煤矿地质灾害特征分析及预测措施研究

(石嘴山市旭亿测绘公司，宁夏 石嘴山 753000)

0 引言

随着开采技术的不断发展，相应的开采深度也不断增加，从而对矿井的发展带来了挑战，对于矿井而言，需要应对更加复杂的地质条件的考验，诸如高地温、高瓦斯、高地压等等。与此同时动力灾害随之产生，比如冲击地压、煤与瓦斯突出、巷道围岩变形等等。

1 矿井地质灾害特征

1.1 冲击地压特征

冲击地压主要是指在开采过程中由于脆性煤岩体出现变形的瞬间释放引发的强烈围岩震动的现象。当进行深度开采时，通常在垂直位置具有较大的应力，因此在巷道以及相应的工作面形成应力集中，最终使得巷道围岩出现了塑性变形，并且裂纹逐渐增加，从而严重削弱了巷道的稳定性。冲击地压灾害通常对于积聚的高能量瞬间释放的现象而言，主要表现为以下几点：突发性，复杂性，破坏性。

1.2 煤与瓦斯突出的特征

煤与瓦斯突出主要是指在实施开采时，工作面前方煤体携带大量瓦斯向着作业空间突然流动的现象。这时煤层不断积累能量，使得煤层出现裂纹以及裂纹位置承压能力降低，最终瓦斯变成游离状态。通常煤与瓦斯突出灾害不仅表现出缓冲性，而且还有瞬发性。所谓突发性是指瓦斯积累的瞬间性。瞬发性是指瓦斯爆发过程比较短，瞬间释放能量，从而造成围岩喷出，导致损坏机器以及人员的伤亡等。

1.3 矿井突水的特征

通过对煤矿突水事故进行调查发现，进入矿井或者采空区的水主要是由于巷道底板高压水通过导水裂隙所致，其事故率可以达到85%。煤矿压力主要来源于底板承压水，主要是由于该煤层处于奥陶系灰岩的地质，其具有如下特点：富水性强以及水压高隔水层薄等，由此给该煤层带来较多的矿井发生突水事故。底板承受水压随着矿层的增加而不断加大，与此同时导水裂隙以及断层更加增加了矿井发生突水事故。为了体现安全施工的理念，因此在施工的过程中，必须秉持 “有疑必探，先探后掘”的原则，对于每一个区域都要时刻注意超前防治水，这样才可以有效地防止矿井发生突水灾害，不仅可以有效地保障一线员工的生命安全，减少不必要的经济损失，而且可以极大地提高生产效率。

1.4 顶板灾害的特征

顶板灾害主要是指在实施回采的过程中，导致三向应力平衡失调，而顶板岩层受到来自于自身重应力的影响，致使顶板出现裂纹以及离层。假如达到顶板岩层所能承受的应力极限，那么往往会出现顶板灾害，为此需要对顶板采取支撑保护的措施。通过对矿井进行顶板支护措施进行调查发现，当前主要采用如下方法：锚杆、锚网、金属网等。

2 矿井地质灾害预测方法

2.1 冲击地压预测方法

通常冲击地压危险性预测主要针对特定的煤层预测冲击地压发生可能性的大小。主要有如下2种方法：①钻屑法。②地音监测以及相应的微震监测等为主的地球物理监测法。前者借助对煤层钻孔时，排出来的煤粉量为标准进行冲击危险性的判断，后者主要借助检测设备收集的信号分析，进而对冲击危险性进行分析。通过分析冲击矿井钻屑监测数据，得到了工作面钻屑法预测冲击地压危险性指标，如表1所示。

表1 钻屑法预测冲击地压指标

2.2 煤与瓦斯突出预测方法

在应对矿井煤以及瓦斯突出问题，主要有如下2种：①矿山统计法，主要是依据数理统计为基础进行分析。②分源预测法，其主要是以煤层瓦斯含量参数为研究对象，最终进行事故预测。对于矿山统计法，其属于传统的预测方式，因此具有较大的限制性，紧紧局限于具有类似的地质矿井才可以实施。当前使用较多的是分源预测法，其可以有效地对工作面瓦斯涌出量实现合理的预测，其原理图如图1所示。

图1 矿井瓦斯涌出关系示意图

通过分析图1可以发现，矿井瓦斯主要来源于如下3个环节：①生产采区掘进。②已采空区。③回采工作面。对于生产采区瓦斯的治理而言主要实施如下2种方式：高位钻孔抽放、尾巷抽采。对于采空区瓦斯的治理主要借助埋管方式。

2.3 矿井突水预测方法

实践表明对于矿井突水事故而言，通常可以实施物探技术以及地质雷达探测技术，这样可以有效地检测出富水异常区，与此同时借助钻孔技术实施验证，这样才可以有效地保证检测的准确性。在实施钻孔技术实施验证的过程中，钻孔数量需要依据异常区的位置以及对应的巷道掘进方向为基准。通常孔数量大于2个，孔距大于30 m，倾角范围-10°～20°。钻孔布置最重要的参数为钻孔超探距离，其计算公式公式为：

式中：k表示矿井的安全系数；1表示巷道的宽度，单位m；P表示巷道底板所承受水压，单位MPa； Kp表示煤的抗拉强度，单位MPa。

在进行区域超前防治水时，核心的技术是井下钻孔注浆加固技术，通常可以在巷道底板钻孔进而实现疏水降压，与此同时可以进行注浆加固。对于巷道出现断层等情况，主要由于底板破碎等现象导致导水裂隙带出水，因此需要对其注浆加固，这样可以有效地保障工作面不出现涌水。

2.4 顶板灾害的预测方法

顶板灾害主要有如下几种：冒顶、切顶，其对人员构成极大危害。实践表明要想有效地避免顶板灾害，需要采用如下几种措施：增设支架载荷监测、顶底板移近量监测、采高监测、前方支承压力监测。这样能够及时发现不利因素，从而能够及时采取预防措施，极大地降低风险。

3 结语

本文首先对矿井顶板灾害、突水灾害、煤与瓦斯突出灾害、冲击地压灾害表现出的特点进行分析，接着对常见灾害提出了预测方法。最终，制定了预防矿井危害的措施，从而有效地保证了矿井的安全。