关键词：煤矿 地质灾害 特征分析 预测方法
1.煤矿常见地质灾害及其特征
1.1地面沉降、塌陷
井工开采矿井在开采之后，很容易会引发地面沉降、地面塌陷等方面的灾害。出现这类情况的主要原因，就是当煤炭资源被开采后出现采空区，原有的地应力平衡受到的了破坏，地应力重新分布，这样便会导致岩体出现开裂、下沉及垮落的现象，进而导致地表沉降。煤层开采后的采空区顶板出现3个带，自下而上分别为：垮落带、导水裂隙带和弯曲下沉带。
1.2瓦斯突出与爆炸
瓦斯是矿井各类有害气体的总称，其主要成分是甲烷（CH4）。瓦斯主要是以吸附状态依附于煤体中和以游离状态游离于煤体的缝隙之间。瓦斯突出是在地应力和瓦斯应力的共同作用下，大量瓦斯（也有煤与瓦斯同时）向采掘空间迅速释放的现象。若空气中瓦斯浓度达到5%-16%，在井下氧气浓度达到12%，同时遇到650°-750°大于瓦斯感应期的温度，就会引发瓦斯爆炸。瓦斯突出和瓦斯爆炸常会造成人员群死群伤，造成矿井设备损坏现象，对煤矿安全生产制约重大。
1.3矿井突水
矿井突水是在煤炭采掘过程中，大量的矿井水涌入采掘空间的现象。因其突发性、难控性、颠覆性的特点，往往会造成严重的后果，如造成人员群死群伤和淹头、淹面甚至淹井的现象。以童亭煤矿为例，矿井突水主要水源有：老空水、顶底板砂岩水和10煤层底板的灰岩水。老空水是采空区积水，其以静储量为主；顶底板砂岩水一般水量小，易疏干；而10煤层底板的灰岩水富水量不均。根据实践经验，老空水和灰岩水是矿井水害管理的重点。
1.4断层、褶曲及陷落柱
在煤矿开采过程中常会受到断层、褶曲及陷落柱的影响，进而威胁到矿井安全生产。断层是地壳受力发生断裂现象。断层区常常是顶板、煤与瓦斯赋存异常区，同时断层也会形成矿井水的导通通道，易发生煤与瓦斯的异常和造成矿井水害。褶曲是岩层在构造作用下发生倾斜、弯曲的现象，褶曲的轴部附近亦是顶板、煤与瓦斯赋存异常区，褶曲有2种不同形态，即背斜和向斜。陷落柱是地下水长期进行溶蚀作用形成的，其特点是水的不断溶蚀，造成陷落柱逐渐增大，陷落柱对煤矿安全回采作业影响较大。
2.煤矿地质灾害的预测方法分析
运用多元的灾害预测方法在对煤矿灾害预测时，所采取的方法也较为多元化。现对照各类常见地质灾害逐一进行解释说明：
2.1瓦斯突出：采用区域综合防突措施与局部综合防突措施相结合的方式。以童亭煤矿864切眼掘进为例，区域综合防突措施采取顺层钻孔抽采煤巷条带瓦斯，钻孔布置巷道两侧间距≯3m，巷道前方间距≯2m，孔径∅113mm，控制迎头前方≮60m，巷道两侧≮15m，每循环保留20m措施钻孔超前距；局部防突措施采用钻屑指标法对864切眼进行突出危险性循环预测（效检），每循环保留3m预测孔超前距。使用MD-2仪器测定瓦斯解吸指标Δh2。钻孔每钻进1m收集该段钻屑量S，用弹簧秤测定钻屑量S；每间隔2m测定一次Δh2，根据每孔最大钻屑量Smax和最大Δh2值来综合判断施工区突出危险性。
图1.瞬变电磁法与音频电透法探测水害异常示意图
2.3断层、褶曲、陷落柱：针对断层、褶曲和陷落柱的预测采用三步筛查法预测：第一步地面钻孔法宏观控制，根据分析地面周边钻孔情况，确定煤岩层倾向、倾角、走向、厚度等变化趋势，避开断层密集和构造极复杂区；第二步采取施工巷道与回采工作面三维地震时间剖面全覆盖法。掘进工作面通过三维地震时间剖面先行，顺巷道和垂直巷道施工方向的三维地震时间剖面综合分析，来预判巷道施工前方构造异常情况（图2）。采煤工作面通过横向、纵向的30m×30m三维地震时间剖面网来预判回采区域的断层和陷落柱异常情况（图3）。第三步采取井下地质超前钻孔探查法来与上述2种方法联合验证。
图3.童亭煤矿1098工作面30m×30m三维地震时间剖面网示意图
结语
总而言之，在煤矿地质灾害的预防上，根据不同类型地质灾害及其特征，采取相对应的灾害预防措施，尽可能避免地质灾害事故的发生，同时也为采区、工作面设计和治灾提供了依据。查清了施工区域内地质构造情况，确保煤炭资源开采过程的安全、技术、经济，为新时代社会的和谐发展作出积极有效的贡献。
论文作者:张 宇
论文发表刊物:《科技中国》2018年5期
论文发表时间:2018/8/10
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