淺談煤礦地質災害類型及形成原因

劉向陽

摘要：地面的災害主要有地面沉降、崩場等。發(fā)生在井下的災害主要有瓦斯突出、煤層自然、冒頂?shù)?。本文就對煤礦各種災害形成原因進行了簡單的評述，確定煤礦區(qū)各種地質災害并不是相互獨立的。

關鍵詞：煤礦? 瓦斯突出? 井下災害? 形成原因

1煤礦地質災害

我國對礦產(chǎn)能源的需求量日益增大，但由于不合理開采現(xiàn)象，導致了礦山地質災害頻發(fā)，地質環(huán)境也遭到了破壞，影響了行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。過多的采掘工作，致使巖土體變形，礦區(qū)地質條件同自然環(huán)境發(fā)生了改變，形成了地質災害。發(fā)生在地面的災害主要有地面場陷、崩場、泥石流等。發(fā)生在井下的災害主要有地下突水、瓦斯突出、煤層自然與煤塵爆炸、冒頂?shù)取?/p>

2.地面地質災害形成原因

煤礦進行的采掘活動會致使地下呈現(xiàn)出內空的現(xiàn)象，挖空的山體內部在短時間內無法得到及時的空間補充，導致整個采空區(qū)缺少有效支撐，這樣隨著地層變化和地殼的運動，再加上其他外界因素的影響，山體就極易發(fā)生大面積的跨塌。其主要的地質災害有：

（1）地表沉降與開裂：地下煤炭的開采造成地下形成大面積的“空洞”，煤層上部的巖層由于應力發(fā)生變化而發(fā)生變形，在地表反映為凹陷，形成地表沉降。地表沉降與煤層開采的深度、開采范圍、煤層厚度等因素密切相關。通常具有滯后性，且變形范圍比開采范圍大。同時還會衍生其他災害，引起地表建筑物的傾斜、變形、地表開裂等。

（2）滑坡和崩塌：在煤礦開發(fā)建設的過程中，不合理的人類工程活動，即削坡、堆矸和開采等破壞了礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境和山坡體的原始平衡，是產(chǎn)生滑坡、崩塌災害的重要誘導因素。

（3）采空區(qū)塌陷：在煤礦生產(chǎn)過程中由于采空區(qū)不及時回填或者回填不合理，從而引起的塌陷。對于采空區(qū)的處理方法大多采用全部垮落法，往往會導致采空區(qū)發(fā)生塌陷，從而導致地表出現(xiàn)塌陷區(qū)。

（4）泥石流：產(chǎn)生泥石流一般原因是山體直接暴露在外面，處于一種“裸露”狀態(tài)下的礦山極易堆積大量的松土，一旦出現(xiàn)強降雨天氣或連續(xù)降雨天氣，雨水將會沖散堆積在一起的松土，沖散的泥土會摻雜在“裸露”的礦山地表徑流里，順著山體斜坡滑動起來，從而形成泥石流。

3井下地質災害形成原因

（1）礦井突水

礦井突水量超過該礦最大的排水量將會導致部分采區(qū)或是整個礦井淹沒。水源一般來自大氣降水、地表積水、地下含水層、采空區(qū)積水等。礦區(qū)地質條件復雜，地下水源補償豐富，開采水平的不斷延深和開采范圍的不斷擴大，水壓逐漸升高，突水威脅愈加嚴重。

（2）瓦斯突出與瓦斯爆炸

煤與瓦斯突出就是指在地應力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤巖和瓦斯由煤體或巖體內突然向采掘空間拋出的異常的動力現(xiàn)象。

瓦斯爆炸是由瓦斯和空氣混合后，在一定條件下，高溫熱源發(fā)生的劇烈的氧化反應，并伴有高溫及壓力（壓強）上升的現(xiàn)象。一般認為瓦斯含量達到5%-16%之間，遇到高溫火源就可能引起爆炸。

（3）巖爆

頂?shù)装鍑鷰r，在受到強大的地殼應力作用而被強烈壓縮，因采掘挖空出現(xiàn)自由面，會產(chǎn)生巖石地應力的驟然釋放，導致巖石大量破裂成碎塊，并向礦井內大量飛落、噴射、爆散的現(xiàn)象。究其根本原因是巖體的地殼應力的減小，形成自由面，與礦井工作面的深度有直接關系，地殼的壓力隨著深度的增加而增大，巖爆的可能性就更大。

（4）冒頂

原本處于平衡狀態(tài)的礦山壓力遭到了人為的破壞，致使礦山的上部分巖層出現(xiàn)自然坍塌的現(xiàn)象。誘發(fā)冒頂?shù)脑蚴堑V山壓力的活動。礦山壓力不再處于平衡狀態(tài)，便會調整活動，礦山的頂板也會隨之出現(xiàn)變形現(xiàn)象，進而出現(xiàn)離層現(xiàn)象，一旦頂板的受壓不斷增加、巖石不斷變形，致使頂板出現(xiàn)斷裂或坍塌。失去有效的支護和老頂下沉迫使直接頂破壞支護系統(tǒng)發(fā)生的局部冒落。堅硬直接頂或老頂運動時，垂直于頂板方向的作用力，壓斷或壓彎工作阻力不夠、可縮量不足的支架，或使支柱壓入抗壓強度低的底板，造成大面積切頂垮面事故。

（5）煤層自燃

破碎的煤炭及采空區(qū)中的遺煤接觸空氣后，氧化生熱，當熱量積聚集”煤溫升高，超過臨界溫度時，最終導致煤的自燃。主要影響因素有：

①煤層厚度和傾角：開采厚煤層或急斜煤層時，煤炭回收率低，采區(qū)煤柱易遭破壞，采空區(qū)不易封閉嚴密和漏風較大，煤層越厚，越易積聚熱量。

②煤層埋藏深度及地質構造：煤層埋藏深度增加，地壓和煤體的原始溫度增加，煤內自然水分少，會使煤的自燃危險性增加。開采深度不大時，容易形成與地表溝通的裂隙，造成采空區(qū)內的較大風，也容易在采空區(qū)中形成浮煤自燃。褶皺、斷層破碎帶的區(qū)域的煤層比較松碎，有大量裂隙，從而增加煤的氧化活性和供養(yǎng)通道與氧化表面積。

③圍巖性質：頂板巖層堅硬且裂隙發(fā)育，冒落后塊度較大，采空區(qū)漏風大，供氧條件好，或底板也較堅硬，護巷煤柱所受地壓大，易破碎，則有利于自燃：如果底板松軟而可塑性強、頂板穩(wěn)定，則煤柱不易壓碎，白燃危險性就比較小。

④煤的瓦斯含量：煤中的瓦斯干擾了煤氧吸附，降低了煤的吸氧量。但瓦斯逸出后，煤的孔隙增加，就構成煤炭氧化較為強烈的條件。煤中的瓦斯含量大于5m3/t時，煤炭自燃就難以發(fā)生。

4.結語

煤礦有地面災害和井下災害兩種類型，其中地面的災害類型的形成原因與地表沉降與煤層開采的深度、開采范圍、煤層厚度等因素密切相關，采空區(qū)不及時回填或者回填不合理會導致地表出現(xiàn)塌陷區(qū)，不合理的人類工程活動，破壞了礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境和山坡體的原始平衡，產(chǎn)生煤礦滑坡和崩塌，井下災害類型有礦井突水、煤層自然、瓦斯突出等，這些災害時刻影響煤礦的生產(chǎn)安全，一旦發(fā)生都會為生產(chǎn)單位帶來不可逆轉的損失，同時這些災害也會導致地面上的地質災害發(fā)生，由此可見各種地質災害并不是相互獨立的。這就要求煤礦一定要加強地質工作、水文地質工作、瓦斯監(jiān)測工作以及資料收集與保存，為煤礦的生產(chǎn)提供質安全可靠的指導依據(jù)。

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