煤矿地质灾害特征及其防治措施

杨 鑫

(山西阳泉煤业(集团)有限责任公司二矿，山西 阳泉 045000)

0 引言

煤炭是我国工业发展的动脉，资源量十分丰富，在消费和生产上都居于世界首位。但是，部分地区煤矿资源的开采方式和技术设备都相对落后，导致了煤矿开采过程中发生了一些地表灾害和矿井灾害，威胁到自然环境和社会稳定。因此，充分掌握煤矿地质灾害的成因和特征并进行有效地预防，才能提高煤矿生产的安全性。

1 煤矿地质灾害的特征分析

煤矿地质灾害的发生具有不可预见性，其成因也具有多样性。主要一点是煤矿的开采不专业不规范，只顾追求利润和产量的最大化，灾害预防治理工作不到位。煤矿地质灾害主要分为地表灾害和矿井灾害。地表灾害主要表现为山体滑坡、地面塌陷、地裂缝等，这类灾害发生在矿山开采活动一段时间后逐步显现。山体滑坡的形成原因是由于煤矿开采作业时堆放的矸石，对坡体的原始应力平衡造成了严重的破坏；地面塌陷和沉降是由于开采作业时大量的空区地下水需要排出，造成了地下水分布的不均衡，使空区出现大面积的降落漏斗和水力坡。矿井灾害主要类型为矿井突水、瓦斯突出和机电设备事故，还有火灾、煤尘爆炸和顶板事故等。矿井突水是矿井灾害最常见的类型，灾害发生时涌水量大、水势凶猛并且能造成巨大的损失；瓦斯突出的成因是开采煤矿时，破坏了地下煤层储气密闭系统，使得瓦斯气体不能吸附和游离在煤层缝隙里，在地应力作用下突然释放的结果；机电设备事故的发生是由于采矿的操作和管理不严谨不规范，造成设备机械伤人等现象；顶板事故表现为顶板突然来压，由于采矿作业的影响，破坏了地层的应力平衡，在开采区顶板上方的岩石松动圈不断变大，增加了支架受力，当松动圈大到一定程度时便会塌落，造成冒顶事故。

2 矿井地质灾害的防治措施

2.1 矿井突水灾害的防治

矿井突水灾害的主要类型有顶板突水、底板突水和采空区突水。我国易发生突水灾害的地区主要在河北省、河南省、江苏省和安徽省，这些地区属于华北型煤田，由于太灰和奥灰强岩溶含水层的影响，矿床灰岩含水层具有较强的富水性，有严重的底板岩溶水害隐患。以大唐铁列克煤矿为例，该煤矿井田属于低中山地形，井田内+950 m水平的正常涌水量为39 600 m3/d，最大涌水量达到66 000 m3/d。对于矿井突水的防治，该矿采取以下几点措施：①采取冻结法进行井筒的施工，施工周期短，早投产早受益，但是费用较高；②设置防治突水隐患的专门机构，建立矿井地下水动态观测系统，并在矿井底部安装潜水泵；③横穿工业场地的列克河河床需要进行改道，并修建安全的防洪河堤，合理确定井口标高并按照操作规范进行；④防水保护煤柱需要预留足够的数量；⑤煤矿的整个煤层处于侏罗统西山窑组的含水层中，在巷道挖掘开采过程中，突水事故易发生在构造带区域，在巷道开掘前做好充分的勘探检查工作是十分必要的；⑥防范矿井突水事故需要制定防治水害的专项设计[1]。

2.2 瓦斯突出灾害的防治

在瓦斯突出灾害的预测上，使用的主要方法是利用煤矿现场的观测系统和基于突出机理的突出指标进行预测。还有一些结合声电技术、利用声发射技术以及电磁辐射信号预测技术等新的方法。国外防治瓦斯突出灾害的措施有许多值得我国借鉴和推广的地方。例如，英国对瓦斯突出灾害的防治措施是震动炮，在有断层的采矿作业面放震动炮，一次可放眼深2 m的炮眼100个，平均每炮眼药量为225～450 g；匈牙利和保加利亚通过水力冲刷法对有瓦斯突出危险的煤层进行穿透，对煤层打孔径120～200 mm的超前孔进行水力冲刷穿透煤层；捷克的药壶爆破法能够开采有瓦斯突出危险的煤层，使用的是毫秒电雷管和非安全炸药进行爆破落煤[2]。

我国对于瓦斯突出危害的防治工作也十分重视，以姚家山煤矿为例，对于防治瓦斯突出的首要目标就是降低煤层的瓦斯含量和瓦斯压力，将瓦斯含量控制在8 m3/t以内，瓦斯压力在0.74 MPa以下。采取的措施是尽可能多地对煤层中的瓦斯进行抽采，在根源上将开采作业时的瓦斯突出隐患消灭掉。由于姚家山的地质状况特殊，不能进行开采保护层的区域性防治，进行的区域性防治方法是进行大面积预抽煤层瓦斯。因此，开采姚家山煤矿前，对有瓦斯突出隐患的煤层进行顺层钻孔的预抽采，从而降低了瓦斯压力，提高了煤层透气性，最终消除瓦斯突出隐患。

2.3 机电设备事故的防治

机电设备事故在矿井灾害中发生的频率也较高。以神东矿井为例，分析机电设备事故并提出防治措施。神东矿区的设备机械化程度较高，发生的常见机电事故有人为操作造成的，还有电击、设备挤压、机械伤害和车辆事故等。对于机械事故的防治需要加强预防，定期对机械设备进行维护和维修，要求工作人员不能带病作业，尤其不能带电情况下检修设备，发生设备故障及时快速处理。矿井内严格执行操作规程进行开采作业，保证开采技术的规范和安全。机械设备无失爆、漏电现象，严格遵守“两齐、三无、四有、十不准”的原则。对于变压器的高低压侧保护要重视，保证灵敏可靠。对于所有下井的设备进行防爆检查后才可以进入，对于作业区的车辆制定严格的制度，行车不行人，行人不行车。矿井的设备调机安排专职人员看护和指挥，操作设备时有语音报警装置。对设备进行检修时要将设备置于安全支护下的区域，并且断电上锁，必要的时候可以打木垛和吊挂，进行二次防护[3]。另外，设备的皮带和机头机尾要加防护栅栏。

2.4 其他矿井灾害的防治

煤尘爆炸：发生煤尘爆炸事故是由于瓦斯爆炸燃烧产生的冲击波吹起巷道的灰尘发生了爆炸。因此矿井的排尘风速要达到1.5 m/s，皮带巷具有全断面喷雾除尘装置，及时对巷道、皮带和机头机尾进行喷雾冲洗，清理积尘[4]。

火灾：由于矿井内的遗煤自燃起火、电气焊着火和皮带摩擦起火，容易引发矿井火灾。防范措施有采空区灌浆、注氮，喷洒阻化剂；关注设备电缆的安全，使用合格的接头和集线盒，用电设备要接地。作业现场配备齐全的灭火设备，如灭火器、沙箱和沙袋等。发生火灾时采取控制可燃物体、消除火源和隔绝空气等措施。

3 结语

煤矿开采容易发生的各种地质灾害无一不威胁着采矿工人的生命，制约着采矿工作的顺利安全开展。当前我国煤矿企业所面临的一项重要任务就是促进煤炭资源开采的健康安全可持续发展[5]。因此，对于煤矿地质灾害的预防和治理急需重视起来，因地制宜采取综合的防治措施，促进可持续发展。