浅析南漳县东巩镇煤矿矿区的地质环境与安全

胡良跃，沈 斐，刘 刚

(湖北国土资源安全卫生科学研究院，湖北武汉 430072)

0 引言

安全管理理论认为，事故的根本原因是物的不安全状态和人的不安全行为。众所周知，煤矿井下大多有发生诸如顶板坍塌、瓦斯与煤尘爆炸、透水淹井、煤自燃发火等灾害的可能性，发生事故的原因不外乎是人为因素和环境因素(即可能引发事故的地质因素)。

事故统计表明:煤矿发生的事故有60% ～70%与地质因素有关，当属地质灾害。因此，消除物的不安全状态(即地质因素)，实现本质安全化，是煤矿事故预防的重点。在煤矿事故中，局部冒顶、瓦斯窒息、水害事故约占总事故的95%以上。造成这些事故发生的地质因素有:①岩石的性质、强度、含水性、透水性等;②地质构造，包括褶皱、断层、裂隙、火成岩侵入接触带;③瓦斯的含量、涌出量、涌出规律、瓦斯梯度等;④矿井的充水水源、通道，小窑、老空区的分布及积水、聚气情况等;⑤煤层的自燃倾向。认真研究这些地质因素，找出规律，制定有效的防治措施，对指导煤矿安全生产具有十分重要的意义［1］。

湖北省南漳县东巩镇煤矿矿区处于荆山山脉北麓余脉，山脉呈东西走向。矿区西段地形切割强烈，沟谷显著，坡度一般30°～40°，地貌形态复杂。区内南面矿层露头最大标高730 m;矿区北面相对高差535 m，属中低山区。煤层厚度1.3～0.4 m之间，多为年产量＜5万t的小型煤矿。

本区属亚热带温暖湿润气候。据南漳县气象站1952—1987年资料，7、8、9月的气温最高，7月份平均气温28℃左右，最高超过39.9℃;11、12月气温最低，1月平均气温2°～3°，最低气温－17.4℃。年降雨量最大为1 323.6 mm(1964 年)，最小 587.8 mm(1957年)，一般为909 mm。一年中5—8月为雨季，降水量占全年的36.46% ～80.59%。一般11月开始降雪，可以成短期冰冻。区内河流较少，仅西北缘有一条老鸦沟，其最大流量为 3 312.35 L/s，最小流量 9.5 L/s，由西向东流入小漳河［2］。

1 煤矿地质环境与生产安全事故

该煤矿矿区开采属地下作业，由于其生产系统复杂，环节众多，地质条件频繁变化的采掘工作面的推进及随时移动，给井下生产带来了一个个未知而又不安全因素，特别是顶板、瓦斯、水、火、煤尘等五大自然灾害时刻威胁职工的生命安全。虽然“安全第一、预防为主”的方针作为煤矿安全生产永恒的主题，但是伤亡事故仍时有发生。究其原因虽有多种，但特殊的自然地质环境和恶劣的地质条件往往是孕育惨痛事故的温床。

1.1 矿井安全与地质构造

该煤矿矿区的地质构造:地质构造常出现岩层滑移，围岩破碎等特征，因而地质构造带往往是发生顶板、透水、瓦斯事故的地段。

(1)褶曲构造 在褶曲构造形成过程中，由于岩体受构造应力作用，岩体中物理力学强度各异的工程地质层会产生一系列不同规模的断层、裂隙、节理或层间滑动。在褶曲轴部，硬质岩节理、裂隙、小断裂等硬性结构面发育而呈碎裂结构;软质岩(如煤层、泥层)常出现层间滑动;软、硬岩层接触部位常产生次级压扭性断层。这些部位在回采中不易支护，易发生片帮、冒顶事故。此外，由于软弱层的层间滑动，褶曲轴部的煤层厚度变化较大，小眼掘进时易发生煤层跨落堵人事故。

(2)断层 断层广泛发育于不同构造环境中类型很多，断层活动总会在产出地段的有关地层、构造、煤层反应出来。在矿井生产过程中，常遇到许多不同性质的断层，其破碎带大小不一，对围岩破坏程度也不同。压扭性断层两旁通常有牵引、揉皱、挤压等现象，导致煤层突增或压薄，煤层突增处易产生煤层偏冒、跨落堵人事故;还有一些力学性不明的小断层和顶断底不断、底断顶不断的小断层，以及小断层与小断层之间滑动构造部位，也易出现偏冒跨落事故。这是由于受到断裂构造应力作用的岩体易脱落，且脱落面积较大，偏冒跨落前没有预兆，采空后顶板来压较快，故断层带及其附近是产生顶板事故的多发地段。因此，工作面断层过压时，正确推断断层的性质、断距，及时留设断层煤柱，是防止透水及瓦斯事故的关键。

(3)从瓦斯赋存与构造关系规律看，褶曲轴部往往是瓦斯富集带，为此正确预测褶曲轴部位置对防止瓦斯突出而引起的事故也是至关重要的。

1.2 冒顶事故与顶板软弱工程地质层

据统计，冒顶事故是煤矿的第一大类事故。因此，开展地质环境的研究，制定科学的顶板管理办法和冒顶事故的预防措施是煤矿安全管理的重点。

(1)冒顶事故的地质因素分析 据统计，煤矿易发生局部冒顶事故的主要地点有:顶板破碎、层理发育易脱层及伪顶发育的回采工作面和煤巷;煤层厚度变厚点、急倾斜煤层和煤质松软的回采工作面和切眼;见煤点和过断层破碎带的掘进工作面;采空区附近等。纵观这些冒顶事故发生的地点，都与地质因素有关。

根据原湖北省第八地质大队以往的地质勘查资料，南漳县东巩镇主要含煤地层属二叠系下统岩组，由细砂岩、粉砂岩、泥岩和煤组成，其中粉砂岩、泥岩、煤层是二叠系下统中的主要软弱工程地质层，粉砂岩岩块抗压强度为67.5 MPa、抗剪强度仅12 MPa，而泥岩和煤层的力学强度则更低。主采煤层的顶板多为泥岩，少数粉砂岩。伪顶发育且不规则，岩性为泥岩或炭质泥岩，呈锅底状、透镜状等不规则状，大小不一，其完整性和稳定性差。直接顶多为泥岩、粉砂岩互层，层理发育，强度低，受后期构造影响，裂隙发育，采动后易形成“人字劈”等。许多案例证明，若不及时支护或支护质量低劣，往往造成冒落伤人事故。煤系形成之后，受燕山期构造运动改造，褶皱、断层、裂隙异常发育。褶曲的轴部、断层破碎带等部位岩石破碎易发生冒顶事故。

(2)冒顶事故的防治措施 在加强地质因素研究的基础上，认真编制“三书”(采区地质说明书、回采工作面地质说明书、掘进工作面地质说明书)。详细阐述顶板的岩性——强度、完整性、层理、裂隙发育程度、发育方向;预测煤层厚度、倾角的变化、构造情况、采空区的分布范围等;建议生产部门选择何种支护方式;加强现场管理，坚持“敲帮问顶”制度，发现预兆，及时整改，即可有效地预防冒顶事故的发生。

1.3 水害事故与水文地质

据统计，发生透水事故是煤矿的又一大类事故，因此，开展水文地质研究对煤矿安全生产也是非常必要的。

(1)水害事故的地质因素分析 统计资料表明:煤矿造成水害事故的主要原因有掘进巷道和回采工作面采通小窑、老空区，遇导水断层或封闭不良的钻孔突水，雨季的淹井等。煤矿发生透水事故造成人员伤亡的绝大多数是小窑和老空区积水所致。由于井田内浅部小煤窑的非法超层越界侵入，沟通地表，致使大气降水、地表水沿通道进入，聚积在采空区。若不注意水文地质调查，弄不清楚采空区的分布范围、积水量及充水通道，使“探放水”无的放矢，极易导致工作面掘(或采)通老空水，酿成透水事故。

煤系地层本身属弱含水岩系，底部泥岩起着隔离灰岩的作用，含水层突水可能性较小。但若受断裂构造影响，导水断层可能与灰岩接口或沟通，就可能导致突水。早期钻孔封孔质量不好，积水多，采通钻孔亦可能发生透水事故。

该煤矿矿区地处亚热带，温湿多雨，年降雨量在1 000 mm以上，且多集中于4—8月份，占年降雨量的66.8%。雨季期间，若不严加防范，也可能造成淹井事故。因此，雨季“三防”不容忽视(三防:防洪水、防暴雨、防塌陷)。

(2)水害事故的防治措施 虽然该矿区水害事故的发生率较低，但一旦发生所造成的经济损失却是巨大的，应广泛开展水文地质调查，对矿区范围内岩层的含水性、各种构造的水文地质特征、小煤窑采空区的分布范围、积水情况、各钻孔质量、当地的年降雨量等情况进行综合分析，查明充水水源的通道，编制水文地质图，指导防治水，使深放水工作有的放矢，才能避免水害事故的发生，促进安全生产。

2 井下地质环境安全措施

多年来，人们在调查、分析和处理事故过程中常常侧重于主观因素，重视追究事故责任者的责任，而往往淡漠了事故产生的客观地质环境因素，没有很好地总结每起事故发生与其地质条件的内在必然联系的规律，并从中吸取经验教训，因而现实中我们常常发现同样性质的事故屡防屡犯，防而不止，杜而不绝的被动局面。综上所述，作者就湖北省南漳县东巩镇的小型煤矿地质环境因素与矿井安全存在的矛盾，提出如下解决办法和防范措施。

2.1 加强顶板管理

(1)采掘工作面在开工之前，要以新《煤矿安全规程》为指导思想，制定严格、详细的作业规程，规程中要针对工作面的具体的地质条件，制定详细的采面地质说明书与完善的顶板管理措施，特别是对工作面支护质量、规格要作严格细致的规定，并且要随着工作面的不断推进和地质条件的不断变化而作出相应的补充和完善，并做到培训到位，贯彻到个人。作业规程须经有关领导审批并在有关人员(包括安全监管员、技术员)中进行全面贯彻之后方可开工，无作业规程或不完善以及没有全面贯彻坚决不许开工。

(2)采掘工作面首先要严格按照新《煤矿安全规程》规定施工作业，严禁违章作业，坚持“三不生产原则”强化现场管理。其次，工作面的支护质量规格和方式要严格按照规程要求进行，不合格的坚决令其停产整改，遇到地质条件特殊地段如断层、褶曲、挤压带和顶板特别破碎地点要采取特殊和稳妥的支护方式。其三，采面要坚持按规程要求及时回柱放顶，无及时回柱放顶的不准作业。其四，小眼开口时:开口前应先险查开口处前后5.0 m内运巷棚架的完好情况以及顶板与开口邦的情况，凡有支架腐朽或折断应先修复加固，开口处必须再架设抬棚支控，开口后应及时锁口支护;刚开口应采取少装药、放小炮的措施，以避免造成对开口处围岩的震动破坏;对围岩比较完整、煤层厚度＜1.2 m、不需要架棚支护的小井，开口3.0 m内宽度可以达到2.0 m，以便于行人，小井口应设置扶梯。

(3)根据煤岩性特征，合理布置炮眼，控制装药量，避免由于放炮引起冒顶事故。

(4)切实落实采掘工作面的敲帮问顶工作，架棚巷道坚持使用超前支护，严禁空顶作业，消除顶板事故［3］。

2.2 加强瓦斯管理，深入开展瓦斯地质的预测预报工作

(1)地质人员要及时准确做好断层、褶曲等瓦斯富集地段的地质构造具体情况的预测预报工作，以便为开采过程及时留设断层煤柱或及时做好瓦斯管理工作提供可靠依据。

(2)加强采掘工作面的瓦斯管理，切实落实瓦斯检测制度，在过断层、褶曲等瓦斯富集地段，应适当增加瓦斯检测次数或加大供风量冲淡瓦斯。

(3)做好局部通风工作，保证工作面有足够的风量冲淡瓦斯浓度。采掘作业点要坚持“一炮三检”制度。对临时停工停风地点，没有避风的独头巷道、小眼、采空区应及时设置栅栏，并挂上警标，以防气体事故。

(4)采取合理的开采顺序，加强采面管理，防止因采面管理不善而导致瓦斯异常涌出。

2.3 加强水害的治理工作

由于矿井在开拓、掘进、回采过程中，不断改变原始水文地质条件，从而导致水害发生，危及矿井安全的水害有:

(1)加强对周边小煤窑的整治，对非法超层越界开采而危及矿井安全生产的小煤窑，坚决给予封闭，并追究法律责任。

(2)加强小煤窑的调查力度，经常组织地质、生产、安监等部门有关人员深入周边小煤窑，对小煤窑开采现状、老窑及老空区进行全面彻底调查，并密切注意周边小煤窑生产动态，超前做好井下透水隐患的预测预报工作，及时治理塌陷区和护巷煤柱被破地段。

(3)加强采掘工作面的探放水工作，坚持“有疑必探，先探后掘”的原则，把透水隐患消灭在萌芽状态。

3 结论

本文通过分析南漳县东巩镇煤矿矿井安全与地质环境因素的关系，从而总结规律，找到一种“科学预测，超前监控，事先防范”的事故预防途径，以期在实践中正确指导矿井安全生产。

［1］覃家海.地质勘探安全规程读本［M］.北京:地质出版社，2005:33－46.

［2］襄樊360地质矿山资源勘查有限公司.南漳县东巩镇煤矿资源储量检测报告［R］.襄樊:360地质矿山资源勘查有限公司，2006.

［3］国家煤矿安全生产监督管理局.煤矿安全规程［S］.北京:煤炭出版社，2005:16－19.