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中国煤矿大多是通过井工开采的,在开采时煤矿地质灾害时有发生。随着浅部煤炭资源的枯竭,深部开采已经成为了必然趋势。与浅部开采相比,深部开采时岩体的力学性质和应力状态更加复杂,开采时发生地质灾害的可能性大大提高,特别是瓦斯突出和冲击地压[1-3]。在深部开采时,一旦煤矿发生地质灾害事故,救援将会十分困难。因此,必须要采取有效的措施来防治煤矿地质灾害。鉴于煤矿地质灾害有多种且每种发生的原因不同,需要根据相应的情况采取针对性措施。本文围绕煤矿常见地质灾害的特征展开论述,重点分析了煤矿地质灾害的防治措施。
1煤矿地质灾害的特征分析
在进入深部开采后,煤矿开采对地表的破坏影响会大大减弱,引发井上地质灾害的可能性也会大大降低,而井下地质灾害发生的可能性大大提升。煤矿井下常见的地质灾害主要有冲击地压、瓦斯突出以及突水。下面将分别对这几种灾害的特征进行分析。
1.1冲击地压灾害特征分析
随着中国矿井开采深度的增加,其基本上已经超过了1000m,岩层的应力和开采扰动也会增加,冲击地压发生的可能性也增大。冲击地压表现为巷道突然间破坏,且伴随着巨大的岩体能量释放。在巨大的冲击波作用下,甚至可能会诱发矿震,对地表的建筑物产生一定的破坏。冲击地压发生的时间比较短,一般只有几秒,且发生时很少有征兆[4]。通过大量的微震监测可以发现,在冲击地压发生前,岩体震动的能量出现异常增加。目前,冲击地压发生的机理尚不明确,这给防治冲击地压带来了巨大的困难。大量经验表明,冲击地压的发生与岩层的高应力、开采方式以及地质构造存在很大的关系。综上所述,冲击地压灾害特征主要为发生时间短、破坏力大、难以预测且机理尚不明确。为了保证工人的生命安全,煤矿科技工作者应该致力于冲击地压灾害防治的研究。
1.2瓦斯突出灾害特征分析
煤在形成过程中会产生瓦斯,虽然大部分瓦斯已经释放了,但是还会残留一部分。在煤层开采时,煤层中的瓦斯会大量释放,进入到巷道中。瓦斯的成分比较复杂,突然间释放会引发严重的灾害,常见的有瓦斯突出。在瓦斯突出时,若突出的是CO2,则会导致空气中的O2浓度降低,容易引起人的窒息;若突出的是煤和CH4,也就是煤与瓦斯突出,则很可能引发严重的瓦斯爆炸灾害。在发生煤与瓦斯突出时,巷道内粉尘的浓度和瓦斯的浓度都会急剧增加,一旦遇到明火,就很容易诱发煤矿瓦斯爆炸。由于中国煤层的瓦斯多以吸附态存在,在开采造成煤炭破碎时会突然释放,容易引发巷道内的瓦斯超限。
1.3突水灾害特征分析
煤矿开采会造成岩层运动,有时会破坏岩层的隔水层,这使得在进行煤矿开采时有可能发生水灾。水灾的发生主要有两种形式,一种是含水层渗水,另一种是突水或透水。相比较而言,突水或透水造成的危害更大,一般只需要几个小时就能造成整个矿井淹井[5]。突水或透水多发生在地质构造区域、采空区附近以及带压开采时,对煤矿生产威胁极大。例如:2010年3月28日发生的王家岭煤矿透水事故就是由老采空区积水造成的,该事故共造成38人死亡,震惊了全中国。
2煤矿地质灾害的防治措施分析
以上分析了煤矿地质灾害发生的特征,为此,需要根据这些特征采取一些有针对性的防治措施。下面将对这些措施进行详细的分析。
2.1做好地质勘探工作
大量经验表明,煤矿地质灾害的发生多与地质构造和地质条件的不确定性有关,例如断层突水、断层冲击地压以及煤与瓦斯突出等。因此,要做好煤矿地质勘探工作,获得详尽的地质资料。在煤矿开采和设计时,地质资料是基础。若地质资料不全面或不准确,则开采引发煤矿地质灾害的可能性大大增加。在进行地质勘探时,考虑到传统的钻探方法获得的数据量有限,在条件允许的情况下要使用物探的方法。对于地质构造区域,一定要将钻探方法和物探方法相结合,获得详尽的地质资料。此外,还要注重勘探的时效性,即在不同时间段内勘探的结果可能会存在一定的差异。由于水和瓦斯是一种流体,其分布可能会受到周围环境的影响而变化,这导致对水和瓦斯的勘探存在一定的时效性。
2.2严格执行相关规章制度
在很多情况下,煤矿地质灾害的发生是人为原因造成的,例如工人不按照《煤矿安全规程》中的内容作业,导致发生严重的透水事故。为此,需要严格执行相关的规章制度,杜绝违规操作。一些矿区存在着严重的盗采问题,这很容易导致安全事故的发生。一些工人在施工时,为了图简便不按照施工图施工瓦斯抽采孔,这很容易造成瓦斯抽采时达不到预期的效果。由于很多煤矿工人的受教育程度低,对煤矿地灾害缺乏一定的认识,不能理解或很好地遵守相关规定。对于这种情况,应该加强对工人的培训,使其掌握相应的安全生产知识。
2.3建立地质灾害预报系统
虽然很多地质灾害的发生机理很难确定,但是可以使用相应的设备对其发生的条件进行监测。针对煤矿冲击地压灾害,可以安装微震监测设备(见图1),监测岩层运动的能量。一旦能量超过预定值,就会发出预警通知,使工人处于安全区域并采取相应的安全措施。针对煤矿瓦斯突出灾害,可以在巷道各个位置处安装瓦斯探测仪来监测巷道中的瓦斯浓度。一旦巷道内瓦斯浓度超过了预定值,就主动切断相应电力设备的电源,从而降低瓦斯爆炸发生的可能性。对于煤矿突水灾害,可以在含水层处施工探水钻孔并装上压力表。通过压力表实时监测水压变化情况,一旦水压超过了设定的安全值,应该立即采用相应的防治水预案。实际上,各煤矿发生地质灾害的情况不同。为此,煤矿需要根据自身的实际情况,选择所需的地质灾害预报系统,从而有效地保证煤矿安全开采。
3结语
煤矿企业必须认识到煤矿地质灾害的特征,并根据自身情况采取相应的防治措施。虽然煤矿地质灾害有多种,但这些地质灾害并不同时发生。进入到深部开采时代,重点关注的是冲击地压、煤与瓦斯突出以及突水等灾害。鉴于很多地质灾害发生的机理尚不明确,只能从最大程度上减轻地质灾害发生时造成的后果。因此,煤矿企业应该做好地质勘探工作、严格执行相关规章制度以及建立地质灾害预报系统。希望所论述内容可以为煤矿地质灾害的防治提供一些理论和技术上的指导。
参考文献:
[1]张皓莎.煤矿地质灾害特征及其防治措施[J].矿业装备,2020(4):106-107.
[2]陈健.煤矿地质灾害特征及其防治措施[J].江西化工,2020(2):333-334.
[3]尚云露.煤矿地质灾害特征及其防治措施[J].当代化工研究,2019(6):46-47.
[4]贾盼雷.煤矿地质灾害特征及其防治措施探究[J].石化技术,2019,26(3):195.
[关键词]地质灾害 特征 防治措施
[中图分类号] P694 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2014)-2-249-1
随着社会经济的发展,人们对于煤炭的需求量越来越大。无论是火力发电厂还是日常的生活供暖都离不开煤炭的使用,这就推动了煤炭企业加快对煤炭的开采工作。但是,由于煤炭生产经常性的受到地质灾害困扰,为煤炭开采的安全性和可靠性提出了很高的要求。因此,能否做好煤矿地质灾害特征的相关研究,做好预防措施,对煤炭企业的发展至关重要。
1煤矿地质灾害的概况
人类在对煤炭开采工作进行一系列的操作时,容易造成地形、地质条件的改变,从而为煤炭的安全生产带来严重的安全隐患。土层开挖之后将弃土及矸石随意安置,造成大雨天气下的水土流失,土层开挖之后会出现内空的情况,容易导致地表的塌陷。煤炭的开采工作前,首先需要抽取地下水,水位的降低不仅会造成地表的下沉,严重时会造成水资源的泄露枯竭。最后,不能对生产的废弃矿渣及矸石进行集中处理,容易造成地面的环境污染[1]。近年来,由于地质灾害带来的人身财产损失十分巨大,有效的防治措施亟待被提出。
2煤矿地质灾害发生的原因
2.1开采中潜在的自然灾害特征
(1)滑坡:煤炭的开采避免不了对地质结构改变,特别是一些大型的土石,一旦发生移位或者缺失,就会造成应力不平衡,进而导致地面的崩塌。根据近年来的数据统计,滑坡类地质灾害带来的经济损失十分巨大。滑坡的产生一方面是由于雨水等自然因素的影响,另一方面植被的缺失也是造成滑坡的重要因素。
(2)地面沉降:岩石、土层的开挖使地质结构的内部作用力发生变化,当现有的地质不能够满足地面的负载时,就会发生塌陷;另外,过于开采地下水,并且没有设置相应的回灌井,导致水土的固结能力大打折扣,经常会导致地下漏斗的发生;地表漏洞、房屋开裂以及水资源缺乏,都是地质灾害的重要表现。
(3)粉尘、瓦斯问题由于常年的化学作用,经常会造成煤与瓦斯突出、瓦斯及粉尘的爆炸等情况如果开采时遇到静电或者明火就容易发生严重的安全事故[2]。除此之外,如果在开采前没有对瓦斯的含有量进行测定,很容易造成瓦斯中毒的情况。
(4)矿井水害:矿井的开挖松垮了土层,再加上矿井周围缺乏植被,使水土的固结能力大为下降,一旦遭遇暴雨天气,矿井就容易进水,再加上矿井中排水工作不到位,对水渗透情况缺乏监管,对矿井水文地质情况明没有查,没有从而造成矿井透水事故。另外,矿井的开采也容易加重水害的影响程度,就拿太原市一次泥石流事故为例,长时间的暴雨侵袭,造成周围的矿井、山体的垮塌,大量的泥石被卷走,瞬间将洪水的高度抬高了数米,并且泥石的沉积堵住了洪水的去路,为泄洪工作带来了巨大的困难,当时还有500多名矿井工人深陷矿井之中,造成60多名员工的死亡,直接造成的经济损失高达2亿。
2.2闭坑后的灾害特征
虽然矿山闭坑后会采取一定的防护措施,但是由于煤矿在开采过程中已经将千百年来形成的土质结构完全改变。因此,矿井的后期养护不可能恢复到原有的结构状态,遭受暴雨等天气时,发生滑坡、泥石流的几率还是非常大的。除了滑坡、泥石流之外,闭坑后潜在的自然灾害还有地面的沉降以及裂缝,对于地质结构严重破坏的地方可能还会出现山体的开裂现象。这主要是源于在开采过程中没有注重地下水的回灌或者地质连通导致地下水完全泄露造成的。
2.3其他原因的深度探析
不同的地质灾害是由于不同的原因诱发的,由于矿井开采属于地下作业类,所以地表压力是造成地质灾害的重要因素。在开采时,企业管理的不到位、员工操作不规范等,达到一定程度时,就容易引发大规模的地质灾害。有些煤矿企业有了追求利益的最大化,冒险推进施工进度,再加上企业没有投资安全防护措施,在施工的中期和后期就容易引发地质灾害。
3地质灾害的防治
3.1加强宣传教育
政府应该组织地质灾害类专家,对煤矿生产的环节进行监控,研发出一套完善的地质灾害防治体系,并将知识教授给企业的管理人员。企业通过开展培训会或者发表内报的方式,将安全生产、防治灾害的技术下发给每个员工,特别是地质环境不稳定的地方,要做好开采前的设计工作,对可能出现的问题做出严密的规划,制定一套应对各类地质灾害的措施,以提升员工应对突发状况的能力。
3.2合理开采煤炭资源
煤炭的开采要循序渐进,不能单纯的为了追求进度和效益而放松对施工质量的要求。将开采的总目标进行划分,每当完成一个阶段性的目标之后,就要对目标进行细致的维护,保证回填、回灌工作完成之后,再进行下一个阶段的施工。在一些地质环境恶劣的地方,相关部门应该严格限定企业的开采,做好企业资质的审查,允许资质好、技术先进的企业开挖,并且要加强对开采工作的监督。
3.3装备、生产技术的升级
针对矿井的一系列地质灾害,企业需要重视起来,提升矿井装备,加强职工业务培训,提高生产技术能力。在开采之前,可以聘请地质专家对当地的地质情况进行全面的了解,制定不同地质灾害下的预防措施。环境的不确定性,决定了地质灾害的发生不可能完全的避免[3]。因此,完善预警机制,提升建筑物的抗灾能力,制定逃生方案,能够降低地质灾害的影响程度和影响范围。
3.4重视矿井地质灾害,加强管理
企业应该重视对地质灾害的治理,无论是从设备的选择还是技术工作的优化,都应该加强监督与控制,做好生产管理工作,对于违规生产行为要严格惩处,将损失降到最低。
4结束语
伴随着国民生产工作的展开,煤炭的开采工作依然会是未来几年内能源供应的重要环节。加快地质灾害的防治研究,提升自然灾害的防止理念,保证生产设备以及生产技术能够符合煤炭开采的技术要求,对企业乃至国家的经济发展都具有着重要的意义。
参考文献
[1]李峰.煤矿地质灾害特征及防治措施的探讨[J].河南省煤炭地质勘查研究院.2010(04).
[关键词]煤矿 地质灾害 处理措施
[中图分类号]X752 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2013)-7-309-1
1前言
自从进入21世纪以后,我国的经济慢慢的开始和环境一起发展,从而实现了经济与环境的一体化发展。煤矿地质灾害主要是指因为人类的生产活动从而引发的一种破坏地质环境并且危害着人类的生命财产安全,除此之外,地质灾害会给矿区带来重大的经济损失。然而,近几年,由于利益的驱使,这就使得许多商人的经济活动没有充分到这些经济活动对环境的影响。越来越多的地质灾害危害着人类的生命。因此,为了能够更好的解决这一问题,国家对地质环境的保护提出了更高的要求,从而能够更好的解决地质灾害这一问题。在经济的发展过程中,地质灾害起着一个非常大的制约作用。在煤矿开采的过程中由于开煤弃石,这样会使得水土流失的现象加重;然而在煤矿中由于经常会抽水和排水,从而会出现地下水位下降以及矿区周围地下水资源枯竭的情况。在煤矿开采的过程中,经常会出现地震、岩爆、冒顶片帮突水、瓦斯爆炸以及地面开裂和沉陷的现象。
2我国煤矿地质灾害的现状
在我国的能源中,煤炭占有一个非常重要的比重,这就使得煤炭行业在我国的经济建设中占有一个非常重要的地位。然而,煤矿地质灾害的不断发生严重影响了煤矿行业的健康发展。煤矿地质灾害给我国的经济带来了重大的损失。例如:2003年5月13日,发生在安徽省芦岭的特大瓦斯爆炸事故;2004年10月20日,发生在河南省大平煤矿井下一掘进面的瓦斯爆炸事故,这起事故导致了56人死亡,18人受伤。瓦斯爆炸事故使得越来越多的煤矿行业开始关注井下的开掘以及安全情况。由于地质灾害带来了严重的经济损失,这就表明防治地质灾害势在必行。
3煤矿地质灾害的主要类型
3.1山体滑坡
在煤矿开采的过程中,由于过度的开采,从而会出现山体滑坡的现象。每一年由于山体滑坡从而带来了严重的经济损失。在2004年6月5日下午,发生在重庆市万盛区东镇新华村胡家沟社的山体滑坡,这起事故主要是由于暴雨冲刷而引起的,该起山体滑坡事故不仅给东林煤矿带来了严重的经济损失,而且给周围的村庄带来严重的经济损失。
3.2地面塌陷
在煤矿开采之后,经常会出现地面塌陷这一严重的地质灾害。地面塌陷不仅会使得矿区的土地面积出现积水的情况,而且还会诱发山体滑坡,甚至会破坏了周围的耕地。2006年5月,发生在江西省瑞昌市横港镇楼下易村的地面塌陷事故,主要是由于苏家垅煤矿在开采的时候,由于透水,从而使得村庄的多处地面发生了塌陷,从而使得全村所有的房屋都出现了不同程度的裂缝。
3.3煤与瓦斯突出
在煤矿开采的过程中,经常会出现煤与瓦斯突出的事故。2006年8月4日16时,发生在忻州市宁武县西马坊乡大灰窑煤矿的有害气体涌出事故,这起事故造成了18人遇难。有害气体的涌出,会严重危害了工人的生命财产安全。
3.4矿井突水以及淹井灾害
在煤矿生产的过程中,矿井突水是非常常见的一种事故。由于煤矿突水事件会直接影响着煤矿的生产、效益以及安全。1996年1月5日,发生在肥城国家庄煤矿的煤矿突水事故带来了严重的经济损失。
4煤矿地质灾害的主要的防治措施
4.1建立一个严格的地质灾害检查制度,并且生产环境进行定期的检查
相关的检查人员要严格按照地质灾害的检查制度对生产环境进行检查,这样可以减少地质灾害的发生。检查人员具体的检查工作主要包括以下几个方面:第一,要对极易发生地质灾害的区域进行定期的检查,从而可以保证生产环境的良好。第二,要对危险区的气体进行定期的检查,从而可以避免瓦斯爆炸等事故的发生。
4.2不断加强对地质灾害的宣传教育,从而能够增强人们的防灾意识
由于许多工人对地质灾害知识的欠缺,从而对自身的安全没有一个准确的认识。通过不断的向工人们宣传地质灾害的知识,这样可以使得工人们对地质灾害有一个清楚的认识,从而能够减少地质灾害的发生。
4.3不断加强政府相关部门对地质灾害防治工作的管理
由于地质灾害的防治工作一项重大而又艰难的工作,这就要求政府部门要加强对地质灾害防治工作的管理,从而能够使得地质灾害的发生机率不断减少。政府部门对地质灾害防治工作的管理如下:第一,要对地质灾害的分布规律有一个清楚的把握,并且要对经常发生地质灾害的危险区以及易发区作出标记。第二,每年要组织一些相关的专家到易发区进行实地勘察,从而能够提出一些合理的预防措施。第三,要加大一些行政执法部门的力度,从而可以对一些严重的问题进行制裁,这样可以减少地质灾害的发生。
4.4建立一个科学的管理制度以及科学的预报工作
对于每次发生的地质灾害,既有偶然性,又具有一定的规律性。这就要求相关的负责人要不断地总结经验,并且分析发生此次地质灾害的原因,这样可以减少地质灾害的发生。在煤矿开采的过程中,煤矿要不断规范自身的生产,在开采的范围进行开采,从而能够减少地质灾害的发生。为了能够很好的防治地质灾害,这就要求煤矿要结合自身矿区的实际情况,从而建立一个科学的地质灾害预报制度,从而能够减少地质灾害带来的经济损失。
5结束语
近几年,由于煤炭开采的不合理,这就会引起岩层移动,进而造成地表沉陷,导致农田、建筑设施的损坏。煤炭的不断开采,这就使得我国的土地资源遭到严重的破坏,从而使得地质灾害事故的不断发生。除此之外,煤炭开采形成的大量矸石堆积在地面,既占用良田,又造成环境污染。煤炭的开采对大地、空气有严重的危害。目前,随着我国矿井开采深度的不断增加,矿山压力显现及冲击地压等动力灾害发生的频次增加,这就表明预防地质灾害是非常重要的。为了能够减少地质灾害的发生,这就要求煤矿行业要采取相应的预防措施,从而使得煤矿行业向着安全化的方向发展。
参考文献
[1]谢廷勇,白艳萍.广西华锡集团铜坑矿地质灾害评估及防治措施[J].山西建筑,2012(12).
[2]魏璐璐.浅析地质灾害评估的方法与程序[J].民营科技,2012(10).
关键词:煤矿地质灾害;防治措施
中图分类号:F407.1 文献标识码:A 文章编号:
引言:煤矿是不可再生资源。人们为了发展。不断的开采煤矿。而煤矿地质不同于其他矿物的地质.导致了在开采过程中出现了很多的煤矿地质灾害.导致了人的生命和财产受到了很大的威胁,如何能有效地反映煤矿地质灾害特征、灾害的诱发因素及如何防治煤矿地质灾害,是很重要的研究课题。
1 我国煤矿地质灾害的现状
我国地域辽阔, 地质条件和地理环境十分复杂, 由于山地、高原、丘陵占 70%左右, 地质构造活动频繁, 气象条件在时间、空间上的差异很大, 这样的自然条件决定了我国是地质灾害多发国家, 而且地质灾害种类多、分布广、危害大。
我国能源 70%以上取自煤炭, 煤炭行业在国民经济建设中占有重要地位; 而煤矿灾害的发生已严重制约煤炭工业的健康发展和社会的全面进步。煤炭开采不仅受到地面地质自然灾害的威胁, 更严重的是还遭受井下各种灾害的威胁;无论从灾害的经济损失, 还是从死亡的人数看, 煤炭行业均占全国灾害损失的 1/10 以上。
长期的研究实践表明, 无论是地质灾害本身还是对其监测和防治,都涉及经济活动或经济现象, 都需要开展合理的经济评价;但在国内, 对地质灾害, 尤其是煤矿的地质灾害, 尚缺乏可供借鉴的经济评价方面的系统理论、方法和经验, 开展的研究十分有限;以往开展的少许研究也多是经济管理方面的人员进行的, 对地质灾害本身缺乏应有的专业了解。
据有关资料统计, 近20年内, 造成百人以上伤亡的重大地质灾害事故在我国几乎年年发生。最为严重的是1998年, 全国共发生滑坡、崩塌、泥石流及突发性地质灾害 18 万处, 规模较大的有447处, 造成1157人遇难, 1万多人受伤, 50 多万间房屋被毁, 经济损失达270亿元。据专家分析, 95%的地质灾害是因为人类活动而诱发的。
今后一段时间内, 随着更多的基础建设、能源交通项目的启动, 区域内的经济发展与地质灾害的矛盾将会更加突出。过去几十年的经济建设中, 由于忽视地质灾害防治与环境保护的专题研究, 其教训惨痛。因此, 地质灾害防治势在必行。
2 煤矿地质灾害的主要类型
我国地质条件复杂, 因此煤矿遭受的自然灾害种类也很多, 主要有滑坡、地面塌陷、煤与瓦斯突出、矿井突水淹井、井筒破裂及采矿废弃物污染灾害、水土流失等, 严重地危及着矿山正常生产和人民生活。
2.1 山体滑坡
煤矿的开采、矸石的堆放破坏了坡体的原始应力平衡, 是诱导滑坡、崩塌灾害的重要因素。据不完全统计, 每年此类灾害造成的经济损失以数亿元计。例如,2004年6月5日下午, 某地区一山体由于暴雨形成的山洪冲刷, 致使山体和煤矿煤矸石渣场拦堤被冲垮, 山体及矿渣约20万m 3 沿坡地向前推移约500 m, 覆盖山脚14户村民住房, 房屋被土石方压塌, 夷为平地, 造成人员伤亡。据现场调查, 该14户住房内共居住56人, 24人被埋, 其中3人生还, 3人死亡, 其余18人失踪。
2.2 地面塌陷
这是煤矿开采后经常出现的一种地质灾害。塌陷会造成矿区土地大面积水, 会诱发山体滑坡, 还会破坏耕地等等。根据不完全统计, 2000 年以前, 平均每年计划采煤 12×10 8 t, 塌陷土地面积 2.4×10 4 h m 2 , 2000 年以后, 每年塌陷土地面积将以 4%~5%的速度增长。例如,2006年5月, 某地区煤矿在开采时发生透水, 导致村庄多处地面发生塌陷, 全村所有房屋都不同程度地出现裂缝。该煤矿位于村西北侧, 由于开采历史悠久, 采空区面积大, 放炮时引起原来堵水的地下封墙出现松动和垮塌, 村子地下老窿积水迅猛涌入矿坑内, 造成村子地下水位迅速下降, 地下溶洞土层发生崩落, 使地面出现裂缝和产生塌陷。
又如,由于过量采煤导致地表塌陷, 某采煤塌陷区昔日大片良田,如今变为一片。因地面塌陷, 附近已有4个村庄被迫搬迁。地面塌陷面积达4万h m 2 , 治理 1 h m 2 塌陷地要花费近 90 亿元。
从这些资料看, 煤矿的开采严重威胁着矿区土地资源和人民的生活, 这一问题的研究应引起足够的重视。
2.3 煤与瓦斯突出
据统计, 我国在 1984—1995年的11年间, 煤矿中发生煤与瓦斯突出近 10 万余次, 造成的经济损失约100亿元。例如,1991年4月21日, 某省煤矿瓦斯煤尘爆炸, 死亡147人。2006年8月4日16时左右, 煤矿发生有害气体涌出事故, 至今已造成 18 人遇难。同时该煤矿范围内发生地面塌陷,造成井下一个永久密闭区被打开, 同时产生明火, 导致有害气体涌出。无论是从经济效益上看, 还是从人民的人身安全来看, 灾害的防治都是刻不容缓的。
2.4 矿井突水及淹井灾害
煤矿突水事件在煤矿生产中也是常见的, 并且直接影响煤矿的生产、效益和安全。如1993年1月5日某煤矿突水量 3.96×10 4 m 3 /h, 直接经济损失 1.35 亿元。又如,1996 年8月4日, 某地区连降暴雨, 山体边坡产生大量崩塌、滑坡, 受洪水夹带形成泥石流, 堵塞泄洪沟谷, 抬高洪峰, 使均匀泄洪变成集中泄洪, 下游洪峰高达 6 m~7 m, 洪水灌入矿井, 导致煤矿大面积冲淤, 546 名当班工人被困井下, 冲毁桥梁和公共建筑设施, 致使该地区周围的街道、商店遭到洪水、泥石流的袭击, 淤泥深达数十厘米, 造成矿工和居民死亡共 60人, 经济损失达 2 亿多元。
3 灾害防治措施
为了保持经济持续稳定发展和维持社会的安定, 必须切实重视对煤矿地质灾害的防御, 制定防御自然灾害的对策和措施。
3.1 加强科学管理并建立科学预报工作
各种地质灾害均有其自然属性, 其发生发展既有偶然性, 又有一定规律可循。煤矿生产要规范化, 杜绝私挖乱采现象, 合理规划开采范围。在煤矿采掘资料的基础上结合矿区实际情况, 建立地质灾害预报制度,并提出相应的防治措施。这是一项长期的、艰苦的工作, 只有做好这项工作, 才能够做到未雨绸缪, 防患于未然, 才能彻底减轻灾害带来的损失。
3.2 加强政府部门对地质灾害防治工作的领导
首先, 摸清地质灾害底数, 基本掌握地质灾害发育分布规律, 圈定出地质灾害易发区和危险区, 在此基础上拟定防治规划、计划。其次, 坚持每年组织有关专家进行汛前、汛期和灾后的检查研究, 以防为主, 综合治理。第三, 加强行政管理执法力度, 健全完善 5 个体系:建立地质灾害防治的法律法规体系; 完善政府部门执行法律法规的机构和体系;建立完善的地质灾害监测机构体系;建立一套完善的信息体系, 及时掌握地质灾害动态;建立政府预测预报体系, 分定期、不定期、长期、中期、近期及临灾警报等, 对问题严重的要进行通报、曝光。
3.3 加强地质灾害宣传教育以形成全民防灾意识
宣传各种地质灾害知识, 培养全民灾害意识, 可以做到灾前有防, 灾中不慌, 灾后自救, 提高生存能力, 减少灾害损失。在广大人民群众中, 通过各种途径做好防灾抗灾的宣传教育工作, 引起人们对灾害的足够重视, 增强人们的防灾意识, 达到心中有数、居安思危的效果。
4 结束语
我国煤矿分布广、户数多、规模大小多样化 由于技术、管理及效益等原因的影响, 资源开发中引起的地质灾害相当严重, 给矿区的人民生命财产安全带来了严重影响。各个煤矿的地质环境条件是复杂的, 单独的强调任何一种诱发因素和只采取某项防治措施都是片面的。因此, 合理有效的利用资源、保护煤矿环境, 采取合理的措施防止煤矿地质灾害, 实现煤矿的可持续发展, 是一个非常重要的问题。
参考文献:
【关键词】煤矿瓦斯;灾害防治;事故原因
中国是煤能源大国,而且把煤作为一次能源在世界都很少见。大量的煤炭使用注定了煤矿的开采在中国是关系到国民生产的重要工程,而瓦斯灾害是煤矿矿井下可能发生的一种最严重的灾害,尤其是瓦斯煤尘爆炸、煤与瓦斯突出两种,可以破坏矿井,更严重危害到矿工的生命。因此煤矿瓦斯的灾害防治一直是我国煤矿安全研究的重中之重。
1 煤矿瓦斯的性质和爆炸条件
1.1 瓦斯的成分
瓦斯的主要成分为甲烷与同系物,其余还有少量的二氧化碳、氮气、氢气、一氧化碳、硫化氢和稀有气体等。由于二氧化碳的水溶性很高,因此很容易溶入地下水被带走,氮气则由于分子直径小,运动速度非常快,因此这二种气体的含量取决于地下水和上覆盖层,通常情况下,离地表越近的地方,氮气和二氧化碳的含量越高。
1.2 瓦斯爆炸条件
1.2.1 瓦斯浓度要求
瓦斯在新鲜空气中的爆炸浓度为5%~16%,即瓦斯的爆炸界限。但是因为矿井内的可燃性气体除了沼气外还包括一定量的重碳氢化合物,重碳氢化合物的分子量直接影响爆炸下限,爆炸下限随分子量的加重而降低。
1.2.2 爆炸热源要求
瓦斯不能被低温所引燃,想引爆瓦斯需要温度足够高的高温热源。其会在新鲜空气中以650~750℃的温度被引燃。
1.2.3 氧气浓度要求
氧气作为重要的助燃剂,当其在空气中浓度大于12%时可以引起瓦斯爆炸。这个条件非常容易达成,因为只要处于正常的通风气流中,氧气的浓度就超过了20%。
2 煤矿瓦斯的爆炸与传播机理
瓦斯爆炸的本质问题是其爆炸的机理和点火的方式。甲烷气体被外界的热源所激发时会产生强烈热化学反应,这一过程即为瓦斯爆炸。由化学动力学的角度入手,可以解析出甲烷爆炸的物理本质和化学本质。甲烷爆炸的点火阶段是一个支链型链式反应的过程,这个过程由众多基元反应一起构成。通过实验可知,煤矿瓦斯爆炸的传播方式为冲击波式,而随着传播的空间和时间的变化,冲击波的结构也随之产生变化。最初的燃烧阶段,冲击波的传播方式为爆燃波,而当甲烷气体燃烧殆尽后转化为纯空气冲击波。另外,已经在实验和理论两方面证明了,当满足个别特殊条件时,最初燃烧时的爆燃波有转变为爆轰波的可能性。
3 煤矿瓦斯的灾害防治措施
3.1 矿井通风
矿井的通风可以降低瓦斯的浓度,因此强化矿井的通风技术可以有效防治矿井内的瓦斯爆炸,但我国目前在这方面做得并不到位,存在着很多通风技术低下的高瓦斯突出型矿井,具体问题包括总风量不足、通风系统结构复杂、稳定性低,难以控制风流量等。
为了优化矿井通风技术,在设施上需要对进回风井硐与巷道进行扩建,对通风网络进行优化,使通风阻力尽量减小,同时还要注意大功率的通风机械更换,以达到增加供风量的目的;在管理上则需要合理进行挖掘部署,以集约型的生产方式为目的,并强化对通风设施的管理,以强化通风系统的可控性与稳定性。单工作面的生产能力扩大应小心,因为瓦斯的威胁会严重制约这一过程,当风速过高时,有可能令采空区的煤炭因自燃而起火,扬起的煤尘更会令生产环境恶化甚至引发煤尘的粉尘爆炸。
在实际生产中,国内各个矿井的回采工作面一般通风量都低于每分钟2000立方米。此外,有一些矿井通过尾巷(无金属支护)来进行瓦斯的排放,通过尾巷的瓦斯浓度通常可以达到3%以下,而且尾巷和回风巷每分钟可以稀释30立方米以上的瓦斯,可是这种防治措施的可靠性比较低,因为瓦斯的涌出和分布浓度是不均匀的。
3.2 瓦斯抽放
3.2.1 本煤层的瓦斯抽放
(1)顺层长钻孔成孔
顺层长钻孔成孔技术是通过顺层钻孔来进行瓦斯抽放的一项关键,但这项技术存在技术难题,即在煤层,尤其是突出煤层顺层钻孔时会发生很严重的喷孔和卡钻现象,这使得想钻到达标深度非常困难。为了解决这一技术难题,新技术新设备的使用是必要的。举例来说,ZSM-250型顺层强力钻机和多级组合钻头实测可以达到240米的的钻孔深度,该设备由于应用了风力排渣成孔的工艺,并具有先进的孔口除尘装置,因此在煤层钻孔时能有效攻克技术难题,取得良好的工作效果。
(2)长钻孔预裂控制爆破
对煤层进行控制预裂爆破可以令煤体出现裂隙,从裂隙可以释放一定量的应力和瓦斯,这样既增加了煤层的透气性又可以防止突出。但这项技术的技术要求较高,在进行爆破时只能弄裂煤层不能损坏顶板,因此无论是还是爆破工艺都需要专门研制。通过试验可知,专门研制的低威力炸药不但起爆速度很慢,而且爆炸峰值低,作用时间长,在炸裂煤层时能起到很好的效果,配合各类相应的专门爆破工具和工艺,能实现长钻孔爆破安全可靠、效果优良的控制。
(3)水力扩孔
孔径的大小对瓦斯灾害的防治有直接影响,孔径的增大会令钻孔煤壁的暴露面积随之增大,应力释放和瓦斯排放也就相应的变得简单,但单一大直径的钻孔技术有大量的技术难题,简单举例就有垮孔严重、排渣难度大、成孔过短等。这些难题可以利用水力扩孔的技术加以攻克。水力扩孔需要先以钻机打出小孔径,然后再使用高压水射流器旋转切割钻口四周的煤体,因为高压水射流器除能进行高压水的射流外还能自行旋转,所以这一过程并不困难,这一作业可以沿着之前钻机完成的钻孔轴向运动方向连续对钻孔的径向进行扩展。通过扩大钻孔直径,令煤层暴露出更多的面积,有利于煤炭排出和煤层卸压,能大幅增加单孔钻孔的瓦斯排出量。
3.2.2 采空区瓦斯抽放
旧有的采空区不仅要采取措施抽出瓦斯,而且应注意进行对自燃的监测。抽出瓦斯的方法主要有密闭插管与地面钻孔两种,而监测应以自燃发火的可能较高的煤层为主,注意对火灾标志性气体和温度的监察。因为瓦斯的抽放和发火之间具有矛盾性,所以现在相关机构正在进行专门监测装置的研发,以期解决这一矛盾。
4 煤矿瓦斯的未来展望
瓦斯不仅具有危害性,其本身还有作为重要能源的一面。对瓦斯进行开发利用,不但能消弭煤矿的安全隐患,同时还能提高资源利用率,缓解日渐严重的能源问题。伴随着我国相关技术团队在矿业开采方面的技术进步,煤矿的瓦斯防治技术也日益成熟,在采煤之前先进行瓦斯的开采已经成为国家的强制指标。在这个大环境下未来的灾害治理技术应向以下两方面发展:
4.1 灵活针对
具体分析各个矿区不同的开采条件,对煤层和瓦斯的特点进行具体分析,结合最新的现代技术开发最适应矿区情况的独有技术工艺。
4.2 与时俱进
伴随着开采的不断深入,瓦斯的治理中理所当然的会不断出现新问题,面对这些全新的难题应与时俱进,勇于挑战,不断开发新技术来适应新状况。
5 结语
直到出现全新的可代替能源之前,我国煤矿产业的发展是不会停步的,相应的瓦斯灾害防治技术自然也要随之不断进步。瓦斯灾害的防治是关系到人民财产和人身安全的重要工程,万不可等闲视之。因此有关煤矿瓦斯的灾害防治研究与探索会长时间的继续下去,为我国的矿业发展做出贡献。
参考文献:
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煤炭是我国的主要能源之一,在工业化生产中有着不可替代的作用。我国对煤矿的开采,大多采用的是井下人工开采方式,相对于地面开采来说,其安全得不到保障。大多数的煤矿企业在开采煤矿的过程中,只考虑利益,忽略了安全因素,导致我国煤矿安全事故不断。突水地质灾害是导致煤矿事故的重要原因之一,因此,加强对煤矿突水灾害地质条件的分析,对于减少安全事故发生的频率,保障工作人员的人身安全以及实现企业的安全生产具有重要意义。
一、煤矿突水灾害地质条件分析
就我国煤矿的分布来说,大多煤矿地区都会受到暴雨、洪水、地下水以及江河湖泊等水源的严重威胁,很多煤矿区域的水文地质条件都比较的复杂,经常出现断裂和排水不畅等问题。大部分的煤矿区开采的深度比较大,水头压力不高,不容易排除突发水,如果发生突水灾害,就会给煤矿区带来严重的影响。煤矿突水灾害是一个比较复杂的系统,导致煤矿突水灾害的原因也是比较复杂的,概括起来主要包含以下几个方面:
(一)地质构造
煤矿区的地质构造是造成煤矿区突水灾害的主要因素。其中,煤矿区的断层构造会破坏煤层的完整性,因而就减少了煤矿底板层的抗压能力。煤矿断裂构造的出现,使得煤层底板中形成了流水通道,煤矿底板层的导水性增强,如果工作人员的工作面接近了断裂,就很有可能会导致突水灾害的发生,威胁到工作人员的人身安全。同时,由于断裂层的存在,使得煤矿区的底板层和煤层的间距缩小,隔水层的隔水功能也就得不到保障,导致突水灾害发生。
(二)含水层
诱发煤矿突水事故的原因和煤矿区的含水层因素也有关系,煤矿区含水层的含水量以及含水层水压大小都能对煤矿突水灾害产生影响。煤矿区含水层含水量的多少和发生突水的涌水量有直接的关系,含水层的含水量越多,突水的涌水量也就越多,其突水灾害也就越严重。含水层水压的大小会造成煤矿区底板突水,高层压水会导致煤层断裂或节理冲刷。因此,向煤矿区内的隔水层内渗透的水量也就越多,当高层水通过导水通道接触到煤层时,就有可能诱发突水事故。
(三)底板隔水层
煤矿区的底板隔水层是隔绝煤层和含水层的主要物质,底板隔水层的岩性组合越好、厚度越厚,其隔水功能也就越好。当底板隔水层的抗压能力大于含水层的水压时,煤矿区发生突水灾害的可能性也就越小。底板隔水层和煤层是紧挨着的,如果工作人员在开采煤矿资源的过程中,对底板造成破坏时,就会对隔水层的隔水功能造成影响,致使突水事故发生的可能性增大。
(四)人为原因
就目前来说,我国在煤矿管理水平和灾害防治能力上还比较差,存在生产技术落后、违规采煤等情况,对煤矿区的水文地质勘测程度不够,对煤矿区水文地质的调查不够全面等,这些情况的存在,使得煤矿区的突水灾害事故得不到有效的控制。
二、煤矿突水灾害防治措施
(一)断层突水防治技术
煤矿区的断层突水事故是煤矿区常见的一种灾害事故,断层事故造成工作人员工作的区域全部被淹没,或者出现煤矿井全部淹没的情况,严重威胁到工作人员的人生安全。因此,要加强对断层突水的防治措施。采用封堵设计的方法,可以有效的预防断层突水事故的发生。其主要工作原理就是将导水断裂构造进行封堵,通过打钻的方式,注浆到导水通道带。如果遇到不能确定断层、难以找到钻孔位置的情况,可以采用封堵巷道的方法,在突水的巷道中填充大量的骨料并注浆,可以大大的增强断层的牢固程度。
(二)采煤工作面突水防治技术
造成采煤工作面发生突水事故的原因,主要是因为采煤工作面和煤矿区下浮高压水的压强和煤矿区含水层的压强比较接近,或者小于含水层水压的压强,使得工作面的含水层受到矿压的作用,产生一定的破坏,造成突水事故发生。采用封堵技术对其进行封堵。在煤矿工作面可能发生突水的位置钻孔,对煤矿的塌陷区和采空区段注砂进行填充并注入浆进行加固。
(三)采用立体注浆技术
为了加快注浆堵水的速度,对矿区突水灾害进行有效的控制,在突水灾害发生以后,要根据突水发生的实际情况进行分析,分析突水灾害的特点和发生突水灾害地区的煤矿地质构造,确定一个主要探查注浆孔,然后集中人力和物力进行快速钻孔。在钻孔的过程中,要查明发生突水区域的地质构造,为下一步的钻孔提供重要的依据,然后再进行大量的注浆,将煤矿区内的导水通道堵死,再采取分段注浆的方式进行注浆。采用这种立体的注浆技术,可以有效的控制浆液的流失。
(四)加强安全管理水平
企业受到利润的趋势,一味的追求采煤效率,忽略安全生产也是造成突水灾害发生的重要原因。因此,面对这种现状,企业要提高对安全管理的重视,在采煤之前,要对煤矿区域进行详细的地质勘测,确定煤矿的地质构造和容易发生突水灾害区域的位置,及时的做好防范措施。同时,还要对工作人员强调安全的重要性,要求提高安全警惕,严格按照相关规定进行开采,提高安全生产,避免突水灾害的发生。
关键词:煤矿,地质灾害,防治
近年来随着国家经济建设的发展,对矿产资源的需求与日俱增,不同规模的矿山都在进行开发,其中小型矿山占很大比例。矿山开采为国家带来了很大的经济效益的同时,也引发了很多地质灾害,主要表现在崩塌、滑坡、地面沉陷(矿山采空区沉陷)及泥石流等方面。因此,对矿区进行地质灾害的有效预测并根据矿山开采的实际情况提出相应防治措施,在尽最大努力避免和减轻地质灾害造成的损失的同时,更能维护矿区的正常作业、人身和财产安全。
1矿区开采现状及地质背景
1.1矿区开采现状
从解放前至二十世纪九十年代间一直进行生产,采空区大面积存在,标高+30米以上已采空,后因某种原因而停止开采,。
该矿山设计开采方式为斜井片盘开拓方式,设计采区回采率80%,主要利用现有两条井筒,一条为主井、一条为副井,主竖井井口标高为+65.69m,井底标高-60m,主要用于提升煤炭、提矸、升降材料和人员、进新鲜风灯;副竖井井口标高为+65.4m,井底标高为-40.0m,为回风井。
该井田为斜井片盘开拓方式,主井设提升绞车设备,主要担负提升煤炭、升降材料设备、进新鲜风流。副井井筒为总回风井。矿井通风方式为中央并列抽出式通风。该矿正在做生产准备,对批准可采的3个煤层赋存情况和地质储量,依据以前和现已掌握的地质资料情况,对井田地质储量和煤层情况基本清楚,本次矿井设计生产能力为1.0万吨/年。采煤方法设计为走向长壁和短壁后退式开采,采用打眼放炮、人工攉煤、木支架,全部跨落管理顶板,井下人力推车,绞车提升,机械通风。
1.2地质背景
该矿区内主要的出露地层有石炭系本溪组、太原组和第四系。
矿区范围的北部边缘有一条逆断层,走向近东西向,倾向北,倾角60°~70°断裂性质为压扭性,破碎宽度在10m以上。
矿区内岩浆岩不发育,没有发现较大岩浆岩侵入体,局部可见煌斑岩穿插地层间,而规模小,对煤层开采影响较小。
评估区域内断裂构造较发育,地质构造条件较复杂。
1.3地震
根据国家地震局出版的第四代1/400万《中国地震动峰值加速度、地震动反应谱特征周期区划图》,该矿区地震动峰值加速度为0.05g,地震动反应谱特征周期为0.35s,地震基本烈度为Ⅵ度。
2地质灾害及其特征
该矿区开采时间较早,且企业性质由国企到私营的变换,历经多次开采,地下开采情况复杂,采空区大面积存在,标高+30米以上已采空,现场调查未发现明显的塌陷、沉陷反映,但随时间的推移,依然是安全的隐患。
根据现场调查,该矿自建矿以来未发生过井巷坍塌冒顶和矿坑突水等灾害,但该矿区为烟台煤田的老矿区,开采活动强烈,老窑的存在不容忽视,在开采过程中应给与高度重视。
3地质灾害发展趋势预测
3.1 矿井突水:
由于该矿区开采时间较长,历经多次复采、残采,井下情况复杂,其内部可能积水蓄水,本矿在生产过程中,井下涌水量较大,最大涌水量可达12.0m3/h,断裂构造比较发育,若疏于防范、局部遇到断裂带,可能会引发、加剧矿井突水的可能性大,易发程度高,直接威胁矿工安全。
该矿区矿体间距为3-6米,,在开采下部矿体时,若不小心打穿顶板,使上部煤层开采留下的老窑积水涌出,可能引发矿井突水事故,威胁矿工生命安全和生产设备的安全,在开采时应给与高度重视,其危险性中等。
该煤矿采空区顶板为第四系松散岩类透水性良好,在雨季,大气降水易通过地表进入采空区内,造成采空区积水,通过渗透作用进入矿井小,从而加大矿井的涌水量,若排水不及时或受其他因素影响,也有可能引发矿井突水灾害,其危险性中等。
3.2 井巷坍塌、冒顶:
井巷坍塌、冒顶一般是由地质条件、生产技术条件、组织管理等多方面的主观和客观因素综合作用的结果。
地质条件:矿山开采煤层属于缓倾斜煤层,层数较多,开采厚度较小,煤层顶、底板泥岩、泥质细砂岩,岩层完整性一般,强度较低,稳定性较差,受地压影响,易发生局部坍塌、冒顶。
采矿条件:主要采用走向长壁法,顶板管理为自然冒落,势必导致井巷坍塌、冒顶,特别是复采和残采,加剧地面变形,容易导致地面塌(沉)陷。
生产管理方面:如果支护不及时、支护间距不合理,支护材料强度低,矿工安全意识淡薄,则更容易造成井巷坍塌、冒顶事故。
综上所述,预测矿山开采可能引发、加剧井巷坍塌、冒顶事故,主要是危害井巷内人员、设备等安全,危险性中等。
3.3 地面塌(沉)陷、地裂缝:
根据本矿条件,开采垂深约120m,开采厚度一般在1.2~2.5m,地表风化岩石移动角 为45°,基岩段岩石移动角为75°,根据公式W0=m·η·cosα,经计算其最大沉降值可达0.85米。采空区顺岩层倾向倾斜向下,开采和残采结果将全部形成采空区,其距离地表垂高范围为80~130m,结合矿床开拓,地下采空区累计开采高度最大约3.2m。煤层顶板随开采工作面的推进而自然冒落,进而形成采空区的垂直“三带”和上覆岩层的移动变形。采空结果随着时间的推移,煤层顶板将出现冒落带、裂隙发育带,其煤层顶板稳定性较差,在岩层自重压力和复采情况下,可能引发、加剧地面塌(沉)陷地质灾害,并伴随有地裂缝的产生。
地面移动和变形与采深采厚比有关:本矿山地面标高50~90m,开采深度-60m标高,这样,本矿山已经形成采空区的覆岩厚度为110~150m,开采高度按3.2米估计,a、在覆岩厚度小于96米的条件下,即H/m
该矿区开采时间久,地下开采情况复杂,根据记录,该矿区附近有过乱采乱掘,也不排除有老的采空区,进而可能引发、加剧地面塌(沉)陷、地裂缝地质灾害,威胁矿工的生命安全、设备的安全和地面建筑物的安全,其危险性中等。
4、地质灾害防治措施
4.1 对地面塌(沉)陷、地裂缝地质灾害的防治措施
(1)矿山开采时应及时做好支护,确保人员在巷道的安全。
(2)对采空区定期回填,减少地面下沉,留设保安矿柱以防地面塌(沉)陷。
(3)对地面陷坑、地裂缝进行回填,防治地表水流入井下,软化岩土体,降低岩土体的稳定性。
(4)矿山建设过程中和结束后应建立地面塌(沉)陷、地面沉陷等灾害观测点,了解地面沉陷速率,闭坑后应在地表设置危险标志,以确保人身、财产安全。
4.2 对井巷坍塌、冒顶地质灾害的防治措施
(1)加强掘进工作面的顶板管理,重视井巷的支护与维修工作。
(2)做好顶板鉴定与分级管理工作。
(3)加强对顶板松石的检查和处理。
(4)坚持必要的制度,如“敲帮问顶”制度,支架验收制度、岗位责任制度,防止麻痹大意。
(5)向井下工作人员普及井巷坍塌、冒顶前兆知识,发现问题及时处理。
(6)工作面顶板松软或破碎、过断层、过老窿或冒顶区以及托顶开采时必须制定安全措施,实行短壁式开采和后退开采,是复采矿山的一项安全措施。
(7)严格执行作业规程,操规程,严禁违章作业。
4.3 对矿井突水地质灾害的防治措施
(1)开采掘进过程中要做到探采结合,特别是对老采空区的监测,若遇到断裂构造和老窑积水,应先放后采,加强防护。
(2)开采掘进时,时刻注意顶底板的稳定性和完整性,下部煤层开采时,避免上部煤层采空区的滞留水进入,威胁矿工和设备的安全。
(3)增加排水设备,以备应急,对井下工人进行避险培训。
(4)矿井正常涌水量为8m3/h,最大涌水量为12.0m3/h,必须做好矿井水的监测及排水工作,防止水患发生,确保矿井安全生产。
参考文献
[1]张祖培.国际地质工程与地质灾害新技术研讨.国际学术动态,武汉,2007.
关键词:煤矿开采;地质灾害特性;预防措施
中国的煤矿多是通过井工方式开采,而中国的煤层大多经受了地质构造作用,开采时很容易诱发煤矿地质灾害。煤矿地质灾害的发生不仅给煤矿企业带来了巨大的经济损失和人员伤亡,还带来了恶劣的社会影响。常见的煤矿地质灾害主要有水害、瓦斯灾害、顶板灾害及地表沉陷灾害[1-3]。在很多情况下,煤矿地质灾害还会引起一些附加灾害,对矿井的破坏力极大。因此,非常有必要采取措施对煤矿地质灾害进行预防。为了更好地对煤矿地质灾害进行预防,应该认识到煤矿地质灾害的特性。本文围绕着煤矿地质灾害的特性展开分析,重点探讨了煤矿地质灾害的一些预防措施。
1煤矿地质灾害的特性分析
认识煤矿地质灾害的特性对于预防煤矿地质灾害有着十分重要的作用。通过大量的地质灾害现场分析可以发现,煤矿地质灾害的特性主要有破坏力强、发生机理不明确、持续时间不确定及防治困难。下面将进行具体分析。
1.1破坏力强
很多煤矿地质灾害发生时,都有着较强的破坏力,严重威胁矿井的安全生产。在发生煤与瓦斯突出事故时,大量瓦斯会突然涌入巷道,极大地增加了瓦斯爆炸的风险。若这些瓦斯遇到明火,则很容易造成巨大的破坏力。一方面瓦斯爆炸时产生的高温高压气体会对巷道造成严重的破坏,另一方面瓦斯爆炸时会产生大量的有毒有害气体,直接威胁工人的生命安全。随着中国煤矿进入深部开采时代,发生煤与瓦斯突出的可能性会大大增加。进入深部开采以后,若煤矿发生突水事故,则会造成严重的人员伤亡。由于开采比较深,短时间内很难打通救援通道。更重要的是,很难在短时间内排完矿井内的积水。鉴于这几方面的原因,深矿井发生水灾后危害极大。通过分析煤与瓦斯突出和矿井突水事故可以发现,煤矿地质灾害发生后具有较强的破坏力,不仅会损毁井下的设施,还会造成井下人员伤亡。
1.2发生机理不明确
煤矿灾害另一个显著的特点就是发生机理尚不明确。很多学者虽然尝试了对各种地质灾害的机理进行分析,但是没有得出统一的认识。对于煤与瓦斯突出地质灾害就已有了十几种假说,但是每一种假说只能解释特定的突出现象。煤矿冲击地压(见图1)也面临着同样的状况。虽然对于煤矿突水已经有了较为统一的认识,但是并没有找到一种合适的理论来对其进行较好的解释[4]。煤矿地质灾害发生机理不明确的主要原因有两方面:a)煤矿地质条件具有不确定性;b)煤矿开采条件对地质灾害的发生起着一定的诱导作用。
1.3持续时间不确定
煤矿地质灾害的持续时间具有不确定性,有的持续时间长,例如煤矿的地表沉陷和煤矿突水,有的持续时间较短,例如煤矿冲击地压。值得注意的是,这种持续时间的长短不是固定的,其不仅与煤矿的地质条件有关,还与煤矿的生产条件有关。例如冲击矿压发生后,还可能诱发煤矿长时间的矿震,对于这种情况很难定义其持续时间。
1.4防治困难
由于煤矿地质灾害的复杂性,对地质灾害的防治存在一定的困难。现有的灾害防治技术多是基于实践总结得到的,但在应用时需要选择合适的参数。例如对于冲击矿压的巷道,通常采用加强支护,但加强支护的方式和形式需要根据煤矿的实际情况来确定。比较典型的是,虽然A矿区已进行了大规模的冲击矿压治理,但仍时有冲击矿压发生,严重威胁着煤矿的生产安全。
2煤矿地质灾害预防措施分析
以上分析了煤矿地质灾害的一些特性,需要据此采取措施来预防煤矿开采过程中的地质灾害。在防治煤矿地质灾害时应采取的措施主要包括加强对煤矿地质条件的勘探、重视煤矿地质灾害防治技术的总结及选择合适的开采方式。
2.1加强对煤矿地质条件的勘探
很多时候,煤矿地质灾害的发生与地质条件的不确定性存在很大的关系。为此,应加强对煤矿地质条件的勘探,特别是在掘进和开采之前。由于煤矿开采的区域比较大,采用钻探的方法获取的地质资料比较有限,而且精度不高,还需要采用物探的方法进行精细化勘探。在勘探时要重点注意一些地质构造变化区,例如断层、陷落柱及煤层厚度变化较大的区域等。在勘探完成后,要将地质构造异常区标记在煤矿的采掘工程平面图上。根据异常区的分布情况,估算这些区域对煤矿开采的影响,从而采取合理的安全措施。例如,采掘工作面在过地质构造、集中应力区、煤岩顶破碎区时,必须合理分析顶板岩性,然后采取合理有效的支护措施,如注浆、架棚、注浆锚杆等,提高破碎顶板稳定性,防止顶板受力失稳导致冒顶、垮落事故的发生[5]。
2.2重视煤矿地质灾害防治技术的总结
煤矿地质灾害防治的关键在于采用合适的地质灾害防治技术。然而,现在很多的煤矿地质灾害防治技术多是根据特定条件下的地质灾害事故分析得到的,并不是对所有的煤矿都具有适用性。为了使灾害防治技术能发挥有效的作用,煤矿企业应根据自身实际情况,对一些灾害防治技术进行总结改进。只有这样,才能更好地防治煤矿地质灾害。例如在防治冲击矿压时,有的煤矿采用水力压裂效果比较好,有的煤矿采用岩层注水比较好,而有的只能采用加强支护的方式。地质条件的差异性,导致采用的防治措施也会存在一定的差异性。这就要求煤矿企业一定要根据实际情况采取合适的防治措施,否则不仅不会防治地质灾害,还会诱发地质灾害。
2.3选择合适的开采方式
在煤矿开采时,开采方式对地质灾害有着一定的诱发作用。为此,需要根据地质条件选择合适的开采方式。所谓开采方式就是工作面的布置方式和回采方式。对于具有冲击倾向性的矿井,一定要避免孤岛工作面开采;对于瓦斯含量高的煤层,一定要降低煤层开采强度,以免诱发煤层瓦斯事故;地表有建筑物或山体时,一定要控制采高,以免诱发严重的开采沉陷事故。开采方式主要影响的是岩层移动和变形的形式,而岩层运动是煤矿地质灾害的前提。
3结语
在煤矿开采过程中,煤矿地质灾害时有发生,给煤矿企业带来了巨大的经济损失。总的来说煤矿地质灾害的发生具有破坏力强、发生机理不明确、持续时间不确定及防治困难的特性。在实际生产中,应采用加强对煤矿地质条件的勘探、重视煤矿地质灾害防治技术的总结及选择合适的开采方式来防治煤矿地质灾害。研究可以为认识煤矿地质灾害及防治煤矿地质灾害提供一定的参考。
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Abstract: The study put forward relevant prevention and control measures to make status assessment of geological hazard in proposed mining area and predict the risk level of geological disasters caused or aggravated by project construction.
关键词: 地质灾害;评估;预测;防治
Key words: geological hazards;assessment;forecast;control
中图分类号:TD7文献标识码:A文章编号:1006-4311(2011)18-0044-01
1工程概况
矿区位于乌鲁木齐市南山,矿区东西长23.4km,南北宽1.5~4km,面积50km2。井田位于矿区东南部,范围东南-西北走向长4.6~6.8km,北东-南西倾向宽2.7~3.4km,面积约18.35km2。
2地质环境条件
2.1 气象水文矿区属大陆性气候,夏季多阵雨,冬季少雪。最高气温30.5°C,最低气温-26°C。年降雨量152.2mm,年蒸发量2105.4mm。全年风向以西风为主,年均风速2.4m/s。
2.2 地形地貌矿区地处天山山系内之山间盆地,呈条带分布,周围高山围绕,自然坡度3-50°,局部80°以上。艾维尔沟自西向东纵穿矿区,沟底海拔标高由西向东由1900m逐步降至1724m;沟两侧为冲积阶地,宽300~800m。河谷两侧阶地上有第四系、黄土沉积,植被覆盖较差,南北两侧发育着“V”字型冲沟,沟深坡陡,基岩,植被稀少。矿区有四条沟谷较发育,发育规模基本一致,谷底切割宽度35~120m,切割深度百余米,起源于矿区以西分水岭,切割地层为侏罗系(J),延伸方向自西向东,矿区段流经长度约2-4km,沟口位于冲积阶地后缘,沟谷两岸、谷底植被覆盖较差。
2.3 地层岩性井田出露的地层从老到新为石炭系,三叠系小泉沟组,侏罗系下统八道湾组、三工河组,侏罗系中统西山窑组。石炭系地层在井田东部、西南部都有少量范围分布,小泉沟组仅在井田东北角有小范围出露,井田东部及东南部有大面积八道湾组地层分布,三工河组地层在井田西北部有小面积分布,西山窑组在井田西部有大面积分布,在井田中部大部分地层被第四系覆盖。
3地质灾害危险性现状评估
3.1 地质灾害类型及特征评估区属基岩山区,地形较简单,地貌类型单一;地质构造较复杂,岩性单一,岩土体工程地质性质良好;工程水文地质条件良好;破坏地质环境的人类工程活动强烈。现状条件下存在崩塌、地面塌陷地质灾害,未发现滑坡、泥石流、地裂缝及地面沉降等地质灾害。
3.2 地质灾害危险性现状
3.2.1 崩塌评估区现状条件下潜在崩塌地质灾害分布于艾维河两岸,其东岸为岩质岸坡,西岸为第四系含漂石卵砾石层岸坡,岸坡接近直立,高度约20-30m,岸坡存在潜在崩塌隐患,崩塌影响面积0.015km2。
评估区其它地段发生崩塌的可能性小,危害程度小,危险性小。
3.2.2 滑坡评估区艾维河两岸岸坡虽然接近直立,但坡体无软弱滑动面及地下水的作用,因此评估区不具备滑坡的条件,现状评估滑坡地质灾害不发育,危害程度小,危险性小。
3.2.3 泥石流实地调查和访问得知,未发生过泥石流引发的人员伤亡事故。评估区现状条件下泥石流灾害危害程度小,危险性小。
3.2.4 地面塌陷评估区现状条件下有采空区分布,已有采空区分布面积约0.126km2,采空区埋深小于导水裂隙带高度。现状对地面设施、人及地下采矿活动的安全造成威胁,现状评估危害程度大,危险性大。
3.2.5 地裂缝评估区未发现区域构造性地裂缝,所以现状条件下地裂缝灾害不发育,危害小,危险性小。
3.2.6 地面沉降评估区内不存在大规模抽取地下水和油气的活动,现场调查也未发现地面沉降地质灾害。现状评估地面沉降不发育,危害小,危险性小。
4工程建设引发地质灾害危险性预测
评估区地面工程建设工业广场、生活区、矿区道路主要选在评估区地势较平缓地段,地面建设已基本建成,今后地面建设中不会有大挖方形成的高陡边坡,地面工程建设过程引发崩塌、滑坡的可能性小,危险性小。工程建设引发泥石流的物源为工程建设过程中排放的废渣石、煤矸石和炉渣堆放;矿区地面建设已基本建成,今后排放的废渣石较少,由此引发泥石流的可能性较小;煤矸石和炉渣排放量较少,且堆放地远离低易发泥石流沟道;因此由工程建设引发泥石流的可能性小,危险性小。
5工程建设遭受地质灾害危险性的预测
经现状评估、工程建设引发或加剧地质灾害危险性的预测评估,评估区内滑坡、地裂缝、地面沉降灾害不发育,预测评估危害程度小,危险性小,因此工程建设遭受上述地质灾害的可能性小,危害程度小,危险性小;评估区内存在崩塌、地面塌陷地质灾害,其危害程度大,危险性大;因此工程建设可能遭受崩塌、地面塌陷地质灾害的危害,其危险性大;评估区存在低易发泥石流沟谷,因此工程建设易遭受低易发泥石流的危害。
6地质灾害防治措施
①设计时,各类矿山生产建筑设施选址必须充分考虑矿山地下开采对建设场地稳定性的影响。采空区地段进行地面建设必须进行地质灾害勘察、治理以及岩土工程勘察。②地面塌陷危险性大,进行地下开采易引发地面塌陷,因此在已有永久性地面建设及河床周围进行开采必须留设足够的保安煤柱,使永久性建设地段及河床由采煤可能引发地面塌陷的危险性大区变为留设煤柱后的危险性小区,预防地面塌陷对矿山的危害。③针对崩塌地质灾害,首先在崩塌影响范围设置警示标志;在崩塌危险性大区地段,必须加强人工巡视监测,监测崩塌灾害的发生。④评估区存在低易发泥石流沟,应加强防范低易发泥石流对矿山的危害;对其自然流水沟道必须经常进行疏通,预防泥石流灾害的发生。