我国煤矿地质灾害特征分析及防治研究-牡丹江大学学报

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我国煤矿地质灾害特征分析及防治研究

来源：未知作者：admin 日期：2022-01-11

本文由牡丹江大学学报整理
[摘要]随着世界经济的快速发展，煤炭开采在能源供给中的地位也愈加重要，但随之而生的地质灾害不仅严重威胁着煤矿从业人员的生命安全，而且，地质灾害发生的同时还会毁坏矿井设备，给国家和人民的生命财产安全带来巨大威胁，带来巨大的物质财富的损失。主要阐述煤矿开采过程中经常出现的一些地质灾害的类型，并对这些地质灾害的特征进行分析，据此提出相应的地质灾害应对措施。通过对这些地质灾害的原因产生的原因和特征进行深入分析，制定科学有效的地质灾害防治措施，希望可以起到通过降低煤矿地质灾害的发生率来有效确保煤矿工作人员的生命财产安全，进而保证我国煤矿行业的可持续、健康和稳定发展的作用。
[关键词]煤矿地质灾害,灾害特征,灾害防治
随着经济的快速发展，煤炭开采在能源供给中的地位也愈加重要。随着我国煤矿生产技术水平的提高，煤矿开采程度不断延伸加大，有些煤矿企业在管理和生产过程中存在较大的安全问题，例如对安全问题的认识不够、对安全问题的经费投入不足等等，导致我国煤矿地质灾害频繁发生。常见的地质灾害中与煤矿相关的主要有煤气爆炸、水害事故、井下巷道顶板塌落、地表沉陷和滑坡等，这些灾害不仅会造成重大经济损失，情况严重时会导致重大人员伤亡事故。因此，无论是煤矿企业的管理人员，还是生产人员，都必须具备安全生产意识，积极采取合理有效的预防措施，降低煤矿地质灾害的发生率，确保煤矿工作人员的生命安全，保证我国煤矿行业的可持续、健康和稳定的发展。
一、我国煤矿地质灾害类型
(一)煤气爆炸灾害
煤气是古代各种高大植物在堆积成煤的初期形成的，由纤维素和有机质经厌氧菌的作用分解而成。在高温和高压的环境中，成煤的同时通过物理和化学作用生成煤气。煤气的特点是无色、无味，有的煤气具有类似苹果的香味，主要是由于含芳香族的碳氢气体的缘故。在普通状态下，煤气的密度为0． 716kg/m3，渗透能力为空气的 1． 6 倍，不助燃，也不能维持呼吸，难溶于水。在浓度高的状态下时煤气会导致人因缺氧而窒息。煤气在地下围岩中或煤层里主要以游离状态和吸着状态存在。煤气的主要成分为烷烃类物质，包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等，还含有水气、硫化氢、氮、二氧化碳、惰性气体等。普通状态下甲烷至丁烷都以气体状态存在，戊烷以上为液体。在地下煤炭开采的过程中，煤气是最为常见、也是危害性最大的物质。矿井的一般工作环境都是相对封闭的，如果煤气浓度超标，遇到明火或者产生火星，都极有可能诱发矿井煤气爆炸，造成这种现象的原因主要是通风设施或者通风系统存在问题。随着井下采掘工作面的不断延伸，会导致井下煤气超标。当煤气积聚浓度达到 5% ～16%时，就会发生煤气爆炸事故。煤气爆炸发生时产生的高温高压对矿井工作人员及井下设备危害极大，同时会伴有剧毒的一氧化碳，成为爆炸后人员伤亡的主要原因。
(二)水害事故灾害
我国煤矿水文地质条件极为复杂，包括地表水、冲积层水、岩溶水、老空水、承压的强含水层水等等，各种水害俱全，岩溶陷落柱、封孔不良、钻孔导水断层等导水通道普遍存在，导致水害事故频繁。其主要特点包括乡镇的煤矿水害事故频繁、透水事故的主要水源为地表水和老空(窑)区积水、非法违法生产造成透水事故比例较高、主要发生在掘进工作团过面等。如果煤炭开采时对地下水的相关资料掌握不够、防治水害技术措施不合理、没有设置防隔水煤柱及放水闸门或对地下水情况掌握不充分，施工时突破含水层，就会导致生产期间发生水害事故。
(三)井下顶板塌落灾害
顶板塌落指在地下煤炭开采中过程中上部矿岩层自然塌落的现象，产生的原因是煤炭开采后导致原先平衡的岩层压力遭到破坏。冒顶指矿井采掘时巷道上方的岩石坍塌产生的事故，是煤炭开采时采掘工作面经常发生的事故。常见的顶板事故分为三大类:一是在岩石裂缝多、顶板破碎的地段，支护不完善时就会发生局部冒顶;二是在地质条件变化的区域也可能发生冒顶;三是忽视支架规格质量，尽管顶板比较稳定，但违反操作规程，也会引起局部冒顶。随着采煤工作面不断向前推进，井下控顶面积会不断增大，在厚度不大的顶板岩石逐渐塌落后，大面积悬露出坚硬的老顶，其顶板岩层会自然形成一个压力拱，导致煤壁受压产生一系列变化，导致井下工作面的压力集中。如果支架对顶板的总支撑力不能支撑住顶板稳定下沉时，就会出现大冒顶。产生事故的原因主要有三方面:一是制度不完善、执行不严和违章操作，对含有隐患性的危岩没有必要的支护措施;二是支架安装不合理，支架工作阻力偏低、支撑支护安装密度不足、棚腿架设基础不牢、棚架整体性及稳定性差等等，造成顶板推垮支架导致冒顶;三是缺乏足够的支护设备。在我国的煤炭开采中，除了极少部分是露天煤矿开采之外，绝大部分都是地下开采，煤炭开采之后就会产生地下空间，如果没有采取合理有效的围岩控制或者支护措施，这些空间就会出现顶板塌落灾害，造成井下严重的生产事故。
(四)煤矸石导致滑坡灾害
滑坡是陡坡上的岩体或土体沿着惯通的剪切破坏面所发生的滑移地质现象。产生机制是在某一滑移面上，当剪切应力超过该滑坡面的抗剪强度。滑坡会给人民生命财产和工农业生产造成巨大损失，情况严重时还会产生毁灭性的灾难。煤炭开采过程会产生大量的煤矸石，这些煤矸石堆积在矿井附件地表，会占用大量土地空间，破坏周围的生态，进而造成矿区地表蓄水能力下降，雨季时容易发生滑坡、泥石流等自然灾害。
二、煤矿地质灾害特性分析
(一)灾害的群发性及继发性
地下煤炭开采必然会打破原来稳定的地质构造，破坏周围岩石的稳定性，使原来稳定的岩石内应力发生变化。随着井下开采的不断加深和加大，这种破坏的范围会不断扩大，造成大范围、连续的地质构造破坏，这就是群发性。显然群发性是煤矿地质灾害的明显特点。在地下煤炭的开采过程中，继发性是煤矿地质灾害的又一个特性，使地质灾害在不同地点和不同时间反复出现，对周边的环境产生严重的影响。
(二) 灾害的不可避免性
虽然煤炭开采技术和安全措施不断提升，抗灾能力得到加强，但从总体来看，想控制煤矿地质灾害完全不发生是不可能的。经大量研究表明，煤矿地质灾难的发生需要一定的条件，因此在井下生产时要根据各种灾害的特征制订具体措施，提前做好各种煤矿地质灾害的防御工作，减少煤矿地质灾害对生命安全、生产生活的影响。
(三) 地质灾害后果严重
煤矿地质灾害一旦发生，强度一般都会比较大，后果比较严重，且煤矿地质灾害发生后很难控制，如煤气爆炸、水害事故、顶板垮落、滑坡等等，这些地质灾害一旦发生，很大一部分情况会对矿井相关工作人员的生命安全造成威胁，出现人员伤亡。同时会对煤矿生产设施产生严重的破坏，造成设施维修困难，维修的周期长且难度大，灾害后果严重。
三、煤矿地质灾害防治措施
(一)科学规划，防治私挖乱采
造成煤矿地质灾害发生的根本原因是不科学规划、不合理开采等。为了避免私挖乱采等不合理开采现象的发生，首先，要制订严格有效的监管制度和措施，规范地下煤矿开采，严格排查私挖乱采现象，定期进行安全问题的严格巡查，对私挖乱采现象进行及时整治;其次，要想安全进行煤矿开采，必须要全面深入地了解矿井的地质构造，必须安排专业技术人员对开采区域的地质构造进行全面分析。分析内容包括该矿井开采的安全性及周围的地质环境，根据实际情况预估可能产生的各种地质灾害，评价各种地质灾害可能产生的后果，制订有效的对策。
(二)强化井下通风管理
在井下生产环节，通风工作是安全工作中最重要的。只有保证通风系统运行正常，才能保证井下煤气浓度在正常范围，才能避免因为煤气浓度超标导致爆炸事故。工作人员需要定期对矿井的通风系统进行维修维护，对矿井通风情况进行随时监控，以保证井下通风系统的正常运行。
(三) 加大井下顶板安全管理力度
在井下采掘工作面施工前要进行充分的准备工作，首先，技术人员要充分分析巷道掘进区域可能存在的危险地质构造，并详细掌握顶板岩性的实际情况，尤其在顶板岩石的岩性发生变化的区域，在岩性弱的一侧要采取加强支护措施。同时，在施工过程当中，要及时监测围岩的变形等情况，保证井下顶板安全管理。因此，井下采掘工作面在经过岩性变化、应力变化、地质构造区、煤岩顶破碎区等不利区域时，要及时检测井下顶板岩性情况，依据井下顶板岩性情况采取合适的支护措施。
(四) 强化井下地下水疏导管理
煤矿开采之前，第一，要采用相关勘探手段进行勘探，掌握工作区域地下水的实际情况，包括分布区域、水量大小、涌水通道、充水水源等等，只有掌握这些地下水文地质资料，才能为后期开采设计提供足够详细的数据支持;第二，井下施工过程中要采用超前钻探技术手段，对开采之前地下水的实际情况进行验证，各个环节的技术要求必须符合设计要求，从而提高煤矿防治水工作效率;第三，矿井排水设施的及时检修和有效维护在提高煤矿防治水工作过程中具有举足轻重的作用，因此每年雨季前必须对矿井排水设施进行及时有效的检修维护，强化井下地下水疏导管理。
参考文献详见牡丹江大学学报官网

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