泰安煤矿隐蔽致灾因素研究

王会琼++王正荣

摘要： 以师宗县泰安煤矿为工程背景，通过利用物探和现场踏勘等手段对影响煤矿安全生产的各种隐蔽致灾因素的类型、分布形态和危害程度进行了探查。经分析研究表明泰安煤矿隐蔽致灾因素主要包括水害、瓦斯、火灾、动力致灾因素等四个方面，同时根据分析得出的泰安煤矿隐蔽致灾因素评价结果和煤矿现存在的问题，结合我国煤炭行业的有关政策法规要求，从技术、管理和监管等方面有针对性的提出了各类致灾因素的防范对策及建议。

Abstract： Taking Taian coal mine as the engineering background， geophysical exploration and field reconnaissance was integratedly used to study the distribution， pattern and degree of various types of hidden hazard causal factors influencing mine safety production. After comprehensive analysis and system exploration， Taian coal mine hidden causal factors including water， gas， fire and dynamic disaster were identified basically. According to the analysis results of hidden causal factors and existing problems in Taian coal mine， combined with the relevant regulatory requirements of China's coal industry， various types of causal factors countermeasures and suggestions were proposed from technical， managerial and regulatory aspects.

关键词： 泰安煤矿；隐蔽致灾因素；水害；瓦斯；火灾；动力致灾

Key words： Taian coal mine；hidden hazard causal factors；water；gas；fire；dynamic disaster

中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）08-0156-03

0 引言

由煤炭开采引起的各类灾害影响范围广，涉及人群多，防控难度大，已成为制约我国经济社会和谐发展的一个重要因素。尤其是浅部煤层的开采殆尽，矿井将面临向深部延伸的现实问题。随着开采深度的增加，矿井受水害、瓦斯等隐蔽致灾因素对矿井威胁加大[1]。我国煤矿开采过程中的大灾害事故，多数情况下都与隐蔽致灾因素紧密相关，近年来隐蔽致灾因素已经成为引发煤矿水害、煤与瓦斯突出和顶板等重大灾害事故的主要原因[2]。因此矿井采掘活动前查明活动区域隐蔽致灾因素，采取有效防控措施以消除致灾隐患，确保矿井安全生产显得十分必要。

本文通过对泰安煤矿地层、地质构造、煤层、煤质、水文地质和其他开采地质条件进行分析，并根据采空区范围、含水性和瓦斯富集区等致灾因素的普查，控制已知的致灾因素，对不明隐蔽致灾因素进行补充分析，并根据各种隐蔽致灾因素的特点和致灾后果提出相应的防治措施和建议，从而把煤矿事故隐患消灭在萌芽状态，实现煤矿事故预防的关口前移，为煤矿安全生产状况根本好转奠定基础。

1 矿井开采条件

1.1 基本情况

泰安煤矿矿区面积0.7666km2，开采深度标高为2058.6m-1500m。煤矿呈一东西向的梯形，区内海拔标高2080-1950m。煤矿可采煤层共4层，即C17、C20、C21、C22，可采总厚度8.15m。矿区水文地质为中等类型，区内地质构造复杂程度属中等类型；煤矿采用斜井开拓，开采方式为井下开采，采煤方法一般采用走向短壁或巷采，工作面采用打眼放炮或镐刨。目前主采C17、C21开采标高1940 m，年采出量1.5万吨，回采率80%，累计采损消耗煤量23.36萬吨。

1.2 地质条件

师宗县泰安煤矿位于师宗县城W273°，平距24km。行政区划隶属云南省曲靖市师宗县雄壁镇管辖，地理坐标：东经103°50′28″-103°50′43″，北纬24°51′54″-24°52′02″之间。矿区面积0.7666km2，共有5个拐点圈定矿区边界，开采深度标高为2058.6m-1500m。

煤矿属圭山煤田鸭子塘矿区Ⅵ井田42～47勘探线之间。矿区出露的地层由新至老有第四系（Q）、三叠系下统卡以头组（T1k）、飞仙关组T1f1-3、二叠系上统宣威组（P2x），峨嵋山玄武岩组（P2β）。矿区师宗-弥勒断裂，断裂构造十分发育，多为走向高角度正、逆断层呈现北东向展布，造成煤层断失或重复。在师宗附近受一组南北向断裂影响，致使北东向的断裂及褶曲常成弧形弯曲。高角度逆断层的上盘和下盘常成为井田的分界线，区内地质构造复杂程度属中等类型。

2 矿井致灾因素分析

依据《煤矿地质工作规定》，煤矿隐蔽致灾因素普查内容主要包括采空区（废弃老窑、井筒），封闭不良钻孔，地质构造，陷落柱，瓦斯富集区，导水裂缝带，地下含水体，井下火区，古河床冲刷带、天窗等不良地质体[3]。通过对以往资料成果的整理和其它相关工作，分别对泰安煤矿的隐蔽致灾因素进行了普查，主要从以下内容对泰安煤矿进行蔽致灾因素分析：水害、瓦斯、火灾、动力致灾。

2.1 水害致灾因素分析

在井田范围内，水害致灾因素主要有采空区，废弃老窑（井筒）及封闭不良钻孔，矿区主要断层和含隔水层，煤矿含水体几方面。建井至今，主要主采+1900m标高以上资源，采空区范围主要为+1900m标高以上。根据矿井开采现状，结合勘测工作要求，在矿井范围地表布置7条测线，线距200m，点距30m（在主要地段加密测线）进行放点，测线方位角为342°，野外工作共布设测点174个，对采空区进行普查。其中，中度水患预测区29个，轻度水患预测区19个，无严重水患预测区。中度水患区面积约0.203km2，轻度水患预测区面积0.026km2。在这些异常区域进行巷道作业或者煤炭采掘时，要切实做好井下水文工作，先探后采，做好预警工作，防范于未然。

在以往地质工作中，在井田范围内施工大量钻孔，在矿区内施工的钻孔全部进行了封闭，按钻孔封闭设计要求，全孔均用水泥（砂）浆封闭。所有钻孔孔口均作了永久性标志。师宗县泰安煤矿断层发育，其中F38、F42、F44、F200断层为矿区的主要断层，所穿过的地层多为煤系地层，断裂带多为泥质胶结，挤压紧密，地表无泉水出露，含水性差。巷道穿过断层破碎带时，仅有滴水现象，随着采矿深入，水量亦无明显增大现象，断层对矿坑充水有一定影响，但只是在雨季。总体来看，区内的断层弱富水、导水性较差，对矿井充水有一定影响。

调查和收集井下矿坑实际涌水量、矿井初见水位的确定及采区的控制范围与高程；未来矿井深部的开采条件与现状已经形成的采空区环境大致相似[4]。经计算，泰安煤矿开采最低标高+1500m处，正常涌出量为1440m3/d，最大涌水量2880m3/d。综合各煤层的垮落带、导水裂隙带高度及煤层间距分析，泰安煤矿煤层开采后垮落带高度为17m，导水裂隙带高度为42m。因此，当井巷通过含（导）水断层时，要严防来压冒顶突水或迟到突水（突泥砂），并建议采掘部门采取相应的防水措施。对与强含水层连通的导水断层，必须按规定留设防隔水煤柱。

2.2 瓦斯致灾因素分析

泰安煤矿为整合重组类矿井，规划生产能力为21万吨/a，采用矿山统计法预测矿井开采最低标高+1500m水平时的瓦斯涌出量，得出当其开采到标高+1500m时，矿井相对瓦斯涌出量为20.58m3/t，绝对瓦斯涌出量为9.09m3/min。根据《煤矿安全规程》第133条规定，通过本次矿山统计法预测该矿井为高瓦斯矿井[5-6]。为准确判断瓦斯是否存在突出危险，瓦斯基础参数见表1。

泰安煤矿煤层瓦斯基础参数测定结果表明，随着煤层埋深增加，煤层瓦斯含量相应增大，矿井开采深度增加，瓦斯含量及瓦斯压力相应增大，矿井在开采最低水平时，矿井瓦斯赋存大，瓦斯压力增大，瓦斯涌出量增加，矿井在以后生产中，应做好瓦斯监测监控，加强通风，防止瓦斯引燃、爆炸。

2.3 火灾致灾因素分析

泰安煤矿井于2005年对矿井C21煤进行自燃倾向性进行鉴定，鉴定结果为：容易自燃，有煤尘爆炸性。泰安煤矿开采历史上虽未发生火灾情况，但一旦发生井下火灾极易引起瓦斯、煤尘或煤尘与瓦斯燃烧和爆炸，造成重大伤亡事故。矿井煤层为不易自燃煤层，在未来开采过程时，仍需为矿井安全生产应做好安全防范措施，采煤工作面及采空区是发生火灾的重点区域，随着工作面的推进，应在工作面顺槽打密闭墙，防止风流进入采空区[7-8]。开采结束的工作面应及时密闭，防止采空区发生自燃。

2.4 动力致灾因素分析

动力致灾因素主要存在于地质影响及顶板支护。泰安煤矿矿区分布在断裂构造十分发育地带，多为走向高角度正、逆断层呈现北东向展布，造成煤层断失或重复。矿区煤层顶、底板以较硬岩夹软岩，由于小断层发育，破碎带岩层强度降低，工程地质条件为中等复杂类型。其开采受地应力影响较大，显示出很强的方向性。

矿区巷道支护形式为砌碹支护。采煤方法为短壁回采的采煤方法，一次采全高，全部垮落法管理顶板。巷道围岩主要为细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩及泥岩，多呈不等厚互层状产出。随着开采深度增加，顶板压力增大，矿区范围内断层较多，井巷在揭露断层时，围岩破碎，顶底板压力大，对矿区生产安全有较大影响[9-10]。

3 防治措施

①该矿区内存在中度水患预测区29个，轻度水患预测区19个，无严重水患预测区。中度水患区面积约0.203km2，轻度水患预测区面积0.026km2。矿区发育有5条断层，分别为F38逆断层、F200正断层、F42逆断层、F44正断层和F45逆断层，其中F44正断层最大断距大于100m，两盘地层成约90°的交角，且常发生倒转，断层倾角55°左右，对本矿区的煤层影响较大，尽管断层可能未穿过煤层，预计由其派生的小构造将对未来煤层的正规开采不利。巷道揭露断层时，应加强支护，防止冒顶、底鼓、片帮等不良工程地质问题。

②矿井为瓦斯矿井，煤层为非突出煤层，矿井为非突出矿井，但矿井在实际生产过程中，应加强瓦斯的监测监控，加强通风，防止局部瓦斯积聚发生瓦斯事故等。

③矿区内煤层自燃倾向性为容易自燃，煤层煤尘有爆炸性，矿井在开采过程中应加强防灭火措施，加强采掘工作面防尘洒水工作，防止煤尘发生爆炸。

④矿区地质构造复杂程度属中等类型，工程地质条件为中等复杂类型。目前动力灾害发育不太明显，随着采矿活动不断的进行，矿井开采深度的增加，地应力相应增加，各种应力现象将逐步显现。矿井在未来的开采过程中应加强地应力测量与监測。

4 结论

泰安矿井隐蔽致灾因素主要包括：水害、瓦斯、火灾、动力致灾，针对上述致灾因素，制订的相应防治措施。有助于最大限度的减少或避免矿井灾害的发生，为从根本上防范重特大事故的发生奠定基础。

同时对矿井安全生产具有指导意义，并为相邻煤矿安全生产提供借鉴。

参考文献：

[1]葛均刚.矿井隐蔽致灾因素的探查与防控对策[J].中国煤炭，2014（11）：106-107.

[2]王伟.瑞泰煤矿隐蔽致灾因素普查浅析[J].陕西煤炭，2015（4）：60-62.

[3]王鹏浩，刘猛，陈少帅，等.申家庄煤矿隐蔽致灾因素研究[J].煤炭与化工，2015（12）：49-52.

[4]陈少帅，白峰青，刘猛，等.邢东矿隐蔽致灾因素研究[J].河北建筑科技学院学报自然科学版，2015，32（2）：97-100.

[5]王晓军，李文彬.新三矿隐蔽致灾因素研究[J].煤炭与化工， 2014（8）：104-106.

[6]马雪峰.矿井隐蔽致灾因素的探查与防治[J].煤炭与化工， 2015（8）：137-139.

[7]国家安全生产监督管理总局信息研究院组织编写，范立民.煤矿隐蔽致灾因素与探查[M].煤炭工业出版社，2014.

[8]孟海龙.矿井隐蔽致灾因素特征及探查技术研究[J].煤炭与化工，2015（6）：12-16.

[9]李俊平，肖旭峰，冯长根.采空区处理方法研究进展[J].中国安全科学学报，2012，22（3）：48-54.

[10]付建华，程远平.中国煤矿煤与瓦斯突出现状及防治对策[J].采矿与安全工程学报，2007，24（3）：253-259.