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煤矿地质与煤矿安全分析

摘要:煤矿地质学是地质学的分支,是专门研究煤、煤层和含煤岩系的地质特征及成因、分布规律的科学。煤矿安全是研究煤矿安全生产的学科,内容包括煤矿五大自然灾害防治。文章对煤矿地质与煤矿安全进行了探讨。

关键词:煤矿地质学;煤矿安全;矿物;岩石;地质构造;含煤岩系

文献标识码:A中图分类号:TD17 文章编号:1009-2374(2016)11-0145-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.11.071

煤矿地质学是地质学的一个分支,是专门研究煤、煤层和含煤岩系的地质特征及成因、分布规律的科学,主要内容有矿物与岩石、地质构造、煤的形成和含煤岩系、煤田水文地质。煤矿安全是研究煤矿安全生产的一门学科,内容包括煤矿五大自然灾害防治:矿井瓦斯防治、矿尘防治、矿井火灭防治、矿井水防治、矿井顶板灾害防治等理论知识。下文重点论述煤矿地质对矿井瓦斯、矿井水、顶板管理的影响。

1影响瓦斯含量的地质因素

影响瓦斯含量的地质因素有:(1)煤的变质程度,褐煤没有产生大量的瓦斯,也不利于保存,瓦斯含量少;长烟煤吸附能力低,最大吸附量为20~30m2/t;无烟煤吸附能力最强,最大吸附量达50~60m2/t。(2)围岩和煤层的渗透性好,瓦斯溢出,瓦斯含量低;反之,瓦斯含量高。(3)地质构造,断裂构造,张性断裂有利于瓦斯的排放,压性断裂不利于瓦斯的排放。褶皱构造,顶板为致密并未暴露地表时,瓦斯含量背斜顶部增大,向斜槽部瓦斯含量减小。顶板为脆性岩石且裂隙较多时,瓦斯含量背斜顶部减小,向斜槽部增大。(4)地下水活动,地下水的流动有利于瓦斯的扩散,水大瓦斯小,水小瓦斯大。煤(岩层)表面吸附水分子,减少对瓦斯的吸附。水分子占据了煤(岩层)的孔隙。(5)煤田暴露程度,煤系地层出露地表的程度越高,越利于瓦斯扩散。(6)煤层埋藏深度,瓦斯风化带以下瓦斯含量、涌出量和瓦斯压力随深度增加。影响煤与瓦斯突出的地质因素有:(1)煤层厚度,大于20cm煤层才会突出;煤层厚度增大,突出增大。(2)煤层埋藏深度,深度增加突出次数增多,突出强度增大,突出范围扩大。(3)地质构造,地质构造带控制突出范围。(4)煤的力学性质,软分层突出可能性大。(5)围岩性质硬而且厚,突出危险性增大。(6)其他地质因素,岩浆侵入、煤的变质程度高突出易发生,涌水量大突出危险性要小等。

2矿井水文地质对矿井水的影响

煤矿开采中,地下水或地表水进入矿井的过程,称为矿井充水。充水条件是水源和通道,是煤矿地质研究的内容。

2.1矿井的充水水源

大气降水:(1)矿井涌水量随季节的变化,旱季小,雨季大。涌水量的高峰期常滞后降水一段时间。(2)矿井涌水量的大小与地区有关。南方降雨多,矿井涌水量大;北方降雨少,矿井涌水量少。(3)随着开采深度的增加,大气降水对矿井涌水量的影响减少。地表水:(1)距地表水越近,涌水量越大;(2)地表水越大,且是常年性的,涌水量大;(3)季节性地表水由于是地下径流,仍然对涌水量有影响。地下水按埋藏条件将地下水分为:(1)上层滞水:地表以下局部隔水层以上的水。范围小,水量小,季节性,对开采影响不大;(2)潜水:地表以下,第一个稳定隔水层以上的水,对建井和露天煤矿影响较大;(3)承压水:充满两个稳定隔水层且有压力的重力水。煤矿开采水时,如果遇到这样的水源,就会有大量水涌入,会造成矿井淹紧,如我国华北石炭二叠纪煤系的顶板奥陶系石灰岩水。按含水层性质将地下水分为:(1)孔隙水:松散岩层中的水,对建井和露天煤矿影响较大;(2)裂隙水:岩层裂缝中的水,对煤矿生产影响较大;(3)岩溶水:石灰岩、白云岩等可溶性岩石中的水,对煤矿生产带来影响。老空水是采空区和废弃巷道由于长期停止排水积存的水,其特点是:(1)来势凶猛,短时间水量很大,常伴有有毒有害气体,带来恶性事故;(2)老空水是酸性水,腐蚀金属设备;(3)如果和其他水源无水力联系,容易疏干,否则不易疏干。

2.2矿井充水的通道

孔隙:如砾石、粗砂岩松散,存在空隙。导通性好,透水性强。采掘遇到涌水量大。裂隙:包括风化裂隙、成岩裂隙、构造裂隙。而最严重是构造裂隙,包括节理和断层。其中断层破碎带常是水源的通道和积水区,即可以导水也可以积水。溶隙:石灰岩、白云岩等可溶性岩石被水溶解,形成溶洞,互相导通。人为的充水通道:(1)封闭不良的钻孔。导通地表水和煤层顶底板含水层水;(2)采矿活动采空区冒落产生的裂隙、煤层底板底鼓产生裂隙。导通地表水和煤层顶底板含水层水;(3)矿井长期排水,形成水位陷落漏斗。向外扩展,到达新的水源,使矿井涌水量增大。

3采煤工作面顶板管理

顶压是地压表现的主要形式,顶压的大小主要取决于顶板岩石的物理力学性质。顶板事故分为掘进工作面顶板事故和采煤工作面的顶板事故。在掘进过程中,如遇到顶板破碎和压力大,容易发生冒顶。当遇到断层,褶曲的轴部的顶板破碎易发生冒顶事故,这些都和岩石的性质和地质构造有关,岩石强度低,受压后易破碎。当临近断层由于受地应力的作用,顶板岩层破碎,出现断层带。背斜和向斜的轴部由于受地应力的作用,顶板岩层破碎。掘进工程中,由于空顶作业导致顶板冒落,破岩后未及时支护裸露出的顶板,在顶板压力的作用下就会冒落。采煤过程中,煤层顶板分为伪顶、直接顶、老顶,伪顶随采随落,直接顶在回柱或支架前移后垮落,应为煤层采高的2~3倍,冒落后充满采空区。否则基本顶处于悬空状态,随着悬空面积增大,基本顶来压,发生基本顶冒落。厚层难垮落的顶板,回柱放顶或支架前移,直接顶不冒落,形成大悬顶。到了一定程度,大面积来压,造成工作面垮面。采煤过程中由于煤层倾角过大,支架会下滑、倾斜,导致冒顶。另外,影响矿尘产生量的地质因素主要有:(1)地质构造:地质构造破坏严重的地区,断层、褶曲比较发育,煤岩较为破碎,矿尘的产生量大;(2)煤层赋存条件:同样技术条件下,开采厚煤层比开采薄煤层的产尘量大,开采急倾斜煤层比开采缓倾斜煤层的产尘量多;(3)煤岩的物理性质:节理发育、结构疏松、水分低、脆性大的煤岩,开采时产尘量较大,反之则小。影响煤炭自燃的地质因素主要有:(1)煤的化学成分;(2)煤的物理性质;(3)煤层的地质条件。综上所述,煤矿地质对煤矿安全有极大的影响,因此必须认真细致做好煤矿地质工作,研究影响煤矿安全生产的各种地质因素,为煤矿安全生产服务。

参考文献

[1]陶昆.煤矿地质[M].徐州:中国矿业大学出版社,2008.

[2]国家安全生产监督管理总局宣传教育中心.煤矿探放水作业[M].徐州:中国矿业大学出版社,2011.

作者:朱朝辉 张波 单位:山东兖矿技师学院


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