劉 聰，王聯(lián)旭，劉昱鑫，沈 員

(1.昆明冶金高等?？茖W(xué)校 a.冶金與礦業(yè)學(xué)院;b.學(xué)生處，云南 昆明 650033;2.貴州省盤南煤炭開發(fā)有限責(zé)任公司，貴州 六盤水 553505;3.貴州圖南礦業(yè)(集團(tuán)) 有限公司興仁市潘家莊鎮(zhèn)王家寨煤礦，貴州 興仁 652300)

0 引 言

某煤礦企業(yè)對自身的隱蔽致災(zāi)因素認(rèn)識不清，防范措施針對性不強(qiáng)，其隱蔽致災(zāi)因素已對安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。而開展隱蔽致災(zāi)因素普查是體現(xiàn)預(yù)防為主、源頭治理的治本之策，是有效防范煤礦重特大災(zāi)害事故的重要舉措。為進(jìn)一步提升煤礦整體安全保障能力，嚴(yán)把安全準(zhǔn)入關(guān)，有效防范和遏制重特大事故的發(fā)生，合理安全開發(fā)利用礦產(chǎn)資源，通過對礦山及周邊地區(qū)各類井上、井下資料的搜集，并按相關(guān)的規(guī)范要求選擇性地開展可行性工作:查明煤礦井田范圍內(nèi)及開采過程中可能誘發(fā)災(zāi)害的地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)體及其在采動應(yīng)力作用下形成的災(zāi)變因素以及礦井水文地質(zhì)條件、煤層瓦斯等基本參數(shù)，特別是采空區(qū)、巖溶水、含水層、導(dǎo)水?dāng)鄬拥姆e(充)水情況、煤層瓦斯含量、瓦斯壓力、瓦斯放散初速度等隱蔽致災(zāi)因素，并提出防治隱蔽致災(zāi)因素的措施及建議，做到隱蔽致災(zāi)因素清晰明確，防范措施全面有效，進(jìn)而為煤礦安全生產(chǎn)提供基礎(chǔ)資料，建立隱蔽致災(zāi)因素普查治理長效機(jī)制，強(qiáng)化煤礦安全基礎(chǔ)和安全保障能力建設(shè)。

1 礦井概況

礦區(qū)地處滇東高原北部，地勢總體呈東高西低，中部高而南、北兩側(cè)逐漸降低，最高點海拔標(biāo)高 1 960.5 m ，最低點海拔標(biāo)高 1 649.5 m，地貌類型屬剝蝕、侵蝕切割低中山類型。礦區(qū)東部、南部地形相對平緩，地形坡度在4～19°之間；礦區(qū)北部、西部相對較陡，地形坡度在32～48°之間，局部地段接近90°。區(qū)內(nèi)氣候?qū)倌蠝貛Ц咴降丶撅L(fēng)氣候。年最大降雨量為 1 322.6 mm，年最少降雨量為 643.9 mm，年平均降雨量為 918.5 mm。

首采區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡單，未見規(guī)模較大的斷裂構(gòu)造；煤層屬近水平、薄—中厚、較穩(wěn)定煤層。礦井水主要來自采空區(qū)，少部分來自于砂巖、粉砂巖的裂隙中，呈滴狀、淋水狀。礦井正常涌水量為 240 m3/d(10 m3/h)，最大涌水量為 320 m3/d(10.3 m3/h)，水文地質(zhì)類型屬以弱裂隙含水層充水為主的中等類型。

礦區(qū)工程地質(zhì)巖組類型較多，煤系地層屬層狀結(jié)構(gòu)軟硬相間碎屑巖夾碳酸鹽巖類工程地質(zhì)巖組，存在軟弱結(jié)構(gòu)面，礦床圍巖巖體質(zhì)量總體為差，礦床圍巖穩(wěn)固性差。主采煤層頂、底板巖體質(zhì)量差，穩(wěn)固性差，底板泥巖遇水易軟化膨脹，巖層風(fēng)化和構(gòu)造節(jié)理、裂隙較為發(fā)育，各巖組均發(fā)育有一定的II、III、IV級結(jié)構(gòu)面，風(fēng)化帶深度大，巖層破碎，地面現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害和不良地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育。工程地質(zhì)類型屬以層狀巖類軟弱至半堅硬巖組為主的中等類型。

礦井采用盤區(qū)開拓方式，劃分1個水平，布置主斜井、副平硐、回風(fēng)平硐共3條井筒，采用分列式通風(fēng)方式。礦井2層可采煤層C5、C6劃分為1個煤組聯(lián)合開采。煤礦屬低瓦斯礦井；煤的自燃傾向性等級為不易自燃；無煤塵爆炸危險性；地溫正常?？刹擅簩觾A角為8～10°，開采技術(shù)條件較好，采用傾斜長壁采煤方法，采用綜采采煤工藝。

礦井范圍內(nèi)未見滑坡、崩塌、泥石流、古河床沖刷帶、古隆起、天窗、陷落柱等不良地質(zhì)體、封閉不良鉆孔。礦區(qū)的災(zāi)害類型以瓦斯、頂板、水災(zāi)、火災(zāi)、動力致災(zāi)、采空區(qū)災(zāi)害為主。

2 水害致災(zāi)因素分析

2.1 采空區(qū)分析

圖1 某煤礦物探測線及測點布置

通過現(xiàn)場調(diào)查、勘查，結(jié)合礦井相關(guān)技術(shù)資料分析，礦區(qū)可采煤層埋藏淺，開采深厚比較小，隨著開采的延伸，形成的采空區(qū)會產(chǎn)生大面積的地表沉陷，導(dǎo)致上方山體的失穩(wěn)破壞，從而引發(fā)山體開裂、滑坡、地裂縫及地面塌陷。雨季降水量增大，溪溝及支流的流量突增，溝床多數(shù)位于礦床直接和間接充水含水層內(nèi)，加之可采煤層埋藏淺，可能對礦井開采充水影響較大。

該煤礦建礦至今主要開采C5煤層，采空區(qū)面積約為 296 712 m2，采空區(qū)平均采空高度 2.7 m，最大采空高度 3.2 m，一般介于2.6～3.0 m 之間。

利用CUGTEM-8瞬變電磁法進(jìn)行物探工作，探測埋深 0～300 m 深度范圍內(nèi)老采空區(qū)、含水帶位置、巖溶發(fā)育范圍及其分布規(guī)律，結(jié)合地質(zhì)、鉆探、化探等資料，對煤礦隱蔽性災(zāi)害做相應(yīng)的預(yù)測。如圖1所示，物探測線20條，點距為 50 m，線距為 100 m，測線方位角為275°，測點640個。

本次瞬變電磁工作，共測制視電阻率斷面圖20張，由于篇幅所限，本文只選取出有代表性的圖片進(jìn)行分析。

圖2 1號測線視電阻率斷面

由圖2可見，1號測線 600～800 m、標(biāo)高+1 710 m～+1 740 m，1 100 m～1 350 m、標(biāo)高+1 610 m～+1 665 m 范圍內(nèi)視電阻率普遍較低，該區(qū)域下部存在一定面積的含水區(qū)，推測深部為斷裂水導(dǎo)致。

圖3 6號測線視電阻率斷面圖

由圖3可見，6號測線 1 390～1 500 m 、標(biāo)高+1 650 m～+1 710 m，2 110～2 250 m、標(biāo)高+1 550 m～+1 590 m 范圍內(nèi)視電阻率普遍較低，該區(qū)域下部存在一定面積的含水區(qū)，推測為采空區(qū)水及巖石裂隙水導(dǎo)致。

圖4 7號測線視電阻率斷面圖

由圖4可見，7號測線 1 470～1 600 m、標(biāo)高+1 670 m～+1 690 m，2 250～2 390 m、標(biāo)高+1 555 m～+1 590 m 范圍內(nèi)視電阻率普遍較低，該區(qū)域下部存在一定面積的含水區(qū)，推測為采空區(qū)水及巖石裂隙水導(dǎo)致。

根據(jù)物探結(jié)果，20條測線電阻異常，大部分處于低標(biāo)高處(+1 560 m～1 740 m 水平之間)，初步推斷20條測線的低標(biāo)高處的低阻異常可能是由于礦區(qū)內(nèi)含水層、斷層裂隙水和采空區(qū)導(dǎo)致。

該礦區(qū)內(nèi)存在：中度水患預(yù)測區(qū)3個，輕度水患預(yù)測區(qū)6個，無嚴(yán)重水患預(yù)測區(qū)。中度水患區(qū)面積約 0.056 6 km2，輕度水患預(yù)測區(qū)面積為 0.108 1 km2。在這些異常區(qū)域進(jìn)行采掘作業(yè)時，要切實做好井下水文工作，先探后采，做好預(yù)警工作，防范于未然。

2.2 廢棄老窯(井筒)及封閉不良鉆孔分析

該煤礦礦區(qū)范圍內(nèi)共有老窯點6個，合計采空區(qū)面積為 5 200 m2，老窯積水估算為 4 663 m3。老窯坑口均分布在礦區(qū)范圍內(nèi)，會對后期開拓開采有影響。因此，在老窯附近范圍內(nèi)進(jìn)行采掘作業(yè)時必須加強(qiáng)煤層探水作業(yè)，同時必須堅持“預(yù)測預(yù)報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原則，編制切合實際的探放水方案并嚴(yán)格執(zhí)行，防止發(fā)生突水事故。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，在礦區(qū)內(nèi)施工的鉆孔已經(jīng)全部封閉，全孔均用水泥(砂)漿封閉，未出現(xiàn)封孔不良現(xiàn)象。

2.3 裂隙、斷層和褶曲分析

區(qū)內(nèi)有2條斷層，其中F2斷裂為礦區(qū)北部直接邊界斷層，走向NE 70～75°，區(qū)內(nèi)走向長 1 500 m。傾向NW，傾角>60°，最大地層斷距 150 m，為壓扭性逆斷層。與F1斷層線平面距離約 320 m，向西與F1斷層呈入字型相交復(fù)合。斷層破碎帶寬8～10 m，兩側(cè)巖層風(fēng)化破碎，擠壓揉皺明顯。F2斷裂切過2條沖溝，開采影響下有可能導(dǎo)通地表水對礦坑充水，因此該斷層對礦坑充水有一定影響，生產(chǎn)井巷接近斷裂帶時，應(yīng)注意預(yù)留斷裂防水煤柱。礦區(qū)內(nèi)斷層富水性很弱，導(dǎo)水性較強(qiáng)。在開采后期因其溝通塌陷裂隙帶或局部溝通地表溪溝，對礦床開采充水有一定影響，開采時應(yīng)予以重視。

2.4 煤礦含水層分析

1)第四系(Q)礫砂土類弱孔隙含水層。厚度為0～20 m，主要由大氣降水補(bǔ)給，含季節(jié)性孔隙潛水，富水性弱。厚度及分布面積有限，但因其直接覆蓋于勘探區(qū)煤系地層之上，在開采影響條件下，雨季接受大氣降水補(bǔ)給后，含水層水可通過導(dǎo)水裂隙等滲入礦坑，對礦床充水有一定影響。

2)三疊系下統(tǒng)卡以頭組砂巖裂隙弱含水層(T1k)。該組地層總厚度為67～98 m，平均為 83 m。地下水主要以裂隙潛水方式賦存，屬裂隙弱含水層。該含水層在勘探區(qū)內(nèi)大面積分布出露，地表溝、溪水多切割該組地層，正常情況下對礦床充水影響較小；但由于其處于煤層回采冒落裂隙及開采影響范圍帶內(nèi)，在今后的開采影響條件下，大氣降水、地表溝溪水均可通過塌陷裂隙等對礦坑充水，并轉(zhuǎn)化為勘探區(qū)礦坑最主要的充水含水層。

3)二疊系上統(tǒng)長興、龍?zhí)督M砂泥巖含、隔水層相間的裂隙弱含水層(P2l+c)。其中長興組地層厚度為42～58 m，平均為 45 m。龍?zhí)督M地層厚度為169～188 m，平均為 173 m。該含水層淺部風(fēng)化和構(gòu)造節(jié)理較為發(fā)育，主要接受大氣降水補(bǔ)給，向深部巖石逐漸完整，節(jié)理裂隙逐漸減少，富水性亦逐漸減弱。沿煤層露頭地帶特別是礦區(qū)東南部及外圍老窯分布較多，老窯大多數(shù)采用平硐開采，自然排水，但不排除部分老窯暗斜井開采后有老窯積水，開采中應(yīng)特別引起注意。

2.5 導(dǎo)水裂隙帶分析

頂板導(dǎo)水裂隙帶屬于采礦擾動類導(dǎo)水通道。C5煤層垮落帶高度為 8.32 m，導(dǎo)水裂隙帶高度為 38.44 m；C6煤層垮落帶高度為 8.35 m，導(dǎo)水裂隙帶高度為 30.59 m。當(dāng)開采區(qū)域煤層埋深大于導(dǎo)水裂隙帶時，其導(dǎo)水裂隙帶雖然不能直接與地面溝通，但開采影響范圍會發(fā)育到二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M裂隙弱含水層(P2l)，使含水層的水導(dǎo)入到礦井中，從而引發(fā)礦井水災(zāi)。因此，煤礦生產(chǎn)條件發(fā)生變化時，需重新進(jìn)行礦井水害普查，在掘進(jìn)、回采前，必須加強(qiáng)水文觀測和預(yù)測預(yù)報工作以及相應(yīng)的探放水工作，特別是雨季要加強(qiáng)地面巡回檢查，制定相應(yīng)的應(yīng)對措施，確保消除水患。

2.6 不良地質(zhì)體分析

根據(jù)地面調(diào)查和礦井井巷工程揭露情況，礦區(qū)內(nèi)無陷落柱，但探煤鉆孔施工時間較長，已無法對其進(jìn)行質(zhì)量評價。通過礦井采掘工程揭露原部分施工鉆孔位置，鉆孔無突水現(xiàn)象，說明封孔質(zhì)量較好。

3 瓦斯、火災(zāi)、動力致災(zāi)因素分析

3.1 瓦斯致災(zāi)因素分析

該礦井開采C5煤層時，礦井相對瓦斯涌出量為 7.23 m3/t，絕對瓦斯涌出量為 6.77 m3/min，礦井掘進(jìn)工作面絕對瓦斯涌出量為 0.32 m3/min，礦井采煤工作面絕對瓦斯涌出量為 2.14 m3/min，故本礦井確定為低瓦斯礦井。該煤礦在實際生產(chǎn)過程中未發(fā)生過煤與瓦斯突出現(xiàn)象，相鄰礦井在生產(chǎn)過程中也均未發(fā)生過煤與瓦斯突出現(xiàn)象。該煤礦井田地質(zhì)構(gòu)造總體屬于簡單類型，地質(zhì)構(gòu)造僅在局部影響煤層瓦斯賦存，煤層埋深是影響煤層瓦斯賦存的主導(dǎo)因素。因此隨著采深的增加，應(yīng)做好瓦斯的監(jiān)測監(jiān)控；加強(qiáng)通風(fēng)，防止瓦斯聚集；消除明火，防止瓦斯引燃、爆炸；在質(zhì)地構(gòu)造附近應(yīng)提前制定揭煤措施。

3.2 火災(zāi)致災(zāi)因素分析

該煤礦C5、C6煤層自燃傾向性為Ⅲ類，屬不易自燃煤層，煤塵無爆炸危險性，礦井在開采歷史中雖未發(fā)生火災(zāi)情況，但在今后實際生產(chǎn)中，依然應(yīng)采取有效措施加強(qiáng)防范，杜絕火源和火災(zāi)事故。

3.3 動力致災(zāi)因素分析

該礦區(qū)煤層偽頂多為泥巖，抗風(fēng)化能力弱，失水開裂破碎，吸水易軟化變形，將會在開采后隨煤層一起垮落；直接頂以粉砂質(zhì)泥巖為主，屬較軟弱巖類，為較不穩(wěn)定的頂板；老頂以粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖和少量的細(xì)砂巖為主，屬較穩(wěn)定—穩(wěn)定的頂板。直接底板多為粘土質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖，少數(shù)為細(xì)砂巖夾泥巖或粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，厚度為0.50～3.80 m，粘土質(zhì)泥巖吸水易軟化變形，產(chǎn)生底鼓。綜合評價，C5煤層頂板穩(wěn)固性較好，C6煤層頂板穩(wěn)固性較差，C5、C6煤層底板穩(wěn)固性均差，容易產(chǎn)生底鼓。因此頂板致災(zāi)主要為冒落、垮方；加之上文所述，煤層開采后形成的導(dǎo)水裂隙帶會導(dǎo)通含水層，進(jìn)一步軟化頂?shù)装鍑鷰r，使災(zāi)害加劇。

4 隱蔽災(zāi)害防治措施

針對以上可能存在災(zāi)害的幾項因素提出以下相應(yīng)的防治措施：

1)在礦床開采過程中，應(yīng)重視對采礦可能形成的地質(zhì)災(zāi)害的防治工作，同時加強(qiáng)對地表變形區(qū)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題并及時采取措施處理。礦山開采工程規(guī)劃及地面設(shè)施布置，均需要密切關(guān)注采空塌陷區(qū)的不良影響因素。

2)礦井水文地質(zhì)條件簡單，構(gòu)造不發(fā)育，采空區(qū)的積水以裂隙巖溶含水層直接充水為主。針對礦區(qū)范圍內(nèi)采空區(qū)等受水害威脅的地區(qū)，在其附近開展采掘作業(yè)前應(yīng)進(jìn)行充水條件分析，必須堅持“預(yù)測預(yù)報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的探放水原則。

3)巷道圍巖泥巖巖體質(zhì)量等級差，巖體完整性屬破碎，局部地段會出現(xiàn)冒頂、片幫、底鼓等不良工程地質(zhì)問題，將對井下設(shè)施及巷道支護(hù)產(chǎn)生破壞，并威脅井下工人的人身安全，危害性中等，危險性中等。在采礦活動中，應(yīng)做好井巷支護(hù)，加強(qiáng)安全檢查和管理，以免產(chǎn)生大的地壓災(zāi)害，造成人員傷亡及財物損失。

5 結(jié) 語

本文以某煤礦為研究對象，通過現(xiàn)場調(diào)查、勘查，結(jié)合礦井相關(guān)技術(shù)資料分析，利用物探、鉆探、化探等手段，對其采空區(qū)、區(qū)內(nèi)廢棄老窯(井筒)、封閉不良鉆孔、斷層、裂隙和褶曲、含水層、不良地質(zhì)體、瓦斯、火災(zāi)、圍巖穩(wěn)固性等進(jìn)行了全方位的評估，結(jié)合礦井的開采技術(shù)條件分析，認(rèn)為瓦斯災(zāi)害、水害、火災(zāi)、動力致災(zāi)、采空區(qū)災(zāi)害是該礦的主要隱蔽致災(zāi)因素。

礦井隱蔽致災(zāi)因素是多方面的，而且以威脅大、致災(zāi)強(qiáng)、隱蔽性高等特點威脅著礦井安全生產(chǎn)，是井下生產(chǎn)安全管理的重中之重。礦井管理人員應(yīng)利用前沿科技手段有針對性地勘察，對各種隱蔽致災(zāi)因素逐一分析、積極響應(yīng)，進(jìn)一步完善預(yù)防與應(yīng)急管理體系。培訓(xùn)作業(yè)人員過硬的處理安全隱患能力和發(fā)生事故時的自救互救技能，能將災(zāi)害風(fēng)險降至最低。本文提出的相應(yīng)防范措施，對礦井安全生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義，并為相似礦山安全生產(chǎn)提供借鑒。