煤矿隐蔽致灾地质因素普查工作的探讨

母泽森

（重庆市地质矿产勘查开发局，重庆 401120）

0 引言

煤矿隐蔽致灾地质因素是煤矿地质灾害发生的主观因素，深化煤矿隐蔽致灾地质因素普查工作，是矿井隐蔽致灾地质因素实现综合治理、超前预防的根本保障；是矿井有效防止重特大事故、减少伤亡事故的重要手段。

1 煤矿地质灾害事故的主要类型

在我国自然资源中，富煤、贫油、少气的特点，决定了煤炭在我国一次性能源结构中占据重要地位。随着矿井开采强度的不断增加，煤矿存在爆炸、燃烧、中毒、窒息、水淹等重大事故隐患，在现有采掘技术条件下难以有效防治，灾害事故时有发生，给人民生命财产造成巨大损失[1]。按《企业职工伤亡事故分类》（GB 6441—1986）[2]，将煤矿地质灾害事故类型分为瓦斯爆炸、透（突）水、冒顶片帮、煤层自燃、煤尘爆炸、岩爆（冲击地压）六大类。

2 概念

煤矿隐蔽致灾地质因素是指隐伏在采矿许可范围及其影响范围内，在采掘过程中可能诱发灾害事故的不良地质体。主要包括各种地下水体（含水层、老窑、采空区、断层带、岩溶陷落区等积水）；导水（气）通道（断层、褶皱、裂隙、溶洞等）；岩矿层的空间位置及分布；围岩性质（硬度、抗压强度、完整程度、渗透性、含水性、软弱夹层、裂隙水等）；煤层性质（瓦斯含量、硬度、孔隙率、煤质、含水量、小构造等）；煤尘颗粒大小、浓度、物理化学性质（燃烧热、易氧化性、易带电性、所含挥发分）；探采活动形成（封闭不良钻孔、裂隙带、废弃的井巷及采空区、硐室形状及大小等）等。

3 致灾特征

根据事故致因理论和全面质量管理理论，煤矿地质灾害事故是主客观因素相互作用的结果，主观因素是隐伏在采矿许可范围及其影响范围内的致灾地质体（不良地质体），客观因素是不安全的探采掘活动和管理漏洞。隐蔽致灾地质因素具有地源性、时变性、隐蔽性、诱发性、可控性等特征[3-4]。

4 种类划分

煤矿隐蔽致灾地质因素主要是由岩矿层赋存的空间地质体特征和探采活动决定的。因此隐蔽致灾地质因素按成因分为两大类16 种。两大类包括自然地质体类、探采活动类；自然地质体类包括褶皱、断层、节理、含水层、岩溶塌陷、煤的赋存状态、煤的物理化学性质、瓦斯、煤层自燃、围岩的物理力学性质、煤尘、岩爆（冲击地压）12 种；探采活动类包括封闭不良钻孔、废弃（老窑、采空区、井巷）、冒落带、裂隙带4 种。

5 针对不同隐蔽致灾地质因素的普查措施

开展好煤矿隐蔽致灾因素普查工作就是在查明各隐蔽致灾因素的致灾原理的基础上，采取有效的方法进行调查认定，并提出有效的防治措施。

5.1 褶皱

褶皱两种基本形式为背斜、向斜。主要影响矿井开拓系统、采区、工作面的布置。易诱发透（突）水、瓦斯爆炸或者煤与瓦斯突出事故。普查措施主要是在地面调查、井下调查的基础上采用地面二维地震、井下无线电波透视法、井下瞬变电磁法、井下瑞雷波探测法等[5]。

5.2 断层

断层不仅破坏煤层的完整性，影响矿井开拓方式的选择和采区布置，同时作为矿井水气运移的通道，易诱发瓦斯、透（突）水事故。普查措施主要是在地面调查、井下调查的基础上采用地貌填图、探地雷达、浅层地震、化探、钻探等。

5.3 节理

节理是岩石中的裂缝，其两侧无显著位移。主要影响矿井钻眼爆破效果、顶板控制等。节理通常作为矿井水气运移的通道，易诱发瓦斯爆炸、透（突）水事故。普查措施主要是在地面调查、井下调查的基础上采用井下地质雷达探测法等。

5.4 含水层

含水层是指储存有地下水并在自然条件或人为条件下，能流出水来的岩石，因其大多呈层状，所以叫做含水层，如砂层、砂卵石层等。它分潜水和承压水。作为透（突）水事故的水源。普查措施主要是在地面调查、井下调查的基础上采用槽探、钻探、化探等。

5.5 岩溶塌陷

岩溶塌陷是发育在石灰岩中，由流动的地下水长期溶蚀而形成的一种地质现象。岩溶塌陷不仅破坏可采煤层，妨碍机械化采煤。同时也是矿井透（突）水、突泥的通道，易诱发透（突）水、突泥事故。普查措施主要是在地面调查、井下调查的基础上采用井下无线电波透视法、井下瞬变电磁法、矿井地质雷达探测法、槽波勘探法、井下瑞雷波探测法等[6]。

5.6 煤的赋存状况（产状、埋深、厚度、结构及形态）

具体如下：①产状。是指煤岩层的产出状态，由走向、倾向和倾角构成。影响矿井开拓、开采方式和矿井水气的储存、运动、排泄。②埋深（开采深度）。是指主井井口的标高与开采最低标高之间的差。直接影响瓦斯、煤岩层压力等。③厚度。是指上下岩层之间的垂直距离。直接影响煤层中瓦斯含量。④结构。煤层结构可分简单结构（部含夹矸）、复杂结构（含夹矸）。影响矿井开采方式、回采率、煤尘等。⑤形态。煤层沿走向和倾向上的展布形状。一般呈层状、似层状、透镜状、扁豆状、鸡窝状、串珠状展布并有分叉、复合、尖灭等现象。影响矿井开采方式、回采率、煤尘等。

分析研究煤的赋存状态既有理论意义又有实践价值，它将为煤炭开采、加工、防灾减灾提供许多重要信息。普查措施主要为井下调查、地面二维地震等

5.7 煤的物理化学性质

煤的物理力学性质包括光学性质（光泽、颜色、反射率等）、空间结构性质（密度）、力学性质（硬度、脆度、可磨性等）、热性质（着火点、气化指标）等。

煤的化学组成包括工业分析和元素分析。工业分析包括煤中的水分、灰分、挥发分和固定炭四项；元素分析是指对有机部分炭、氢、氧、氮、硫、磷等元素的组成进行分析。

分析研究煤的物理化学性质既有理论意义又有实践价值，它将为煤炭开采、加工、防灾减灾提供许多重要信息。普查措施主要是进行煤物理化学性质测试。

5.8 瓦斯（煤层气）

煤层气是储存在煤层中烃类气体资源，主要成分为CH4。难溶于水，不助燃，在空气浓度达到5%～16%时，遇明火就会爆炸。普查措施主要是在井下调查的基础上进行瓦斯相对涌出量、绝对涌出量、瓦斯压力、瓦斯放散初速度、煤的坚固性系数、煤层破坏类型测试，井下钻探等。

5.9 煤层自燃

煤层自燃是指暴露在空气中的煤氧化放热升温至煤的着火点（300～350℃）时，引起燃烧的现象。煤层自燃一般要经历三个时期：准备期（潜伏期）、自热期、燃烧期。影响煤炭自燃的主观因素主要是变质程度、分子结构、煤岩成分、水分、含硫量、瓦斯含量、埋深（开采深度）、厚度、倾角、顶板性质、地质构造（断层、褶皱、岩浆入侵带等）等；观因素是：开拓开采方式、通风方式、采空区管理等。普查措施主要为井下调查、煤层自燃相关参数测试。

5.10 围岩的物理力学性质

围岩的物理力学性质包括坚固性、弹性与脆性、层理与节理、含水性与含气性、风化程度、黏性等。它不仅对凿岩、爆破和支护有很大的影响，同时决定冒落带、裂隙带高度，形成气水通道，是诱发突水、冒顶片帮、瓦斯事故的地质因素之一。普查措施主要是井下调查、物理力学性质测试。

5.11 煤尘

煤尘是煤矿采掘过程中因煤岩层破碎、施工材料扬尘所产生的各类固体物质细微颗粒的总称。煤尘除污染作业环境、影响矿工身体健康、加速机械电气设备损坏、缩短紧密仪器仪表使用寿命外，悬浮在空气中浓度达到下限30～50g/m3，上限1000～2000g/m3时，在高温热源的作用下可能发生爆炸，造成重大人身伤亡事故。普查措施主要是井下调查。

5.12 岩爆（冲击地压）

岩爆是在开挖或其他外界扰动下，地下工程岩体开挖壁面上因局部应力集中，产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷的一种动力失稳地质灾害。岩爆不仅造成采掘工作面、设备的损毁，还危害矿工的生命安全。诱发的主要因素有矿岩物理力学性质、开采深度、地质构造、不当开采技术、爆破激发等。目前主要采用能量法、克狄宾斯克法、弹性变形法预测判断。

5.13 封闭不良钻孔

封闭不良钻孔是指在探矿过程中，因未封孔、封孔质量不合格、封了孔但未进行质量检查等导致封孔质量无准确评价。易形成水气通道，诱发透水、瓦斯事故。普查措施主要是对其进行启封检查。

5.14 废弃（老窑、采空区、井巷）

（1）老空水是废弃（老窑、采空区、井巷）长期接受围岩中各类含水层、地表水体补给逐渐形成的。是透（突）水的水源之一。普查措施是在地面调查、井下调查的基础上，采用瞬变电磁法、电阻率法、自然电场法、井下直流电法、三维地震法等物探手段，并结合钻探，查明废弃（老窑、采空区、井巷）的分布范围及积水情况；化探方法查明矿井水源。

（2）采空区有害气体（CO2、CO、H2S、NO2、SO2、NH3、H2和CH4等）主要来自邻近煤层及围岩。易诱发中毒窒息事故。普查措施主要是井下调查。

5.15 冒落带

冒落带（垮落带）是指采采用垮落法管理顶板时，顶板岩石破碎、垮塌填充采空区的范围。一般也就是采高的3～15 倍（根据上覆岩层岩性）。它不仅可能诱发冒顶片帮，同时还可能诱发煤尘爆炸、煤层自燃、瓦斯爆炸、透水事故。普查措施主要为经验公式法、现场实测法等。

5.16 裂隙带

裂隙带是指在煤层开采后因下部垮落带出现裂隙的范围，一般也就是采高的15～35 倍。易诱发透水、瓦斯事故。普查措施主要为经验公式法、现场实测法等。

6 煤矿地灾事故的防范措施

6.1 井下防水措施

煤矿企业应当设立相应的防治水部门，配齐专业技术人员，配备探防水设备；采用“探、防、堵、截、排”的措施，针对本矿实际，做好水文观测工作、矿井水文地质工作、探防水工作；必要时利用水闸墙、水闸门和防水煤（岩）柱等建（构）筑物，临时或永久地截住涌水，将采掘区与水源隔离；特殊情况下还可以采取注浆堵水的方法切断补给水源、建立人工保护带。

6.2 煤层自燃发火预防措施

在选择合理的开拓方式和采煤方法基础上，合理布置采区，提高回采率，合理选用通风系统、避免串联通风，正确选择建筑通风构筑物（风门、风桥、风墙、风窗等）的数量及位置，加强通风管理，及时维修巷道，及时采取注浆、注阻化剂、均压等防火措施。

6.3 瓦斯事故预防措施

在健全稳定、合理、可靠的通风系统的基础上，保证工作面有充足的风量，杜绝掘进工作面无计划通风，防止瓦斯积聚；防止电火花、明火、防炮引燃瓦斯；积极开展瓦斯地质研究，确定瓦斯异常区装备管理标准。

6.4 煤尘爆炸事故预防措施

预防煤尘爆炸可采取降尘、杜绝引爆火源和采取防爆隔爆等措施。降尘主要是通过通风除尘、消除落尘、湿式作业、密闭抽尘、喷雾洒水、个体防护、净化风流、煤层和采空区注水湿润煤体等减少煤尘发生量和浮尘量；杜绝引爆火源主要是通过防止放炮火花、电气火花、机械摩擦或碰撞火花、瓦斯爆炸和煤层自燃法火产生的火源等措施；防爆隔爆措施就是在巷道中按规定安装岩粉棚、水槽棚、隔爆水袋或者在巷道中撒布岩粉形成岩粉带、喷雾洒水等使沉落在巷道周壁和支架上的煤尘失去爆炸性，以及当局部发生煤尘爆炸后，将煤尘爆炸局限在较小的范围内，阻止其继续传播和发展。

6.5 冒顶片帮事故的预防措施

冒顶片帮事故是地压显现的结果。通过合理选择井筒位置、支护类型、巷道断面形状及尺寸加强井巷地压管理；通过敲帮问顶检查及处理、减小爆破响加强采场地压管理；通过加强地压活动规律研究，及时掌握顶板压力变化情况，并采取有效预防措施，通过顶板管理能力和水平。

6.6 岩爆事故的预防措施

降低回采过程中弹性应变能的释放速度；减少矿块宽度；振动爆破释放应力；改变矿岩层物理力学性质等。

7 结语

通过本文研究，得出以下结论：①根据煤矿事故主要类型，分析了煤矿隐蔽致灾主要地质因素、可能诱发的事故、探查措施等，对矿井防灾减灾具有指导意义。②煤矿隐蔽致灾地质因素具有地源性、时变性、隐蔽性、诱发性、可控性的特征。③煤矿隐蔽致灾地质因素主要是由岩矿层赋存的空间地质体特征和探采活动决定的。

应充分认识开展煤矿隐蔽致灾因素普查工作的重要性，对矿井中存在的隐蔽致灾因素进行彻底清查，根据不同致灾因素有针对性的制定预防措施，能最大限度地避免或减少矿井灾害事故的发生，从根本上防范重、特大事故的发生。