关键词：煤矿开采；地质条件；灾害防治；地质结构
引言
目前我国投入开发的煤矿矿区多为低山丘陵，在地质特点上较为复杂，在开采过程中多出现地质灾害，且形成原因和发生种类均较为繁杂。由于地质灾害多受到人为和自然交互影响，其后果不但会影响煤矿生产，并且还会危及到生产者的生命安全。据统计，我国每年由于煤矿地质灾害造成的经济损失高达50多亿元，大量的人员伤亡无法统计。煤矿地质灾害已经成为危及矿区安全以及制约煤矿业发展的主要灾害之一。
1灾害链概述
煤矿工程在开发上具有配套的工程，且建设周期较长，人员集中性强，随着煤矿规模的扩大，工程遍及整个矿区。由于人为活动的影响，矿区地质条件的改变，地质灾害发生几率会随之增长，从实践中可以总结，地质灾害的分布、规模以及类型和发育程度都直接受到本地区地质环境以及人为活动的影响。活动性断裂以及天然地震的威胁性最大，地表塌陷以及环境污染则是矿区建设的产物；而开发的过程中对地表应力的改变会造成水土流失以及滑坡和崩塌等地质灾害，当然除了人为因素，自然作用也是一定的诱因，以上因素共同构成了矿区地质灾害链。地质灾害的发生使得矿区的发展逐步进入一个恶性循环链，甚至会危机地下矿井的开发和作业。矿区工程地质灾害，主要指在工程地质单一作用或与自然影响共同作用下，发生在矿区，使得生态环境以及开发环境持续恶化，致使各类灾害发生的一种状态。而地质灾害链则是发生在矿区的一系列潜在威胁的灾害事件的叠加综合。这些灾害事件会在空间以及时间上存在一定的相互制约关系，并且其发生是由于人为活动影响或是自然环境影响。从实际的灾害发生分析，系统的对各类地质灾害时间进行纵向研究，不难看出，煤矿开发过程中的灾害时间呈现出相互制约环环相扣的链状关系。并且灾害的发生呈现穿插行、重叠性以及滞后和一致性。各种灾害互相控制、互为因果，有些则会由于发生空间、时间的叠加而使灾情扩大，破坏了地质工程的环境。在煤矿的地质工程研究中，有关灾害的类型以及破坏度和形式都能够通过地质灾害链进行分析预测；通过灾害链研究能够对地质灾害中边坡灾害、诱发性地震灾害、水土流失；同时灾害链也在自然地质作用同工程地质关系的研究中发挥了重要的作用。对灾害链的研究对于针对性的在矿区不同地质环境下的灾害发生的遏制有着重要意义，对防灾措施的提出以及灾害链的及时截断都有着不可估量的价值。
2各种煤矿地质灾害特征
在我国的煤矿开采中主要有两种形式：露天作业、井下开采（以井下开采为主）。煤矿工程地质灾害的产生本质上由于自然环境的改变，地质结构平衡被打破而产生的地质变动现象，诸如：断裂灾害、地震灾害等。但是由于我国的煤矿分布较广，矿区所处的地理结构以及矿区开发所形成的新构造在表现上有所差异，因此各地发生地质灾害表现上也各不相同。而由于人类活动造成的矿区地质灾害更是频频发生，这种地质灾害则被称为“工程地质灾害”，诸如：崩塌、地面下陷、滑坡以及环境的污染。很多矿区的地质灾害会相互叠加，彼此交叉，形成链状的灾害系统。（1）滑坡，主要以松散堆积层土质滑坡为主，规模以小型为主，引发因素大多为煤矿开采弃渣随意堆放，因煤矿开采需要平场开挖坡脚，未进行及时支护也可能引发滑坡，煤矿开采中的爆破震动对古滑坡或已有基本稳定的滑坡易导致二次变形破坏；（2）崩塌，多产生于采煤区斜坡顶部陡岩区域，陡岩岩体本身节理裂隙发育，或因不均匀风化形成的凹岩腔危岩，崩塌多为原有地质灾害，规模以小型为主，煤矿开采爆破震动加剧岩体节理裂隙增大贯通，触发崩塌发生；（3）泥石流，规模以小型为主，煤矿开采随意堆放弃渣，为泥石流的形成提供物源，在暴雨作用下，一些汇水条件较好的沟谷区域地表水汇集，冲刷弃渣，向沟谷中下游流动，对沟谷两侧及沟口区域造成严重破坏；（4）地面塌陷、地裂缝，一般为小型，一些煤矿企业在开采中，未严格按照规范和设计预留矿柱、矿墙，或对采空区未能及时充填，采空区面积过大，超过顶板自稳能力，发生地面塌陷或地裂缝。
3煤矿开采中工程地质条件变化
3.1岩层裂隙是常见的诱因
在矿井中，顶板的好坏直接关系到矿井作业的进行，顶板出现裂隙，将直接威胁整个矿井的安全性。根据调查，70%的顶板裂隙间隔在0．3m以下，意味着以后裂隙导致地质灾害的可能性更大。煤矿事故中，有很多是因为顶板裂隙导致的。2011年，四川省因为煤矿顶板裂隙引发的事故61起，死亡63人，成为煤矿致死的最大原因。
3.2顶板岩层属性是安全开采的重要分析指标
在煤矿开采之前，需要做好开采前准备工作，加强对顶板岩层属性进行判定，这在很大程度上影响着矿井的整体安全性能，对于提高开采人员的生命安全具有重要的意义。例如，泥煤作为煤层的最下层，其次是细砂岩结构，其重力会随着软硬程度的不同而发生相应的变化，这就增加了软岩层下降的速度，而硬岩层下降相对比较慢，致使引发顶板出现脱落的现象。
3.3矿井倾斜角度是地质条件发生变化的重要因素
一般来说，顶板岩层的倾斜角度越大，不稳定和不安全性能也就越高。矿井中一个地方倾斜角度相差在20度以上的，周围就越容易产生裂隙，该地方就越容易发生安全事故。
3.4煤层稳定性是地质灾害发生变化的因素之一
在煤矿开采过程中，煤层安全性与煤层稳定性存在必然的联系，即煤层越稳定，安全性就越高。由于地球始终处于运动变化的过程中，致使煤层也随之不断的出现变化，但是二者在变化程度方面存在明显的差异性。同时再加上受力不均衡，致使煤层出现薄厚不一、波浪形煤层、以及小褶皱的现象。这就极大的增加了煤矿开采的难度系数。此外，在煤矿的实际开采过程中，一旦遇到煤沟或者煤包等情况，如若常规的操作无法满足煤矿开采需要时，则需要结合实际情况，选择其他开采方式进行相关作业。
3.5断层破坏煤层连续性，引发矿井安全事故
根据断层断距的大小可分为2种形式。①当煤层厚度小于断层落差时，此时断层将煤层完全断开；②当煤层厚度大于断层落差时，煤层未全部断开。基于断层所影响，煤层附近岩层遭受到严重的破坏，岩块较为破碎。如若不能够及时进行支护处理，则必然会出现片帮、冒顶等事故。高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井掘进巷道遇到断层时，极容易发生煤（岩）与瓦斯突出事故。
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4煤矿开采中工程地质灾害防治措施
4.1仔细勘察和分析地质条件
加大前期的勘察工作，认真做好开采技术的分析，不断地进行修改和完善。在开采布置前、地面工程实施前做好地质分析，如地下层面的走势、倾斜度以及延伸方向等一系列工作。
4.2合理优化设计工作
在地质灾害的防治过程中，需要加强对地质进行勘察，对地质条件与周边环境做出全面分析。根据分析的结果合理避开特殊地质构造区域，通过对其可行性进行分析，选择和设计出科学的开采方案。其一，在煤矿开采方案的设计过程中，必须持有国家地质部门审批说明书。其二，结合开采区域的实际现状，不断完善设计方案，同时避开特殊构造区。其三，相对于以往的工作经验来说，需要及时对其进行归纳总结，组织相关技术人员对每一次作业进行深入分析，通过分析寻找出其存在的缺陷与不足，为后续的作业提供重要的保障。
4.3合理开展地质灾害宣传工作
相关单位及工作人员等在工作过程中可以发现，地质灾害类型不同，其发生机制等也会存在差异。但是这并不表明面对自然灾害人们没有应对措施，反之，人们应当采用一定的方法来预防各类地质灾害，尽可能降低地质灾害对人们生产生活产生的影响，保障其后续各项工作以合理方式开展。煤矿开采工作进行过程中，煤矿负责人员和相关部门等应当加强对危险宣传工作的重视，学习与煤矿地质灾害预防相关的知识，方便员工在面对地质灾害时及时做出反应，对保障其后续各项工作合理开展等具有重要意义。另一方面，相关管理人员应当加强对煤矿安全生产和灾害预防整体规划建设工作的重视，结合煤矿的实际运行情况来制定相关措施，领导员工学习预防策略，推动后续各项工作以合理方式开展，保障煤矿开采工作合理开展，提高煤矿生产的安全系数。
4.4仔细勘查与地质条件分析
在地质灾害防治过程中，根据实际的防治要求，组织相关专业人员加强前期地质勘查，结合实际的勘查结果，适当的选择开采技术，同时还需要对选择的技术进行不断完善。此外，在开采布置与地面工程实施前，需要对地质条件作出深入分析。例如地下层面的倾斜度、延伸方向、以及走势等系列工作。只有做好实地勘查工作与地质条件分析工作，才能够制定出较为完善的防治措施。
4.5精准定位煤矿地质灾害隐患
煤矿开采过程中，不同类型的地质灾害都或多或少有一定的预兆，这就要求相关单位加强对灾害预警工作的重视，结合煤矿开采工作的实际效果和建设要求等开展后续各项工作，使用先进的科学设备来预测煤矿及周边地区可能存在的安全隐患问题，在此基础上制定预防措施，可以有效保障其工作质量。政府相关部门也应当加强对煤矿安全预防工作的重视，协助煤矿产业等开展测量技术优化工作，提高地质灾害监测的有效性，充分发挥各项预测工作的优势。
4.6保护煤矿周边生态环境
煤矿开采过程中可能会出现一定的破坏环境的行为，导致煤矿周边的生态环境恶化，出现安全问题的几率明显提高。为了保障煤矿生产工作以合理方式开展，煤矿管理人员和相关工作者等必须加强对生态环境保护工作的重视，结合微生物群落建设方式等开展后续各项工作，合理开展植被恢复工作，提高周边生态环境的质量。同时，煤矿企业还应当合理开展矿山复垦工作，推动生态环境恢复工作以合理方式开展，降低出现煤矿地质灾害问题的几率。
4.7各种煤矿地质灾害的预防
（1）滑坡、崩塌防治对策。固体废弃物（弃渣）有序、合理堆放：煤矿开采过程中，产生的弃渣合理堆放，尽量堆放在地形平坦区域，并进行分层碾压，对堆渣边缘修筑围挡结构；如必须堆放于缓斜坡上，堆渣体坡脚应修筑支挡结构，渣体沿坡脚支挡结构内侧向上密实堆填，使其稳定。设计稳定的边坡脚，必要时应采取加固措施或修筑拦挡工程；煤矿建设初期因场地需要常伴随平场开挖，开挖坡脚时，必须进行及时支护，煤矿开采中必须对已有滑坡进行治理。工业广场因开采需要开挖时，应根据岩土体结构、构造条件，选择合理的坡脚，必要时应采取加固措施或修筑拦挡、排水工程。崩塌多为原有地质灾害，煤矿开采震动触发崩塌的发生，发现崩塌地质灾害应及时治理或采取避让措施，崩塌常见的治理措施为削除危岩或对危岩进行锚固以达到稳定状态。（2）地面塌陷、地裂缝防治对策。煤矿主要为地下开采，应严格按照规范及开采设计预留矿柱、矿墙，或采用充填发开采，及时回填采空区，避免或减少踩空塌陷和地裂缝的发生。岩溶充水矿区，采取充填及排供结合等措施控制疏排水，防止岩溶塌陷。如采空区已发生地面塌陷或地裂缝，应及时对塌陷或地裂缝进行调查，查阅煤矿开采相关资料和采取物探、钻探等手段，掌握塌陷区或地裂缝规模和可能发展的区域后，对塌陷坑或地裂缝进行及时回填，防止降雨时雨水流入其中，并对塌陷区或地裂缝及周边进行实时监测，发生新的塌陷或地裂缝及时处置。（2）泥石流防治对策。合理堆放废弃渣土，并作好护坡使其达到稳定状态，未找到合适的堆放地点应及时将其外运，消除或固化泥石流物源。已经是泥石流地质灾害区，应对其进行综合治理，适当清理物源，可种植适宜的植物对物源进行加固，完善排水系统，在沟谷中修筑拦挡工程，消除泥石流危害。
结语
综上所述，近年来随着煤矿开采作业不断推进，导致煤矿事故发生的几率不断增加。在煤矿开采的过程当中，存在诸多影响安全性能的因素，其中主要包括缺乏对地质条件掌握，没有做好地质勘察工作、管理不到位、以及灾害预防措施不完善等，这就极大的增加了安全事故发生的几率。基于此情况下，必须加强对煤矿的管理工作，根据地质灾害发生的原因，做好紧急事故应对方案。同时还要做好勘查与地质条件分析工作，合理优化设计工作，不断完善煤矿开采设计方案，制定出合理的地质灾害预防措施，保煤矿开采能够顺利进行。
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论文作者:任强
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第14期
论文发表时间:2019/12/16
标签：煤矿论文; 地质灾害论文; 灾害论文; 地质论文; 发生论文; 煤层论文; 矿区论文; 《科学与技术》2019年第14期论文;