关键词:煤矿 隐蔽致灾种类 探查研究
据不完全统计，在我国煤矿重大事故中，与地质条件有关的占80%。这些地质条件都是看不见、摸不着的隐蔽致灾体，统称煤矿隐蔽致灾因素。煤矿隐蔽致灾因素指隐伏在煤层及围岩内、在开采过程中可能诱发灾害的地质构造和不良地质体及其采动应力藕合作用下形成的灾变地质体。主要包括：老窑采空区、各种水体（含水层）、断层、节理、褶皱、陷落柱、岩爆（冲击地压）、瓦斯和应力异常区、煤层自燃与发火、离层水、封闭不良钻孔及油气井等。煤矿隐蔽致灾因素具有隐蔽性、时变性、突发性的特点，探测和预防难度较大，随着煤矿开采活动而演变成灾。近年来出现了多钟新型隐蔽致灾因素和灾害形式，例如断层滞后导水、采动离层水为突水水源的水害事故、瓦斯延期突出、浅埋深煤层开采冲击地压等。煤矿隐蔽致灾因素较多，主要是煤层赋存的空间地质体特征和人类工程活动决定的，根据致灾因素形成特征，将其划分为三大类。
1 地质构造类
1.1断层
断层是构造运动中广泛发育的构造形态。它破坏了岩层的连续性及完整性。在断层带上往往岩石破碎，易风化侵蚀。沿断层线常常发育为沟谷，有时出现泉或湖泊。断层是煤矿生产中最常见也是影响煤矿生产效率及煤矿隐蔽致灾的最主要地质因素之一。断层成为煤矿突水灾害的直接通道。断层活化一般会诱发突水事故。
1.2褶皱
褶皱是煤矿常见的地质构造现象，褶皱是岩石中的各种面受力发生弯曲而显示的变形。褶皱是岩石中原来近于平直的面变成了曲面而表现出来的。褶皱往往由多种力量造成的，大小差别也很大，大的绵延几公里甚至数百公里，小的却只有几厘米甚至在显微镜下才能看到。背斜和向斜是褶皱的两种表现形式。褶皱构造往往是瓦斯、地下水聚集的部位，煤矿开采到背斜附近时，瓦斯涌出量可能增大，甚至造成瓦斯突出。开采到向斜部位时，矿井涌水量可能增大。因此，煤矿勘探阶段应该查明开采区域的褶皱构造及规模，预测瓦斯、地下水对煤矿安全的影响。
1.3节理
节理就是岩石中的裂隙，其两侧岩石没有明显位移，是地壳上部岩石中最广泛发育的一种断裂构造。通常，受风化作用后容易识别，在灰岩地区，节理和水溶作用形成喀斯特。与断层一样，节理在采动条件下会沿着节理面裂隙扩展，成为瓦斯涌出、矿井突水的通道，从而导致煤矿灾害的发生。
2 自然地质体类
2.1陷落柱
陷落柱是发育、分布在石灰岩地层中，由流动的地下水进行长期的溶蚀作用而形成的一种地质现象。在石灰岩中，古代溶洞非常发育，由于地下水的不断溶蚀，洞穴越来越大。在地质构造力及上部覆盖岩层的重力长期作用下，有些溶洞发生坍塌，这时覆盖在上部的煤系地层就会陷落，煤层受到破坏。这种塌陷呈圆形或不规则的椭圆形柱状体，因此叫陷落柱。陷落柱发育的地区，煤系地层中的煤层及周围的岩石严重破坏，给煤矿生产造成了很大的困难，主要表现为：①破坏可采煤层，减少储量。②降低采掘效率，提高生产成本。③妨碍机械化采煤，影响生产。
2.2顶板垮落
顶板在矿山压力活动过程中发生不同程度的变形，先是沿着顶板节理出现裂隙，产生离层现象。此时，如果顶板管理不当，支护质量不好，压力继续增大，岩石变形超越弹性变形极限，就会出现断裂、垮落、片帮或局部冒顶。
2.3底板承压水
承压水指充满两个隔水层之间的含水层中的地下水。承压水体上采煤的主要安全技术措施：
（1）防探水安全措施
①做好水文地质及构造地质工作；②加强防探水工作；③设置井上下水文工程设施；
（2）开采安全措施
①选择开采；②分区隔离开采；③改革采区巷道布置；④采煤方法：采用充填开采、部分开采、分层开采；缩短工作面长度，提高工作面推进速度等。
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2.4岩爆
岩爆，也称冲击地压，是一种岩体聚积的弹性变形势能在一定条件下的突然猛烈释放、导致岩石爆裂并弹射出来的现象。岩爆的预报方法：①WET法；②弹性变形法；③煤岩强度和弹性系数法；④工程地震探测法；⑤电磁辐射仪监测法。
2.5瓦斯
瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期，纤维素和有机质经厌氧菌的作用分解而成。在高温、高压的环境中，在成煤的同时，由于物理和化学作用，继而生成瓦斯。瓦斯是无色、无味的气体。瓦斯涌出量的大小决定于煤、岩层瓦斯含量和开采技术因素。瓦斯事故的主要危害：①爆炸产生高温；②爆炸产生高压气体和强大冲击波；③爆炸产生大量的有毒、有害气体。
2.6煤层自燃及发火
暴露在空气中的煤，由于氧化放热导致温度逐渐升高至70～80℃以后温度升高速度加快，当达到煤的着火点（300～500℃）时，引起燃烧，这种现象称为自燃。防止煤层自燃的主要措施：①选择丢煤少、回采速度快；②提高工作面采出率；③禁止空顶空部、禁止堆浮煤；④已报废或无用井巷及时充填或封闭；⑤加强监测；⑥每天对工作面的采出率进行检查。
3 勘查工程或采掘工程类
3.1老空水
已采掘的旧巷及空洞内，常有大量积水，就是老空水。老空水的主要预防措施：①查明采空区；②井下超前探测；③整合矿井资源。
3.2采空区有害气体
井下有害气体主要为CO、CO2、H2S、NO2、SO2、NH3、H2、CH4等,老采空区瓦斯等有害气体主要来自围岩及邻近煤层。预防措施：①加强通风；②加强老采空区探查；③有针对性地采取技术措施；④工人携带好自救器；
3.3封闭不良钻孔
封闭不良钻孔是地质勘查过程中，一些钻孔封孔质量不合格，或未封孔，或虽然封孔但没有进行质量检查无法准确评价封孔质量，使钻孔成为隐蔽致灾的通道，尤其以突水灾害为主，也可能成为瓦斯等有害气体集中涌出的通道。预防措施：①探孔并重新封闭，利用勘探阶段的资料；②对封闭质量有问题的钻孔，进行部分抽查，在原位进行钻进取样、测试，如属于不合格的钻孔，重新封闭。
3.4采动离层水
煤矿在开采过程中，随着开采工作面的推移，破坏了上覆岩层的自然应力平衡状态，采空区上覆岩层内应力重新分布，并达到新的平衡。上覆岩层发生断裂、垮落、弯曲和下沉，由上逐步发展，直至地表并形成地面沉陷。上覆岩层中由于岩性、厚度、距离采空区位置等不同，导致岩层的运动并不是完全同步一致，特别是软硬岩层间隔分布时，上覆各岩层在垂直方向的位移差形成空间，这种分离现象称为离层。采场顶板离层水由离层积水而成，在离层满足相对封闭要求后，离层需接受周边含水层或水体的补给方可实现积水，从而形成离层水。因此，离层周边发育离层补给水源也是离层水形成的基本条件之一。
4 煤矿隐蔽致灾因素探查技术
隐蔽致灾因素离不开矿井地质工作，矿井地质工作的目的是查明煤层的空间形态、煤炭质量及资源储量，查明煤层赋存的地质环境条件，主要包括围岩岩性、厚度、物理力学指标、地质构造、水文地质工程地质环境地质条件等。为了查明煤层及赋存的地质环境条件，需要动用多钟勘查手段，提交多钟地质报告。煤矿隐蔽致灾主要探查技术：①地震探测技术；②瞬变地磁法探测技术；③磁法探测技术；④地质雷达探测技术；⑤测井技术；⑥钻探技术。
总之，煤矿隐蔽致灾应按照地质先行→物探验证→综合分析→预测预报的工作模式，采取地面、井下相结合，化探、物探、钻探等多手段相配合的探测思路开展工作。
5 结 语
煤矿隐蔽致灾因素众多，探查难度大。煤矿隐蔽致灾因素普查是体现预防为主、源头治理的治本之策，是有效反复煤矿重特大灾害事故的重要举措，是推进煤矿资源整合、严格安全准入的重要抓手，也是一项长期、艰巨的工作。建议煤矿企业应强化领导，建立隐蔽致灾因素普查与预防的长效运行机制。
参考文献：
[1]国家煤矿安全监察局.煤矿地质工作规定.煤炭工业出版社.
[2]王玉树.煤矿五大灾害事故分析和防治对策 [M].徐州：中国矿业大学出版社，2006.
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[4]武强.煤矿防治水手册[M].北京：煤炭工业出版社，2013.
作者简介：李永（1979年12月-），男，汉族，云南富源人，大学本科，主要从事水工环调查与勘察工作。
论文作者:李永
论文发表刊物:《城镇建设》2020年1期
论文发表时间:2020/4/3
标签：煤矿论文; 瓦斯论文; 煤层论文; 地质论文; 因素论文; 岩层论文; 采空区论文; 《城镇建设》2020年1期论文;