类型地质灾害，保证煤矿开采的安全、有序进行。