淺析南漳縣東鞏鎮(zhèn)煤礦礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境與安全

胡良躍，沈 斐，劉 剛

(湖北國土資源安全衛(wèi)生科學研究院，湖北武漢 430072)

0 引言

安全管理理論認為，事故的根本原因是物的不安全狀態(tài)和人的不安全行為。眾所周知，煤礦井下大多有發(fā)生諸如頂板坍塌、瓦斯與煤塵爆炸、透水淹井、煤自燃發(fā)火等災(zāi)害的可能性，發(fā)生事故的原因不外乎是人為因素和環(huán)境因素(即可能引發(fā)事故的地質(zhì)因素)。

事故統(tǒng)計表明:煤礦發(fā)生的事故有60% ～70%與地質(zhì)因素有關(guān)，當屬地質(zhì)災(zāi)害。因此，消除物的不安全狀態(tài)(即地質(zhì)因素)，實現(xiàn)本質(zhì)安全化，是煤礦事故預(yù)防的重點。在煤礦事故中，局部冒頂、瓦斯窒息、水害事故約占總事故的95%以上。造成這些事故發(fā)生的地質(zhì)因素有:①巖石的性質(zhì)、強度、含水性、透水性等;②地質(zhì)構(gòu)造，包括褶皺、斷層、裂隙、火成巖侵入接觸帶;③瓦斯的含量、涌出量、涌出規(guī)律、瓦斯梯度等;④礦井的充水水源、通道，小窯、老空區(qū)的分布及積水、聚氣情況等;⑤煤層的自燃傾向。認真研究這些地質(zhì)因素，找出規(guī)律，制定有效的防治措施，對指導(dǎo)煤礦安全生產(chǎn)具有十分重要的意義［1］。

湖北省南漳縣東鞏鎮(zhèn)煤礦礦區(qū)處于荊山山脈北麓余脈，山脈呈東西走向。礦區(qū)西段地形切割強烈，溝谷顯著，坡度一般30°～40°，地貌形態(tài)復(fù)雜。區(qū)內(nèi)南面礦層露頭最大標高730 m;礦區(qū)北面相對高差535 m，屬中低山區(qū)。煤層厚度1.3～0.4 m之間，多為年產(chǎn)量＜5萬t的小型煤礦。

本區(qū)屬亞熱帶溫暖濕潤氣候。據(jù)南漳縣氣象站1952—1987年資料，7、8、9月的氣溫最高，7月份平均氣溫28℃左右，最高超過39.9℃;11、12月氣溫最低，1月平均氣溫2°～3°，最低氣溫－17.4℃。年降雨量最大為1 323.6 mm(1964 年)，最小 587.8 mm(1957年)，一般為909 mm。一年中5—8月為雨季，降水量占全年的36.46% ～80.59%。一般11月開始降雪，可以成短期冰凍。區(qū)內(nèi)河流較少，僅西北緣有一條老鴉溝，其最大流量為 3 312.35 L/s，最小流量 9.5 L/s，由西向東流入小漳河［2］。

1 煤礦地質(zhì)環(huán)境與生產(chǎn)安全事故

該煤礦礦區(qū)開采屬地下作業(yè)，由于其生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)雜，環(huán)節(jié)眾多，地質(zhì)條件頻繁變化的采掘工作面的推進及隨時移動，給井下生產(chǎn)帶來了一個個未知而又不安全因素，特別是頂板、瓦斯、水、火、煤塵等五大自然災(zāi)害時刻威脅職工的生命安全。雖然“安全第一、預(yù)防為主”的方針作為煤礦安全生產(chǎn)永恒的主題，但是傷亡事故仍時有發(fā)生。究其原因雖有多種，但特殊的自然地質(zhì)環(huán)境和惡劣的地質(zhì)條件往往是孕育慘痛事故的溫床。

1.1 礦井安全與地質(zhì)構(gòu)造

該煤礦礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造:地質(zhì)構(gòu)造常出現(xiàn)巖層滑移，圍巖破碎等特征，因而地質(zhì)構(gòu)造帶往往是發(fā)生頂板、透水、瓦斯事故的地段。

(1)褶曲構(gòu)造 在褶曲構(gòu)造形成過程中，由于巖體受構(gòu)造應(yīng)力作用，巖體中物理力學強度各異的工程地質(zhì)層會產(chǎn)生一系列不同規(guī)模的斷層、裂隙、節(jié)理或?qū)娱g滑動。在褶曲軸部，硬質(zhì)巖節(jié)理、裂隙、小斷裂等硬性結(jié)構(gòu)面發(fā)育而呈碎裂結(jié)構(gòu);軟質(zhì)巖(如煤層、泥層)常出現(xiàn)層間滑動;軟、硬巖層接觸部位常產(chǎn)生次級壓扭性斷層。這些部位在回采中不易支護，易發(fā)生片幫、冒頂事故。此外，由于軟弱層的層間滑動，褶曲軸部的煤層厚度變化較大，小眼掘進時易發(fā)生煤層跨落堵人事故。

(2)斷層 斷層廣泛發(fā)育于不同構(gòu)造環(huán)境中類型很多，斷層活動總會在產(chǎn)出地段的有關(guān)地層、構(gòu)造、煤層反應(yīng)出來。在礦井生產(chǎn)過程中，常遇到許多不同性質(zhì)的斷層，其破碎帶大小不一，對圍巖破壞程度也不同。壓扭性斷層兩旁通常有牽引、揉皺、擠壓等現(xiàn)象，導(dǎo)致煤層突增或壓薄，煤層突增處易產(chǎn)生煤層偏冒、跨落堵人事故;還有一些力學性不明的小斷層和頂斷底不斷、底斷頂不斷的小斷層，以及小斷層與小斷層之間滑動構(gòu)造部位，也易出現(xiàn)偏冒跨落事故。這是由于受到斷裂構(gòu)造應(yīng)力作用的巖體易脫落，且脫落面積較大，偏冒跨落前沒有預(yù)兆，采空后頂板來壓較快，故斷層帶及其附近是產(chǎn)生頂板事故的多發(fā)地段。因此，工作面斷層過壓時，正確推斷斷層的性質(zhì)、斷距，及時留設(shè)斷層煤柱，是防止透水及瓦斯事故的關(guān)鍵。

(3)從瓦斯賦存與構(gòu)造關(guān)系規(guī)律看，褶曲軸部往往是瓦斯富集帶，為此正確預(yù)測褶曲軸部位置對防止瓦斯突出而引起的事故也是至關(guān)重要的。

1.2 冒頂事故與頂板軟弱工程地質(zhì)層

據(jù)統(tǒng)計，冒頂事故是煤礦的第一大類事故。因此，開展地質(zhì)環(huán)境的研究，制定科學的頂板管理辦法和冒頂事故的預(yù)防措施是煤礦安全管理的重點。

(1)冒頂事故的地質(zhì)因素分析 據(jù)統(tǒng)計，煤礦易發(fā)生局部冒頂事故的主要地點有:頂板破碎、層理發(fā)育易脫層及偽頂發(fā)育的回采工作面和煤巷;煤層厚度變厚點、急傾斜煤層和煤質(zhì)松軟的回采工作面和切眼;見煤點和過斷層破碎帶的掘進工作面;采空區(qū)附近等。縱觀這些冒頂事故發(fā)生的地點，都與地質(zhì)因素有關(guān)。

根據(jù)原湖北省第八地質(zhì)大隊以往的地質(zhì)勘查資料，南漳縣東鞏鎮(zhèn)主要含煤地層屬二疊系下統(tǒng)巖組，由細砂巖、粉砂巖、泥巖和煤組成，其中粉砂巖、泥巖、煤層是二疊系下統(tǒng)中的主要軟弱工程地質(zhì)層，粉砂巖巖塊抗壓強度為67.5 MPa、抗剪強度僅12 MPa，而泥巖和煤層的力學強度則更低。主采煤層的頂板多為泥巖，少數(shù)粉砂巖。偽頂發(fā)育且不規(guī)則，巖性為泥巖或炭質(zhì)泥巖，呈鍋底狀、透鏡狀等不規(guī)則狀，大小不一，其完整性和穩(wěn)定性差。直接頂多為泥巖、粉砂巖互層，層理發(fā)育，強度低，受后期構(gòu)造影響，裂隙發(fā)育，采動后易形成“人字劈”等。許多案例證明，若不及時支護或支護質(zhì)量低劣，往往造成冒落傷人事故。煤系形成之后，受燕山期構(gòu)造運動改造，褶皺、斷層、裂隙異常發(fā)育。褶曲的軸部、斷層破碎帶等部位巖石破碎易發(fā)生冒頂事故。

(2)冒頂事故的防治措施 在加強地質(zhì)因素研究的基礎(chǔ)上，認真編制“三書”(采區(qū)地質(zhì)說明書、回采工作面地質(zhì)說明書、掘進工作面地質(zhì)說明書)。詳細闡述頂板的巖性——強度、完整性、層理、裂隙發(fā)育程度、發(fā)育方向;預(yù)測煤層厚度、傾角的變化、構(gòu)造情況、采空區(qū)的分布范圍等;建議生產(chǎn)部門選擇何種支護方式;加強現(xiàn)場管理，堅持“敲幫問頂”制度，發(fā)現(xiàn)預(yù)兆，及時整改，即可有效地預(yù)防冒頂事故的發(fā)生。

1.3 水害事故與水文地質(zhì)

據(jù)統(tǒng)計，發(fā)生透水事故是煤礦的又一大類事故，因此，開展水文地質(zhì)研究對煤礦安全生產(chǎn)也是非常必要的。

(1)水害事故的地質(zhì)因素分析 統(tǒng)計資料表明:煤礦造成水害事故的主要原因有掘進巷道和回采工作面采通小窯、老空區(qū)，遇導(dǎo)水斷層或封閉不良的鉆孔突水，雨季的淹井等。煤礦發(fā)生透水事故造成人員傷亡的絕大多數(shù)是小窯和老空區(qū)積水所致。由于井田內(nèi)淺部小煤窯的非法超層越界侵入，溝通地表，致使大氣降水、地表水沿通道進入，聚積在采空區(qū)。若不注意水文地質(zhì)調(diào)查，弄不清楚采空區(qū)的分布范圍、積水量及充水通道，使“探放水”無的放矢，極易導(dǎo)致工作面掘(或采)通老空水，釀成透水事故。

煤系地層本身屬弱含水巖系，底部泥巖起著隔離灰?guī)r的作用，含水層突水可能性較小。但若受斷裂構(gòu)造影響，導(dǎo)水斷層可能與灰?guī)r接口或溝通，就可能導(dǎo)致突水。早期鉆孔封孔質(zhì)量不好，積水多，采通鉆孔亦可能發(fā)生透水事故。

該煤礦礦區(qū)地處亞熱帶，溫濕多雨，年降雨量在1 000 mm以上，且多集中于4—8月份，占年降雨量的66.8%。雨季期間，若不嚴加防范，也可能造成淹井事故。因此，雨季“三防”不容忽視(三防:防洪水、防暴雨、防塌陷)。

(2)水害事故的防治措施 雖然該礦區(qū)水害事故的發(fā)生率較低，但一旦發(fā)生所造成的經(jīng)濟損失卻是巨大的，應(yīng)廣泛開展水文地質(zhì)調(diào)查，對礦區(qū)范圍內(nèi)巖層的含水性、各種構(gòu)造的水文地質(zhì)特征、小煤窯采空區(qū)的分布范圍、積水情況、各鉆孔質(zhì)量、當?shù)氐哪杲涤炅康惹闆r進行綜合分析，查明充水水源的通道，編制水文地質(zhì)圖，指導(dǎo)防治水，使深放水工作有的放矢，才能避免水害事故的發(fā)生，促進安全生產(chǎn)。

2 井下地質(zhì)環(huán)境安全措施

多年來，人們在調(diào)查、分析和處理事故過程中常常側(cè)重于主觀因素，重視追究事故責任者的責任，而往往淡漠了事故產(chǎn)生的客觀地質(zhì)環(huán)境因素，沒有很好地總結(jié)每起事故發(fā)生與其地質(zhì)條件的內(nèi)在必然聯(lián)系的規(guī)律，并從中吸取經(jīng)驗教訓，因而現(xiàn)實中我們常常發(fā)現(xiàn)同樣性質(zhì)的事故屢防屢犯，防而不止，杜而不絕的被動局面。綜上所述，作者就湖北省南漳縣東鞏鎮(zhèn)的小型煤礦地質(zhì)環(huán)境因素與礦井安全存在的矛盾，提出如下解決辦法和防范措施。

2.1 加強頂板管理

(1)采掘工作面在開工之前，要以新《煤礦安全規(guī)程》為指導(dǎo)思想，制定嚴格、詳細的作業(yè)規(guī)程，規(guī)程中要針對工作面的具體的地質(zhì)條件，制定詳細的采面地質(zhì)說明書與完善的頂板管理措施，特別是對工作面支護質(zhì)量、規(guī)格要作嚴格細致的規(guī)定，并且要隨著工作面的不斷推進和地質(zhì)條件的不斷變化而作出相應(yīng)的補充和完善，并做到培訓到位，貫徹到個人。作業(yè)規(guī)程須經(jīng)有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)審批并在有關(guān)人員(包括安全監(jiān)管員、技術(shù)員)中進行全面貫徹之后方可開工，無作業(yè)規(guī)程或不完善以及沒有全面貫徹堅決不許開工。

(2)采掘工作面首先要嚴格按照新《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定施工作業(yè)，嚴禁違章作業(yè)，堅持“三不生產(chǎn)原則”強化現(xiàn)場管理。其次，工作面的支護質(zhì)量規(guī)格和方式要嚴格按照規(guī)程要求進行，不合格的堅決令其停產(chǎn)整改，遇到地質(zhì)條件特殊地段如斷層、褶曲、擠壓帶和頂板特別破碎地點要采取特殊和穩(wěn)妥的支護方式。其三，采面要堅持按規(guī)程要求及時回柱放頂，無及時回柱放頂?shù)牟粶首鳂I(yè)。其四，小眼開口時:開口前應(yīng)先險查開口處前后5.0 m內(nèi)運巷棚架的完好情況以及頂板與開口邦的情況，凡有支架腐朽或折斷應(yīng)先修復(fù)加固，開口處必須再架設(shè)抬棚支控，開口后應(yīng)及時鎖口支護;剛開口應(yīng)采取少裝藥、放小炮的措施，以避免造成對開口處圍巖的震動破壞;對圍巖比較完整、煤層厚度＜1.2 m、不需要架棚支護的小井，開口3.0 m內(nèi)寬度可以達到2.0 m，以便于行人，小井口應(yīng)設(shè)置扶梯。

(3)根據(jù)煤巖性特征，合理布置炮眼，控制裝藥量，避免由于放炮引起冒頂事故。

(4)切實落實采掘工作面的敲幫問頂工作，架棚巷道堅持使用超前支護，嚴禁空頂作業(yè)，消除頂板事故［3］。

2.2 加強瓦斯管理，深入開展瓦斯地質(zhì)的預(yù)測預(yù)報工作

(1)地質(zhì)人員要及時準確做好斷層、褶曲等瓦斯富集地段的地質(zhì)構(gòu)造具體情況的預(yù)測預(yù)報工作，以便為開采過程及時留設(shè)斷層煤柱或及時做好瓦斯管理工作提供可靠依據(jù)。

(2)加強采掘工作面的瓦斯管理，切實落實瓦斯檢測制度，在過斷層、褶曲等瓦斯富集地段，應(yīng)適當增加瓦斯檢測次數(shù)或加大供風量沖淡瓦斯。

(3)做好局部通風工作，保證工作面有足夠的風量沖淡瓦斯?jié)舛?。采掘作業(yè)點要堅持“一炮三檢”制度。對臨時停工停風地點，沒有避風的獨頭巷道、小眼、采空區(qū)應(yīng)及時設(shè)置柵欄，并掛上警標，以防氣體事故。

(4)采取合理的開采順序，加強采面管理，防止因采面管理不善而導(dǎo)致瓦斯異常涌出。

2.3 加強水害的治理工作

由于礦井在開拓、掘進、回采過程中，不斷改變原始水文地質(zhì)條件，從而導(dǎo)致水害發(fā)生，危及礦井安全的水害有:

(1)加強對周邊小煤窯的整治，對非法超層越界開采而危及礦井安全生產(chǎn)的小煤窯，堅決給予封閉，并追究法律責任。

(2)加強小煤窯的調(diào)查力度，經(jīng)常組織地質(zhì)、生產(chǎn)、安監(jiān)等部門有關(guān)人員深入周邊小煤窯，對小煤窯開采現(xiàn)狀、老窯及老空區(qū)進行全面徹底調(diào)查，并密切注意周邊小煤窯生產(chǎn)動態(tài)，超前做好井下透水隱患的預(yù)測預(yù)報工作，及時治理塌陷區(qū)和護巷煤柱被破地段。

(3)加強采掘工作面的探放水工作，堅持“有疑必探，先探后掘”的原則，把透水隱患消滅在萌芽狀態(tài)。

3 結(jié)論

本文通過分析南漳縣東鞏鎮(zhèn)煤礦礦井安全與地質(zhì)環(huán)境因素的關(guān)系，從而總結(jié)規(guī)律，找到一種“科學預(yù)測，超前監(jiān)控，事先防范”的事故預(yù)防途徑，以期在實踐中正確指導(dǎo)礦井安全生產(chǎn)。

［1］覃家海.地質(zhì)勘探安全規(guī)程讀本［M］.北京:地質(zhì)出版社，2005:33－46.

［2］襄樊360地質(zhì)礦山資源勘查有限公司.南漳縣東鞏鎮(zhèn)煤礦資源儲量檢測報告［R］.襄樊:360地質(zhì)礦山資源勘查有限公司，2006.

［3］國家煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局.煤礦安全規(guī)程［S］.北京:煤炭出版社，2005:16－19.