地理因素对煤矿开采的影响探究

赵铁军

(中国平煤神马集团梨园矿，河南 平顶山 467099)

煤炭是在压力、温度、微生物等多种因素长期作用下形成的一种不可再生能源。在漫长的地质构造运动过程中，形成了各种各样的地理因素，包括地质因素和水文因素［1］。地质构造形成的裂隙、断层、褶曲对于煤层的压力、瓦斯赋存等都有直接的影响。同时煤层开采过程中的含水层、老窑水等水文因素是导致煤矿水害发生的直接原因。对煤层的开采来说，地理因素严重着煤矿的安全生产［2］。加强对煤矿开采过程中地理因素的研究，充分认识到地理因素对煤层的影响规律，才能制定相关的安全防御措施，保证煤矿的安全生产和井下工人的生命健康。

1.影响煤矿开采的地理因素

1.1 地质因素对煤矿开采的影响

地质构造主要是地层在运动过程中发生碰撞挤压而形成的地质现象，主要包括节理、断层和褶皱［3］。地质构造破坏了煤层的完整性，造成了煤层的破碎、挤压、位移等，构造地质带往往是顶板脱落、瓦斯聚集以及透水事故的高发地带。

(一)地质构造对煤层瓦斯的影响

地质构造在形成过程中为瓦斯的储存提供了便利条件，大量的瓦斯积聚容易造成煤层开采过程中煤与瓦斯突出事故的发生，主要包括断层以及褶皱地质构造。

断层构造可以分为正断层和逆断层，煤层的正断层以及逆断层都是岩 (煤)层在形成过程中受到张扭应力或者张应力的作用而形成［4］。

煤层中正断层的存在会导致煤层中瓦斯的活动空间的增大，当煤层开采到正断层时，断层处的瓦斯会逐渐释放，导致煤矿瓦斯涌出量的增加，但是一般情况下正断层中的瓦斯压力以及瓦斯含量还不足以引发煤与瓦斯突出是发的发生。相对来说逆断层的形成会对周围煤体、岩体形成挤压，造成周围煤层中的裂隙增大，裂隙在长时间的压应力的作用下会释放大量的游离态瓦斯。当煤层开采遇到逆断层时，逆断层处形成的平衡就会被破坏，裂隙中形成的游离态瓦斯在巨大的瓦斯压力作用下向外释放，很有可能引发煤与瓦斯突出事故的发生。

褶皱构造可以分为向斜和背斜构造。向斜轴部在形成过程中受到较大的压性和压扭性节理作用，增强了岩层封闭瓦斯的能力，软分层的厚度和分布范围增加，在煤层的开采过程中极有可能导致煤与瓦斯突出事故的发生［5］。背斜的倾伏端不同地层交错严重，部分地方还可能伴随着逆断层的出现，从而造成煤层中软分层的厚度增加，容易引发煤与瓦斯突出事故。

背斜的轴部以及向斜的倾伏端封存瓦斯的能力相对较差，软分层的厚度以及分布范围相对较小，在这些地方发生煤与瓦斯突出事故的概率相对较小。

(二)地质构造对顶板的影响

地质构造会影响顶板的完整性以及顶板的受力状态。一般来说大断层的形成层都会导致中小断层以及裂隙的存在，这会导致煤层在开采过程中顶板的初次来压、来压周期步距以及初次放顶的减小，顶板岩层中的弱面产生对于煤矿开采过程中的顶板管理非常不利。褶曲构造的存在会改变顶板的受力情况，小褶曲构造可能会导致顶板的破碎，出现顶板冒落现象。

(三)地质构造对煤层自燃倾向性的影响

煤层的自燃倾向性大小直接决定着煤矿发生火灾的可能性的大小。煤层的自然倾向性和煤的发育变质程度有关，和煤粒子的内部孔隙、裂隙发育程度有关，而这些因素的发育程度都是煤层在不同地质构造，不同煤层压力、温度等因素综合作用下的结果。

褶皱构造的可以影响煤层中热量的移动和聚集。褶皱的向斜段可以导致煤层中的热量向上扩散，降低热量的聚集。而不同的是在煤层的背斜段会阻止煤层热量的扩散，使煤层的热量向煤层的核部扩散，导致核部的温度不断增加，从而增大了煤层发生自然的可能性［6］。断层构造的存在对煤层自燃倾向性的影响也是两面的，正断层会阻止煤层自燃的发展，逆断层的存在在一定程度上会助长煤层自燃的发展。

同时煤层内部的裂隙、孔隙的发育程度是影响煤层自燃倾向性的核心因素。在煤层地质构造和煤层运动的共同作用下，煤层中会出现裂隙现象，这会大大增加煤层和氧气的接触面积，随着时间的进行，煤层会被慢慢低温氧化。同时随着煤层的煤化程度的增加，煤层内部会出现孔隙现象，这也会大大增加煤与氧气的接触面积，从而造成煤层的慢慢氧化。但是煤层内部的孔隙发育会随着煤层变质程度的增加而逐渐减小。

(四)地质构造对煤矿开采过程中的采坑塌陷影响

不同煤矿的煤层地质条件不相同，其地质岩性、岩层都有较大的差异。在煤层的开采过程中，施工者没有根据地质勘探结果进行区别对待，从而导致采坑塌陷灾害的不断发生。针对不同的地质构造，我们应该进行实地勘探，并根据勘探结果制定不同的开采方案，避开容易发生沉降的区域，防止采坑塌陷灾害的发生。

1.2 水文因素对煤矿开采的影响

煤层在开采过程中会遇到含水层、老窑水、地面水等因素的影响，这些水文因素和地质因素一样，如果不科学对待的话，也会造成煤矿伤亡事故的发生，对煤矿的开采工作带来极大的困扰。

(一)水文因素对煤炭质量和储量的影响

煤层在进行开采之前需要进行煤层储量的勘探，煤矿的储量直接会影响煤层中的巷道布置，通风系统选择，通风设备的配置以及割煤采煤设备的装备。煤矿的水文因素在一定程度上会对煤层储量勘探工作产生一定的影响，从而对煤矿的设计、装备工作产生间接的影响［7］。同时在煤矿进行开采之前还需要对煤矿的水文条件进行调查，首先需要搜集调查煤层上下存在的含水层、煤矿范围内废弃的老窑以及地面水，并根据周围的水文条件、煤矿的开采范围、开采年限等因素进行煤矿的布置以及预防工作。

(二)水文因素对煤矿安全生产的影响

煤层的形成主要在海洋和陆地交汇地点，在一定条件下形成的煤层会直接覆盖在灰岩上，水进入煤层的裂隙或者缝隙中，随着时间的累积，地质的运动形成含水层。含水层形成后在地质运动以及沉积作用下，含水层下面的裂隙和缝隙会逐渐被压实而闭合，达到一个平衡状态。在煤层掘进开采过程中，形成的扰动会逐渐导致含水层下部被压实的裂隙和孔隙再次变大，甚至形成更大的或者新的裂隙通道，这也就逐渐发展成为了含水层和开采煤层之间的透水通道。在煤层开采到一定程度，在压力、透水通道等因素的综合作用下就可能导致透水事故的发生。

除了含水层的威胁外，采矿区周围存在的废弃矿井存水、老窑水以及地面水都会对煤矿的安全生产产生较大的威胁。我国煤矿开采的历史悠久，尤其是建国初期小煤矿私建乱建情况严重，从而形成了大量的老旧废弃矿井。这些老旧矿井积水后便形成了老采空区水、老窑水等，对煤矿的安全生产产生很大的威胁。老窑水的积水情况以及赋存情况复杂，具有分散、孤立以及隐蔽的特点，很难进行准确的判断和预测。在煤层的开采过程中，如果疏通了开采煤层和老窑水之间的通水通道，就会导致透水事故的发生。其中典型的事故就是发生在2010年3月的王家岭煤矿透水事故。

同时地面水体比如江河，湖泊，水库等，在出现强降雨时往往会造成其水位暴涨，当超过井口标高或者水体流经煤层的导水裂隙，塌陷区时都可能造成地面水的倒灌从而引发矿井的水害事故。

2.减少地理因素对煤矿开采影响的建议

2.1 地质因素方面的建议

地质构造严重威胁着煤矿的安全生产和井下作业人员的生命健康，因此需要加强煤矿井下地质构造的预测和分析工作，掌握煤层周围各种地质构造的分布规律，从而规避煤矿由地质构造引发的灾害的发生。对于开采煤层广泛收集地质资料，在已有的地质资料基础上运用多种钻探、物探、地质手段广泛获取第一手数据，运用科学的手段，借助先进的计算机模拟软件对煤层周围的地质影响因素进行模拟分析，尽最大限度保证煤矿开采过程中的安全性。

2.2 水文因素方面的建议

对于煤矿水害的防治，首先应该加快煤矿水文地质探测技术的研究。传统的水文地质勘探技术已经不能满足现在的勘探要求，近年来也出现了一些水文勘探的新技术，比如钻孔透视仪技术、流量测井技术等。在勘探技术进步的同时，也应该加强井下作业人员对水文地质知识的了解，加强矿井领导在面对突发水文地质事故时的决策能力，这样就能更好的避免事故的发生，把事故的影响降到最低。

3.结论

煤矿井下开采是一个非常复杂的过程，受到多种地质因素、水文因素的影响。加强煤矿地质、水文因素的研究，可以有效的规避煤矿井下地质事故的发生，降低人员伤亡，保障生产安全。

［1］王军.影响煤矿开采的因素［J］.煤炭技术，2009(2).

［2］黄显辉.影响矿井安全的主要地质因素及对策［J］.能源与环境，2007(3).

［3］刘海明.煤矿开采造成地面沉陷的主要形式及其防治策略［J］.中国煤炭，2010(S1).

［4］倪仲军.地质因素对煤矿采掘的影响及应对［J］.河南科技，2011(12).

［5］李大为.浅谈煤田水文地质勘探的技术方法［J］.科技信息，2012，3(32):31－32.

［6］虎维岳.矿山水害防治理论与方法 ［M］.北京:煤炭工业出版社，2005:2－5.

［7］虎维岳，何满潮.深部煤炭资源及开发地质条件 ［M］.北京:煤炭工业出版社，2008:6－7.