影响煤矿采掘生产安全的地质因素分析

文/吴和秋 卢昕 石玉山

影响煤矿采掘生产安全的地质因素分析

文/吴和秋 卢昕 石玉山

近年来，随着我国煤矿事故时常发生，事故原因多种多样，其中地质构造是影响煤矿采掘安全的重要因素之一。鉴于此，笔者根据多年来出现的煤矿安全事故总结及自身工作经验对影响煤矿采掘生产安全的地质因素进行分析探讨,以供同行参考。

地质因素 煤矿采掘 生产安全影响

矿井地质构造直接关系到煤矿的生产和安全，尤其是随着煤矿机械化生产程度的提高，对地质工作提出了越来越多的要求，以便为煤矿高产高效提供可靠的地质保证。在煤矿生产中，矿井中、小型构造，特别是断裂构造一直以来是煤矿生产极待解决的地质问题。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，煤矿安全事故主要发生在顶板、瓦斯、煤尘、水、火、放炮、提升、运输等范围，发生事故的原因不外乎是人为因素和环境因素(即地质因素)。我们只要根据这两种环境来认识矿井安全问题，消除这两种因素的影响，才能实现本质化安全，才是矿井事故预防的重点所在。

一、地质构造与煤矿安全生产之间的关系

地质构造是影响煤矿安全生产的各种因素中最重要的一个。地质构造包括褶皱、节理和断层。其中断层由于破坏了煤层的延续性和完整性，在井巷中难以查明和控制。工作面遇到褶皱、节理和断层造成层位错动挤压，岩石变得破碎，同时伴随地下渗水，煤层松动后容易脱落。因此，地质构造带往往是发生顶板、透水和瓦斯事故的地段。

1、断层在矿井生产中，经常会碰到各种不同性质的断层，由于断层破坏了煤层的连续性和完整性，断层两盘产生的牵引、揉皱、挤压等作用，造成断层带岩石破碎、岩石强度降低，容易聚集瓦斯，导通地下水，引发矿井突水、瓦斯突出和坍塌冒顶事故，断层带容易导致煤厚突增或突减，煤层突增处易产生冒顶跨煤堵人事故。还有一些顶断底不断、底断顶不断的小断层及小型层间滑动的地质构造部位也是岩块易脱落部分，易发生顶板事故。

2、褶皱

褶皱影响煤岩的产状和形态，但没有破坏岩层和煤层的延续性，在井巷中比较容易追索和控制。褶皱在生产中主要影响煤层平巷的掘进方向，从而影工作面长度，给机械化回采、顶板管理带来一定的困难。个别褶皱特别发育时，可能造成煤层的不可采。

3、节理

节理发育的地方影响钻眼爆破的效果，如果炮眼方向与主要节理平行时，在爆破过程中沿裂隙漏气影响爆破效果。节理发育的地方顶板易沿裂隙面冒落伤人，另外节理发育的地方是地下水和矿井瓦斯的良好通道，容易发生突水事故和瓦斯突出事故。

4、煤矿生产中还应重视的就是岩溶陷落柱

岩溶陷落柱是指煤层下伏可溶岩层，经地下水溶蚀形成的溶洞，形成桶装或锥装柱体。陷落柱本身和周围都是不可采煤层，使煤炭储量减少。陷落柱很有可能是矿井水或者瓦斯的通道，极易发生突水和瓦斯突出的生产事故。如1996年3月4日，皖北煤电公司任楼煤矿回采工作面，由于陷落柱导水，造成特大灾害，涌水量达到34570m3/h，矿井全部淹没。

二、煤矿安全生产与瓦斯地质

1、矿井瓦斯是指煤矿生产过程中，以从煤岩层内涌出的甲烷为主的各种有害气体。瓦斯窒息事故经常发生在褶曲轴部(复式向斜或背斜轴部转折端)和压性断层，火成岩侵入体附近的工作面和采空区，围岩透气性差的盲巷，深部开采的下山等。

2、近年来由于全国煤矿开采深度的增加，瓦斯含量业随之增加，这样就增大了通风管理的难度，增大了瓦斯事故的几率。

3、加强瓦斯事故的预防，防治重大事故发生，一是要正确认识瓦斯的含义和危害性，在职工中普及瓦斯地质知识：二是要加强瓦斯地质研究，对影响矿井瓦斯聚集的因素进行综合分析，找出瓦斯聚集的规律，编制瓦斯地质图，指导通风；同时加强瓦斯浓度检测和通风管理，促进安全生产。

三、煤矿安全生产与水文地质

水空地质条件对顶板的稳定性也一定的影响但影响最大的是岩性为黏土岩的庙板。当岩层中害有起膨胀作用的黏土岩的顶板。当岩层中含有起膨胀作用的黏土矿物（如蒙脱石、伊利石等)时，硬岩层在、软岩层在下的直接顶板表现更为突出，上方的硬岩层易产生裂隙透水性好，而下方的软岩层透水性差(或不透水)。这样，地下水易在两个岩层之间富集，使下方软岩层软化，消弱了坚固性，发生膨胀后易离层而造成顶板冒落。

矿井在开拓、掘进、回采过程中，不断破坏原始水文地质条件，从而导致水害发生。危及安全生产的水害有：

1、老窑老空水

在有些矿区的煤层露头地带分布着不同年代废弃的小煤窑，称为老窑。老窑的集水区通常是煤矿下部开采的重要充水水源。老窑水突水时，瞬时涌水量很大，来势凶猛，具有很大的破坏性。老窑水著与其他水源无联系，则易于疏干；若与地表水有水力联系，则会造成矿井的稳定的充水水源，危害较大。

2、断层水

断层水的存在是矿井突水的重要因素，国内外煤矿的突水有90%以上都是断层水和裂隙水害。断层水根据断裂构造的规模和大小以及水文地质性质的不同，对煤矿的充水影响各有差异。

2.1 断层的错动，使开采煤层与含水层接近或者直接接触，特别是将含水层抬起，会成为矿井最易突水的危险地段。

2.2 断裂构造破坏了地层的完整性，降低了其力学强度，通常会形成地下水突破的软弱带。

四、不稳定煤层对采掘安全的影响

1、安全技术措施落实难

构造引起的煤层形态的厚度变化，客观上造成的安全程度变低。当煤层受到构造变动时由于煤炭层的岩石力学性质的差异，出现不同的形变效应，合并、分岔、增厚、变薄现象十分频繁，由于构造应力状态的不均衡，现场各矿常遇到的局部煤层变薄，“顶压”或“底鼓”的现象，使煤层呈波浪变化，给安全开采措施落实及工人现场操作带来极大的困难，支护的有效性都受到极大的影响。

2、沿煤巷道支护效果差

由于地质构造挤压煤层突然增厚，煤层呈鳞片状，煤层无法揭露其顶底板，掘进过程中，周边压力大，两帮挤压棚腿，使巷道变形，不定时出现掉煤或垮落现象，甚至造成大面积塌方，难以继续掘进。

3、影响回采循环作业

在回采工作面遇到煤包、煤沟及香肠状煤体时，难以按照规程要求的方向进行推进，更无法一次性采全厚，使顶板支护不能到位，支护质量低劣，支柱初撑力不够，迎山角无法掌握，造成顶板下沉，切顶棚柱无法按开采的需要进行切顶。同时，煤体整体性差，随时会出现大量顶板垮落，构成极大的威胁。

五、结语

综上所述，地质环境与煤矿安全生产有着密切的联系。随着煤炭开采机械化程度的提高，对影响煤矿安全生产的主要地质因素的分析研究日益重要。因此，我们只有对煤矿生产过程中各种地质因素进行认真的分析，并找出其中的规律，及时预测和预防生产中的安全问题，消除隐患，科学地指导煤矿的安全生产，从而提高煤矿的经济效益。

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（作者：吴和秋 浙江省地球物理地球化学勘查院；卢昕 浙江省地球物理地球化学勘查院；石玉山 浙江省地质调查院）