曹棟

【摘 要】煤礦的地質(zhì)構(gòu)造條件一般都很復(fù)雜，而且經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的大強(qiáng)度開(kāi)采礦井的地質(zhì)條件變得更加復(fù)雜。本文將主要介紹礦井安全高效開(kāi)采的地質(zhì)保障技術(shù)，并圍繞地質(zhì)保障技術(shù)分析影響礦井安全高效開(kāi)采的地質(zhì)因素以及所采取的應(yīng)對(duì)措施。

【關(guān)鍵詞】復(fù)雜地質(zhì)條件；安全高效開(kāi)采；地質(zhì)保障技術(shù)

煤炭在我國(guó)現(xiàn)階段使用的能源中占有很大的份額，由于煤礦長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)采使得我國(guó)一些大型煤礦的淺部資源日益減少，這就需要增加對(duì)煤礦的開(kāi)采深度，而煤礦深層的地質(zhì)條件非常復(fù)雜，甚至無(wú)法建立巷道。在有些礦井所在的礦區(qū)地質(zhì)條件很復(fù)雜，存在著發(fā)育較為強(qiáng)烈的地質(zhì)災(zāi)害、復(fù)雜的地形地貌、巖性巖相變化大、水文地質(zhì)條件不良以及人類(lèi)工程活動(dòng)強(qiáng)烈等復(fù)雜地質(zhì)條件，這些復(fù)雜地質(zhì)條件嚴(yán)重威脅了礦物開(kāi)采過(guò)程中開(kāi)采人員的安全，所以需要對(duì)礦井周?chē)牡刭|(zhì)條件予以勘察。而且隨著機(jī)械開(kāi)采程度的進(jìn)一步普及，將使得巷道和開(kāi)采區(qū)的建設(shè)變得更加困難，只有不斷的完善地質(zhì)保障技術(shù)才能在復(fù)雜地質(zhì)條件下對(duì)礦井進(jìn)行安全高效的開(kāi)采。

1.研究地質(zhì)保障技術(shù)對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下礦井安全高效開(kāi)采的意義

煤炭作為我國(guó)的主體能源，對(duì)于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著很大的影響作用，而淺層煤礦儲(chǔ)量正在減少，若要繼續(xù)開(kāi)采將會(huì)面臨許多復(fù)雜地質(zhì)條件。據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示目前已有數(shù)百個(gè)礦井的開(kāi)采深度超過(guò)了600米，如果按照這樣的開(kāi)采速度礦井開(kāi)采深度將在20年內(nèi)達(dá)到1500米，意味著要對(duì)礦井進(jìn)行難度較大的深度開(kāi)采。不過(guò)我國(guó)深層煤礦儲(chǔ)量卻非常豐富，但是沒(méi)有進(jìn)行系統(tǒng)性的勘察，而且深層開(kāi)采沒(méi)有很好的地質(zhì)優(yōu)勢(shì)。據(jù)我國(guó)第三次全國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的大型的煤礦在地底2000米以上的達(dá)到五萬(wàn)多億噸，已確定煤礦儲(chǔ)量為一萬(wàn)多億噸，預(yù)測(cè)煤礦儲(chǔ)量達(dá)到四萬(wàn)多億噸，不過(guò)這些煤礦都位于地底深層。我國(guó)的常規(guī)煤礦開(kāi)采深度一般在600米以?xún)?nèi)，對(duì)于地底2000米的深部煤礦沒(méi)有系統(tǒng)的勘探工作，甚至沒(méi)有好的勘探思路，在開(kāi)采技術(shù)上還不夠成熟。另外科研人員也很少涉及地底深處的地質(zhì)環(huán)境勘探，所以貿(mào)然對(duì)深處礦藏進(jìn)行開(kāi)采勢(shì)必帶來(lái)安全上的威脅。而隨著我國(guó)淺層煤炭資源的告罄，開(kāi)采深度將會(huì)越來(lái)越深，地質(zhì)條件也變得更加復(fù)雜，只有進(jìn)行大規(guī)模、全方位、系統(tǒng)性的地質(zhì)勘測(cè)工作才能保障復(fù)雜地質(zhì)條件下礦井安全高效開(kāi)采。[2]

2.影響礦井高效開(kāi)采的地質(zhì)因素

能夠危害礦井安全并且高效挖掘的地質(zhì)因素有很多種，這些因素主要有礦井煤層的分布，礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境、高瓦斯地質(zhì)區(qū)、地底溫度和壓力以及水文地質(zhì)，在這些影響因素中對(duì)于不同的礦井都有著不同的比重，但是礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境對(duì)于任何礦井的安全高效開(kāi)采都有很大程度的影響。

2.1地質(zhì)構(gòu)造

煤礦地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境極其復(fù)雜，這些復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境包括斷層和陷落柱。斷層對(duì)于礦井安全高效開(kāi)采存在著極大的威脅，如果在煤礦開(kāi)采過(guò)程中前方出現(xiàn)地質(zhì)斷層輕則造成上千萬(wàn)元的財(cái)產(chǎn)損失，嚴(yán)重時(shí)將危害開(kāi)采人員的生命安全。斷層的出現(xiàn)將使得開(kāi)采工作停滯，并要尋找新的礦區(qū)進(jìn)行開(kāi)采，斷層的落差對(duì)于開(kāi)采的人員有著較大的危險(xiǎn)性，如果不能及時(shí)撤離將會(huì)造成嚴(yán)重的煤礦安全事故。[3]

2.2陷落柱

陷落柱主要影響是破壞了可開(kāi)采煤層的構(gòu)造并使得煤炭的儲(chǔ)量大量減少，對(duì)于礦井的正常開(kāi)采工作有著較大的影響。陷落柱主要存在于石灰?guī)r地層環(huán)境中，是由于地下水長(zhǎng)期流動(dòng)而造成巖石溶蝕，這樣就形成了空洞的洞穴。在上層物體的重力作用下，溶洞坍塌，在溶洞上面的煤層也隨之陷落，從而造成煤層被破壞。陷落柱可造成煤層被大規(guī)模破壞，被破壞的煤層的煤礦儲(chǔ)量將急劇減少，嚴(yán)重時(shí)造成礦井提前報(bào)廢的后果。在開(kāi)采過(guò)程中一般不會(huì)為了避免陷落柱而轉(zhuǎn)彎開(kāi)辟巷道，而是堅(jiān)持原施工方案，通過(guò)頂板的方式來(lái)直接穿過(guò)陷落柱。而在原方案的實(shí)施中，不僅要對(duì)頂板進(jìn)行管理還要對(duì)巷道進(jìn)行通風(fēng)運(yùn)輸，這將極大地影響了礦井的開(kāi)采效率。陷落柱還會(huì)阻礙機(jī)械化采礦，在陷落柱較多的礦區(qū)采煤機(jī)器和液壓支架將無(wú)法使用，嚴(yán)重時(shí)會(huì)跌落到陷落柱內(nèi)。[4]

2.3水文地質(zhì)條件

水文地質(zhì)主要指的是自然界中地下水的變化和運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，在礦區(qū)進(jìn)行開(kāi)采過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)含水層與煤層非常接近，有的含水層在煤層之上，中間僅隔著砂礫層。如果開(kāi)采不慎則會(huì)造成砂礫層斷裂并使得上層的含水層跌落，造成礦井出現(xiàn)大規(guī)模的水淹，對(duì)于這些積水要通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的抽取才能重新進(jìn)行開(kāi)采。在以前煤礦開(kāi)采技術(shù)落后的情況下，為了防止已開(kāi)采煤層發(fā)生自燃現(xiàn)象可以采用向其灌漿的措施，即出現(xiàn)了大量人為的含水層，現(xiàn)階段為了重新開(kāi)采下層煤礦必須要對(duì)這些灌漿水排空消除水害危害。因此在礦井挖掘之前要對(duì)所開(kāi)采區(qū)域進(jìn)行全方位的水文地質(zhì)勘探，避免在有大規(guī)模的含水層進(jìn)行開(kāi)采，這將在很大程度上影響了礦井的安全高效開(kāi)采。

3.復(fù)雜地質(zhì)條件下礦井安全高效開(kāi)采的地質(zhì)保障技術(shù)

通過(guò)前面對(duì)影響礦井安全高效開(kāi)采的地質(zhì)因素的分析，目前已進(jìn)行了相關(guān)研究來(lái)降低這些因素的影響，下面將介紹復(fù)雜地質(zhì)條件下礦井安全高效開(kāi)采的地質(zhì)保障技術(shù)。

3.1高分辨率三維地震勘探技術(shù)

高分辨率三維地震勘探技術(shù)是集多學(xué)科為一體的綜合性應(yīng)用技術(shù)，也是目前對(duì)煤炭的主要勘探技術(shù)。三維地震勘探技術(shù)能將礦區(qū)內(nèi)的斷層直接反應(yīng)出來(lái)，完全可以避免較大落差的斷層，通過(guò)對(duì)斷層的控制將能很好的完成安全高效的煤礦開(kāi)采工作。通過(guò)勘探可以判斷此礦區(qū)是否適合機(jī)械化開(kāi)采作業(yè)，這項(xiàng)技術(shù)以其優(yōu)秀的性能被廣泛的運(yùn)用于國(guó)內(nèi)煤礦的探測(cè)中。

3.2地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)

地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)主要是利用高頻電磁波對(duì)所屬礦井的地質(zhì)予以探測(cè)，通過(guò)電磁波的反射信號(hào)可以全面的分析地層的特征信息，地質(zhì)雷達(dá)對(duì)于斷層極為敏感，利用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)將能夠極大的加快施工速度，地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)比高分辨率三維地震勘探技術(shù)所探測(cè)的斷層信息更為準(zhǔn)確。

3.3鉆探超前探測(cè)技術(shù)

在煤礦開(kāi)采過(guò)程中會(huì)對(duì)施工的巷道打孔以排放瓦斯，通過(guò)瓦斯的排放情況進(jìn)行分析便能夠預(yù)測(cè)前方巷道的構(gòu)造。這樣就可以在前方結(jié)構(gòu)較小的情況下預(yù)先采取措施，避免在小構(gòu)造的環(huán)境中出現(xiàn)瓦斯超限的事故。

3.4無(wú)線(xiàn)電波坑透技術(shù)

無(wú)線(xiàn)電坑透技術(shù)主要功能是查明前方巷道的地質(zhì)構(gòu)造情況，通常大功率的坑透儀能夠?qū)ο锏狼胺降墓ぷ髅孢M(jìn)行探測(cè)，以便對(duì)前方可能出現(xiàn)的情況采取相應(yīng)的措施，這將有效的防止礦井中的瓦斯事故。

3.5覆巖破壞探測(cè)技術(shù)

在煤礦的開(kāi)采過(guò)程中往往會(huì)導(dǎo)致其上方的巖石遭到破壞，巖石結(jié)構(gòu)遭到破壞極有可能會(huì)出現(xiàn)坍塌的情況，另外巖石坍塌還可能導(dǎo)致含水層破裂對(duì)礦井造成了水災(zāi)的威脅。網(wǎng)絡(luò)并行電法CT探測(cè)將能夠利用預(yù)埋電極對(duì)所在施工面進(jìn)行探測(cè)，避免巖層及含水層斷裂而威脅開(kāi)采的安全高效性。

3.6遠(yuǎn)距離超前探放老空區(qū)水

在煤礦開(kāi)采過(guò)程中會(huì)采用探放水工程來(lái)建立巷道，而探放水工程會(huì)對(duì)施工造成較大的影響，并可能會(huì)導(dǎo)致老空區(qū)的煤層自燃，這將嚴(yán)重危害巷道工作面的安全施工。所以在巷道建立的時(shí)候通常采用探放和挖掘同時(shí)進(jìn)行的方式，并根據(jù)老空區(qū)水的實(shí)際存在情況采取相對(duì)應(yīng)的高效快捷的排水方式，即可以利用老空區(qū)水下方的巷道來(lái)開(kāi)鑿合適的放水孔，遠(yuǎn)距離超前探放老空區(qū)水將能夠有效的避免煤層自燃并最大限度的減少對(duì)巷道施工的影響。

在復(fù)雜地質(zhì)條件下對(duì)礦井進(jìn)行安全高效的開(kāi)采需要很好的地質(zhì)保障技術(shù)，隨著未來(lái)礦井深度的不斷增加，對(duì)于地質(zhì)保障技術(shù)的要求將變得更高。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張世闊，曹思華.復(fù)雜地質(zhì)條件下礦井安全高效開(kāi)采地質(zhì)保障技術(shù)[J].煤礦安全，2010-04-10.

[2]畢杰，張蕾.地質(zhì)保障技術(shù)遏制煤礦事故的關(guān)鍵.煤礦安全高效開(kāi)采的基礎(chǔ)[J].中華合作時(shí)報(bào)，2011-10-18.

[3]吳萍萍.塔山特大型礦井安全高效開(kāi)采模式[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2011-12-01.