劉建平

(神木市能源局，陜西 神木 719300)

0 引言

煤礦安全是安全生產(chǎn)的重中之重，國家相關(guān)部委明確要求加強(qiáng)煤礦安全管理、大力提升煤礦生產(chǎn)企業(yè)安全科技與裝備水平、強(qiáng)化煤礦事故隱患排查和治理，提高從業(yè)人員的素質(zhì)等，其中將“全面煤礦隱蔽致災(zāi)因素普查”作為煤礦安全攻堅(jiān)克難的七項(xiàng)舉措之一，而煤礦隱蔽致災(zāi)因素排查工作是煤礦安全3年行動(dòng)攻堅(jiān)克難的重要手段。以往煤礦隱蔽致災(zāi)因素地質(zhì)工作以隱蔽致災(zāi)因素普查為主，其指導(dǎo)依據(jù)主要以《煤礦安全規(guī)程》(2016)、《煤礦地質(zhì)工作規(guī)定》(2014)中規(guī)定的13類隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素為主線，通過資料查閱、地面調(diào)查、井下排查等梳理煤礦存在的隱蔽致災(zāi)因素和各項(xiàng)隱蔽致災(zāi)因素提出防治措施。目前煤礦隱蔽致災(zāi)因素普查主要是以普查報(bào)告為主，更多的是煤礦應(yīng)對(duì)主管部門檢查的需求，因此，水平參差不齊，很難與煤礦生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，針對(duì)關(guān)鍵性隱蔽致災(zāi)因素煤礦亦在隱蔽報(bào)告編制單位，同時(shí)提交的報(bào)告具有嚴(yán)重的滯后性，很難對(duì)煤礦安全生產(chǎn)中隱患排查、隱蔽致災(zāi)因素探查防治提出有效的措施[1]。由于規(guī)范中未明確各類隱蔽致災(zāi)因素需要的查明程度，采用的技術(shù)手段以及工程技術(shù)手段的控制程度、工作量等，因此，導(dǎo)致報(bào)告中很難查明關(guān)鍵性隱蔽致災(zāi)因素。

為了查明東川煤礦隱蔽致災(zāi)關(guān)鍵因素的種類、分布范圍及其威脅性，不局限于13類隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素，從礦井水害、火災(zāi)、頂板/礦壓、瓦斯及有毒有害氣體、煤塵等5類災(zāi)害的視角入手，采用低空遙感、地面地質(zhì)調(diào)查、地面井下物探、地質(zhì)鉆探、采樣測(cè)試、礦井全面調(diào)查、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、礦壓數(shù)據(jù)等采掘動(dòng)態(tài)及歷史數(shù)據(jù)分析等綜合技術(shù)手段，以期查明煤礦目前存在的隱蔽致災(zāi)因素并探究其探查防治措施，進(jìn)而為煤礦隱蔽致災(zāi)因素評(píng)價(jià)、預(yù)防、工程治理等提供基礎(chǔ)資料。

1 礦井地質(zhì)概況

東川煤礦位于陜北侏羅紀(jì)煤田神北礦區(qū)，含煤巖系為延安組，屬于典型三角洲平原沉積環(huán)境[2-3]，可采煤層5號(hào)煤層，煤層厚度大，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，屬于厚煤層。煤層頂、底板巖性以巨厚層狀砂巖為主，砂巖硬度大、強(qiáng)度高，從頂板巖性組合、巖石力學(xué)參數(shù)特征、巖層厚度等綜合分析，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)[4-7]，將其評(píng)價(jià)為穩(wěn)定-較穩(wěn)定頂板，屬于中等-難冒落頂板。在礦井生產(chǎn)過程中需要采用水力壓裂進(jìn)行頂板初次強(qiáng)制放頂開采，同時(shí)在開采的過程中容易出現(xiàn)來壓步距大、大面積懸頂一次垮落等強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)問題[8]。礦井直接充水含水層為煤層頂板，充水水源為采空區(qū)積水、地表水、大氣降水等，水文地質(zhì)條件中等；礦井主采煤層厚度變化小、斷裂、褶皺、巖漿傾入等地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育[9-10]，煤層瓦斯含量低、瓦斯涌出小屬于低瓦斯礦井；煤層屬于易自燃煤層，煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性；煤礦以往曾對(duì)3-1號(hào)煤層采用房柱式開采，對(duì)5-2號(hào)煤層采用露天剝采和房柱式開采，采空區(qū)范圍基本清楚，但是采空區(qū)內(nèi)氣體、積水、頂板穩(wěn)定性以及煤層自然發(fā)火等關(guān)鍵性隱蔽致災(zāi)因素不清[11]。

2 煤礦隱蔽致災(zāi)因素分析

2.1 水害隱蔽致災(zāi)因素分析

2.1.1 采空區(qū)積水

煤礦由原神木縣大柳塔鎮(zhèn)特麻溝蜂窩渠煤礦和神木縣大柳塔鎮(zhèn)烏蘭色太村辦煤礦整合而成。特麻溝蜂窩渠煤礦1996—2008年房柱式開采3-1號(hào)煤層，形成采空區(qū)面積約0.632 1 km2；烏蘭色太村辦煤礦1992—2008年房柱式開采3-1號(hào)煤層，形成采空區(qū)面積約1.785 2 km2。

2017年煤礦在井田西部4.7 km2范圍進(jìn)行了3-1號(hào)煤采空區(qū)積水探測(cè)。物探解釋的富水區(qū)主要沿3-1號(hào)煤層露頭和燒變巖分布，未圈定出采空區(qū)積水范圍并施工了3個(gè)鉆孔對(duì)3-1號(hào)煤采空區(qū)積水驗(yàn)證，均探測(cè)到3-1號(hào)煤采空區(qū)，測(cè)得積水深度0.15～0.80 m，積水標(biāo)高+1 053 m左右。為了查明5107、5108工作面上方3-1號(hào)煤層老窯采空積水低阻異常區(qū)的分布范圍，為礦井防治水工作的開展提供參考依據(jù)，本次排查在5107、5108工作面上方0.73 km2范圍內(nèi)進(jìn)行了3-1號(hào)煤層采空積水區(qū)物探，圈定解釋富水異常區(qū)3個(gè)低阻異常區(qū)解釋為3-1號(hào)煤老空積水區(qū)，累計(jì)積水面積174 093 m2。煤礦在井下布置疏放水孔進(jìn)行了鉆探驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明物探解釋成果基本可靠。

2.1.2 露采坑積水

本次排查在煤礦東部運(yùn)煤專線東側(cè)和東南部5-2號(hào)煤分岔區(qū)見2處露天開采回填痕跡，前述三特村水源井和萊德水源井為露天開采未完全回填遺留的尾礦坑。北部露天回填區(qū)面積約0.19 km2，南部回填區(qū)面積約1.10 km2，如圖1所示。

圖1 水害隱蔽致災(zāi)因素特征Fig.1 Characteristics of hidden disaster causing factors of water disaster

回填料一般以砂、石、粘土，回填層較松散，孔隙發(fā)育，具有良好的儲(chǔ)水空間，且透水性較好。2處回填區(qū)近鄰悖牛川，在地表水和第四系松散層潛水補(bǔ)給下具有良好的富水性。受煤層底板起伏影響，回填區(qū)同時(shí)成為地表水和第四系松散層潛水與四盤區(qū)采空區(qū)之間的補(bǔ)給導(dǎo)水通道。煤礦雖在回填區(qū)附近留設(shè)了保護(hù)煤柱，但回填區(qū)淺層地下水仍可能沿基巖風(fēng)化裂隙進(jìn)入附近的采空區(qū)，對(duì)礦井造成間接水害影響。井田南部5-2上號(hào)煤層露天回填區(qū)在開采下部5-2號(hào)煤時(shí)將成為礦井直接充水含水層，若回填區(qū)存在大量積水未有效疏放，將對(duì)下部煤層開展產(chǎn)生突水威脅。

2.2 火災(zāi)隱蔽致災(zāi)因素分析

2.2.1 保護(hù)煤柱煤層自然發(fā)火

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，礦井工業(yè)場(chǎng)地東側(cè)的保護(hù)煤柱邊緣的無編號(hào)薄煤層存在自然發(fā)火現(xiàn)象，如圖2(a)(b)(c)所示，煤層的自然發(fā)火破壞該區(qū)煤柱的完整性，若不及時(shí)治理，繼續(xù)向內(nèi)部燃燒，將引發(fā)煤層大面積自燃。

2.2.2 漏風(fēng)通道

本次排查發(fā)現(xiàn)3處未封閉小窯井口，如圖2(d)(e)(f)所示，均屬3-1號(hào)煤層采空區(qū)漏風(fēng)的重要通道，3-1號(hào)煤層屬于容易自燃煤層，采空區(qū)遺煤長期暴露在氧化帶內(nèi)，氧化聚集的熱量極易引發(fā)采空區(qū)煤層自然發(fā)火。

圖2 火災(zāi)隱蔽致災(zāi)因素特征Fig.2 Characteristics of hidden disaster causing factors of fire

同時(shí)，在綜采工作面上方和5-2號(hào)煤房采區(qū)地表局部塌陷、地裂縫發(fā)育，5103現(xiàn)采工作面的地表裂縫、塌陷發(fā)育，沉陷量較大，存在漏風(fēng)現(xiàn)象?？諝馔ㄟ^裂縫向采空區(qū)通風(fēng)供氧，易引發(fā)采空區(qū)煤層自然發(fā)火。因此，地面塌陷、地裂縫是煤層自然發(fā)火的漏風(fēng)通道，廢棄井筒、開采塌陷裂縫是采空區(qū)煤層自然發(fā)火的隱蔽致災(zāi)因素。

2.3 頂板/礦壓隱蔽致災(zāi)因素分析

2.3.1 采空區(qū)大面積懸頂

區(qū)內(nèi)整合前小煤礦在井田中部采用房柱式采煤法炮采工藝開采了3-1號(hào)煤層，形成采空區(qū)面積約2.41 km2，由于整合前采掘資料保存不全，僅保留了部分巷道位置，煤柱留設(shè)尺寸、開采情況及冒落情況不詳。整合后在井田東部四盤區(qū)進(jìn)行了5-2號(hào)煤層房柱式開采，形成采空區(qū)面積約0.22 km2，房柱留設(shè)寬度一般為采五留八，采高5 m左右?，F(xiàn)有的采掘資料中礦房、煤柱位置、寬度基本清楚。5-2號(hào)煤四盤區(qū)地表局部見地裂縫和塌陷，推測(cè)采空區(qū)頂板可能發(fā)生局部垮落，垮落是否完全需進(jìn)一步探查。3-1號(hào)煤層房采區(qū)上方未見塌陷或裂縫，采空區(qū)可能處于大面積懸頂狀態(tài)，但懸頂區(qū)范圍、面積、煤柱穩(wěn)定情況不清。

因此，房柱式采空區(qū)大面積懸頂，在下部或臨近工作面開采條件下的安全性是頂板隱蔽致災(zāi)因素。

2.3.2 堅(jiān)硬頂板

5-2號(hào)煤層頂板以灰白色細(xì)、中粒砂巖為主，粉砂巖次之，砂巖頂板厚度7.5～23.58 m，覆蓋礦井大部分區(qū)域。5-2號(hào)煤頂板巖石力學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，粉-細(xì)粒度砂巖飽和抗壓強(qiáng)度19.9～31.3 MPa，中粒砂巖頂板飽和抗壓強(qiáng)度35.0 MPa。頂板厚度大，巖性均一，節(jié)理不發(fā)育，完整性好，力學(xué)強(qiáng)度高，屬堅(jiān)硬頂板。工作面開采之后堅(jiān)硬頂板不容易自然垮落，形成采空區(qū)大面積懸頂，造成工作面超前應(yīng)力集中，引起立柱下沉量大、煤壁炸幫、支架壓死等強(qiáng)礦壓?jiǎn)栴}[8]。隨著工作面的開采，懸頂面積達(dá)到一定程度，堅(jiān)硬頂板受力超出強(qiáng)度極限時(shí)發(fā)生大面積垮落，積聚于頂板及煤層內(nèi)的能量快速釋放，大幅增大來壓強(qiáng)度，使采場(chǎng)中的工作面和兩巷的支護(hù)結(jié)構(gòu)大面積折損破壞，引發(fā)工作面壓架、巷道切頂?shù)鹊V壓災(zāi)害。5-2號(hào)煤上分層5107工作面因堅(jiān)硬頂板導(dǎo)致初次來壓步距超過65 m，周期來壓步距在23～25 m，如圖3所示，工作面兩隅角及時(shí)退錨后仍存在大面積空頂現(xiàn)象，運(yùn)輸順槽一側(cè)隅角及支架后方直接頂板未及時(shí)隨采垮落，空頂面積120 m2左右，回風(fēng)順槽一側(cè)隅角空頂面積80 m2左右?？枕攨^(qū)突然垮落后產(chǎn)生巨大的沖擊能量，危害工作面作業(yè)人員生命安全，同時(shí)易造成后方采空區(qū)瓦斯及有毒有害氣體大量涌出，揚(yáng)起巷道內(nèi)的浮塵，從而引發(fā)氣體中毒、煤塵爆炸等次生災(zāi)害。因此，堅(jiān)硬頂板是煤礦頂板主要隱蔽致災(zāi)因素之一。

圖3 堅(jiān)硬頂板及其礦壓顯現(xiàn)特征Fig.3 Characteristics of Hard roof and its ground pressure behavior

2.3.3 過溝開采

過溝區(qū)域的工作面走向與地表的特麻溝近垂直，工作面將從溝下方通過，如圖4所示；溝谷落差最大88 m，坡角40°～50°。5-2號(hào)煤上分層工作面頂板上距溝谷底部最小是50 m，距坡頂梁峁約130 m。通過相似材料模擬[11]、礦井開采證明，工作面過深溝開采容易誘發(fā)動(dòng)載礦壓切頂、壓架等強(qiáng)礦壓致災(zāi)問題。

圖4 頂板/礦壓隱蔽致災(zāi)因素特征(圖(a)、(b)引自文獻(xiàn)[11])Fig.4 Characteristics of hidden disaster causing factors of roof/ground pressure

3 探查防治措施

3.1 水害隱蔽致災(zāi)因素探查防治措施

3.1.1 3-1號(hào)煤老空積水

目前5107、5108上分層工作面上方的3-1號(hào)煤老空積水范圍已基本查明，5018工作面以西區(qū)域3-1號(hào)煤老空積水分布情況不明。為保證煤礦安全生產(chǎn)，5107、5108上分層工作面回采前應(yīng)結(jié)合最近一次物探工作圈定的積水異常區(qū)開展疏放驗(yàn)證，老空水疏放應(yīng)按經(jīng)過審批的設(shè)計(jì)組織實(shí)施，疏放過程中應(yīng)詳細(xì)記錄放水量、水壓動(dòng)態(tài)變化，放水結(jié)束后應(yīng)對(duì)比放水量和預(yù)計(jì)水量；回采前確保上方老空積水疏干放凈，老空水害威脅得到解除[12]。此外，根據(jù)5-2號(hào)煤采掘接續(xù)進(jìn)度適時(shí)開展5108工作面以西區(qū)域的3-1號(hào)煤老空積水物探勘探，以物探成果為指導(dǎo)進(jìn)行積水疏放。

3.1.2 5-2號(hào)煤上分層采空區(qū)積水

5-2號(hào)煤上分層采空區(qū)積水將直接對(duì)下分層掘進(jìn)和回采造成突水威脅。由于煤礦下分層開采時(shí)巷道采用“無腿棚”工字鋼梁支護(hù)，對(duì)井下電、磁信號(hào)存在干擾或屏蔽，井下超前物探施工條件較差。為保證下分層開采不受老空積水威脅，建議5-2號(hào)煤下分層工作面巷道掘進(jìn)時(shí)進(jìn)行隨掘超前鉆探放水，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加一組頂板探放水孔，探放水孔平面超前距不小于30 m，止水套管深度不小于10 m。掘進(jìn)過程中應(yīng)隨時(shí)觀測(cè)巷道頂板、兩幫出水變化，一旦發(fā)現(xiàn)透水征兆，應(yīng)立即停產(chǎn)撤人，開展上分層采空區(qū)積水專門探放。首先應(yīng)通過調(diào)查和資料收集，明確露天開采回填區(qū)范圍、回填材料、施工方法和質(zhì)量，查明采空區(qū)與回填區(qū)之間的保護(hù)煤柱寬度。其次通過地面沉降觀測(cè)進(jìn)行回填區(qū)沉降穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。在確定的回填區(qū)內(nèi)選擇合適位置布置專門水文地質(zhì)鉆孔，開展回填層抽水試驗(yàn)，查明回填區(qū)水位、單位涌水量、滲透系數(shù)和富水性等水文地質(zhì)參數(shù)。若回填層富水性為中等以上，回填區(qū)積水防治未來采掘活動(dòng)接近回填區(qū)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮采用留設(shè)防隔水煤柱的方法進(jìn)行防治。

3.2 火災(zāi)隱蔽致災(zāi)因素探查防治措施

對(duì)三特水源井沿線的煤層露頭煤層自然發(fā)火情況進(jìn)行全面調(diào)查，查明煤層自然發(fā)火情況。將三特村水源井煤層露頭自然發(fā)火與水害隱蔽致災(zāi)因素綜合治理，在三特村水源井抽水、防滲、回填過程中同步進(jìn)行煤層露頭防滅火和煤柱的定向鉆孔注漿加固改造。在四盤區(qū)房柱式采空區(qū)內(nèi)敷設(shè)氣體監(jiān)測(cè)束管并接入束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)四盤區(qū)房柱式采空區(qū)內(nèi)自然發(fā)火標(biāo)志性氣體成分和含量，同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格落實(shí)該采空區(qū)密閉墻的日常監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)采空區(qū)內(nèi)存在發(fā)火征兆，應(yīng)當(dāng)立即啟動(dòng)礦井防滅火應(yīng)急處置預(yù)案。對(duì)排查出的3處廢棄井筒或盜采坑，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行重新封閉，封堵漏風(fēng)通道并做好封閉記錄和臺(tái)賬，將其統(tǒng)一上圖、納入管理臺(tái)賬；并定期對(duì)上述廢棄井筒進(jìn)行巡查，防止因人為或自然原因再次開啟。根據(jù)裂縫發(fā)育的不同地層特征采用不同的治理技術(shù)，按照裂縫的發(fā)育位置不同采用不同的工程治理措施，技術(shù)方法為開挖回填、夯實(shí)；在地面裂縫、地面塌陷發(fā)育地區(qū)采取防滲處理、就地取土、削高填低，回填整平、挖排水溝等措施，恢復(fù)土地的使用功能。

3.3 頂板/礦壓隱蔽致災(zāi)因素探查防治措施

3.3.1 工作面過溝防治措施

綜采工作面過地表溝谷時(shí)，工作面推采受地表地形影響容易出現(xiàn)強(qiáng)礦壓?jiǎn)栴}，煤礦應(yīng)查明煤層頂板“關(guān)鍵層”發(fā)育范圍，制定相應(yīng)技術(shù)措施對(duì)以往工作面的礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)二次分析，查明以往工作面過溝時(shí)的頂板來壓規(guī)律。工作面推采至地表溝谷位置之前，及時(shí)制定過溝專項(xiàng)安全技術(shù)措施并嚴(yán)格落實(shí)，確保工作面推采安全通過。過溝前后20 m范圍內(nèi)進(jìn)行臨時(shí)超前支護(hù)，盡量選擇一次性完成支護(hù)，避免隨采隨護(hù)。檢查支架初撐力和接頂情況，檢查單體液壓支柱質(zhì)量及超前支護(hù)效果。提前做好采煤機(jī)等設(shè)備檢修，減少不必要的停產(chǎn)停工。

3.3.2 堅(jiān)硬頂板防治措施

對(duì)上分層工作面普遍存在的堅(jiān)硬頂板造成的隅角及支架后方空頂面積過大、老頂初次來壓步距過大、來壓劇烈以及切頂壓架等問題，建議煤礦采取以下措施進(jìn)行防治。工作面巷道形成后，應(yīng)根據(jù)巷道揭露情況分析并圈定工作面堅(jiān)硬頂板分布范圍，必要時(shí)采樣進(jìn)行巖石力學(xué)測(cè)試，查明工作面頂板的力學(xué)強(qiáng)度。工作面回采前應(yīng)針對(duì)堅(jiān)硬頂板造成的老頂初次來壓步距過大、初次來壓劇烈問題，進(jìn)行初放堅(jiān)硬頂板預(yù)裂弱化。針對(duì)堅(jiān)硬頂板應(yīng)制定專項(xiàng)安全技術(shù)措施，或在綜采工作面作業(yè)規(guī)程中增加堅(jiān)硬頂板災(zāi)害防治措施相關(guān)內(nèi)容并嚴(yán)格落實(shí)?；夭蛇^程中應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行《綜采工作面作業(yè)規(guī)程》中規(guī)定的防止隅角空頂面積過大的措施，如提前退錨等。若退錨后仍不能有效解決空頂面積過大，應(yīng)采取打眼放炮、水力預(yù)裂等措施進(jìn)行強(qiáng)制放頂。回采期間確保工作面的支護(hù)系統(tǒng)如液壓支架、壓力表、立柱、泵站壓力、液壓支架初撐力等以及超前支護(hù)系統(tǒng)如單體液壓支柱的質(zhì)量、超前支護(hù)效果等的可靠性。加強(qiáng)觀測(cè)液壓支架和超前支架的壓力值變化，并有針對(duì)性地定期做好礦壓規(guī)律的總結(jié)。回采期間密切注意工作面頂板來壓情況，及時(shí)檢查工作面范圍內(nèi)頂板、煤壁、支架壓力等情況，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)采取措施。若綜采工作面液壓支架壓力過大，應(yīng)采取措施強(qiáng)制放頂：①可采用定向短鉆水力壓裂法處理懸頂問題；②可在工作面推采之前施工定向長鉆孔進(jìn)行水力壓裂，對(duì)煤層頂板進(jìn)行有效超前弱化，減弱堅(jiān)硬頂板的整體強(qiáng)度使其易于垮落，減小堅(jiān)硬頂板懸頂長度進(jìn)而降低來壓強(qiáng)度，減小來壓步距，最終達(dá)到處理堅(jiān)硬頂板帶來的強(qiáng)礦壓?jiǎn)栴}的目的。

3.3.3 房柱式采空區(qū)大面積懸頂探查防治措施

針對(duì)3-1號(hào)煤房柱式采空區(qū)范圍不清、大面積懸頂區(qū)范圍不清、煤柱穩(wěn)定性不確定，以往3-1號(hào)煤房柱式采空區(qū)頂板大面積垮落對(duì)下部煤層開采的影響和危害程度不確定等問題，煤礦充分收集煤礦以往采掘歷史資料，理清煤礦技改整合前后開采歷史，確定房柱式采空區(qū)分布范圍；對(duì)資料不清、范圍不確定的房柱式采空區(qū)，采用地面瞬變電磁法、高密度電法等物探手段開展采空區(qū)范圍探查，并采用鉆探對(duì)物探成果進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)一步查明3-1號(hào)煤房柱式采空區(qū)分布范圍。應(yīng)采用地面無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)、多期次(近5年)合成孔徑雷達(dá)(InSAR)遙感影像多源融合技術(shù)，進(jìn)行房采區(qū)地面變形、沉降量計(jì)算。在房柱式采空區(qū)地表布置巖移觀測(cè)系統(tǒng)，觀測(cè)記錄采空區(qū)地表變形、沉降變化，根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)分析采空區(qū)地表變形規(guī)律，進(jìn)而劃分房柱式采空區(qū)懸頂區(qū)、不完全垮落區(qū)和完全垮落區(qū)，對(duì)房柱式采空區(qū)實(shí)行分區(qū)管理并制定分層管理方案。分別在上述“三區(qū)”進(jìn)行必要的鉆探驗(yàn)證，利用地面鉆孔(有條件時(shí)可開展井下鉆探)、鉆孔電視、鉆孔激光雷達(dá)、鉆孔聲納(積水采空區(qū))等先進(jìn)的孔中探測(cè)手段，驗(yàn)證“三區(qū)”劃分，探查采空區(qū)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步了解房、柱分布。針對(duì)回采工作面上方大面積懸頂和同煤層房采區(qū)大面積懸頂2種情形，分別采用數(shù)學(xué)和模擬方法進(jìn)行大面積懸頂區(qū)煤柱穩(wěn)定性、失穩(wěn)后沖擊能量演算，以及極限條件下房采區(qū)密閉墻和煤柱穩(wěn)定性演算，對(duì)大面積懸頂區(qū)失穩(wěn)災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)估。在評(píng)估的基礎(chǔ)上，結(jié)合房柱式采空區(qū)地質(zhì)條件制定房柱式采空區(qū)大面積懸頂災(zāi)害治理方案并實(shí)施。治理措施可根據(jù)煤礦實(shí)際情況和威脅程度選擇房柱式采空區(qū)密閉隔離、注漿充填法、爆破強(qiáng)制放頂法、注水弱化法、定向水力壓裂法等。

4 結(jié)論

(1)通過無人機(jī)低空遙感快速掃面圈定地質(zhì)異常體，針對(duì)地質(zhì)異常采用地面地質(zhì)調(diào)查結(jié)合地球物理勘探、地質(zhì)鉆探、采樣測(cè)試、分析化驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證異常體及其特征，結(jié)合地面異常開采井下現(xiàn)場(chǎng)排查、紅外測(cè)溫、采樣測(cè)試以及監(jiān)測(cè)監(jiān)控等查明井下隱蔽致災(zāi)因素分布特征，綜合分析地面隱蔽致災(zāi)因素對(duì)井下安全生產(chǎn)的影響、臨近工作面及其具有相同地質(zhì)條件下工作面掘進(jìn)、回采過程中各類隱蔽致災(zāi)因素的響應(yīng)特征，通過采用上述技術(shù)路線基本可以快速、高效地實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦井下、地面各類隱蔽致災(zāi)因素的全面識(shí)別。

(2)發(fā)現(xiàn)煤礦井下發(fā)育有水害、火災(zāi)、頂板/礦壓、瓦斯及有毒有害氣體、煤塵等5大類隱蔽致災(zāi)因素，基本查明了煤礦目前存在的各類隱蔽致災(zāi)因素的發(fā)育情況及其對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的威脅性。

(3)其中煤礦目前面臨的各類隱蔽致災(zāi)因素中需要迫切解決的隱蔽致災(zāi)因素中水害有5-2上、3-1號(hào)煤層采空區(qū)積水，地表三特村、萊德水源井露采坑積水2項(xiàng)，其中采空區(qū)積水通過井下瞬變電磁勘探、探放水鉆孔得以疏放解除保證了工作面的安全回采；而地表露采坑積水需要通過基坑抽水、回填防滲與煤柱注漿加固、堵漏等綜合技術(shù)手段進(jìn)行注漿封堵；礦井火災(zāi)主要是露采坑煤層自然發(fā)火產(chǎn)生的有毒有害氣體以及對(duì)煤柱完整性的破壞，通過上述工程治理可以消除。

(4)煤礦存在的頂板/礦壓隱蔽致災(zāi)因素主要是房柱式采空大面積懸頂、堅(jiān)硬頂板強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)、過深溝開采動(dòng)載礦壓致災(zāi)等，煤礦應(yīng)通過InSAR、沉降監(jiān)測(cè)等被動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)與鉆探取心、采樣測(cè)試綜合評(píng)價(jià)與注漿加固等主動(dòng)措施相結(jié)合綜合評(píng)價(jià)、治理大面積懸頂危險(xiǎn)；針對(duì)堅(jiān)硬頂板采用短鉆定向水力壓裂實(shí)現(xiàn)切眼初采初放，周期來壓采用定向長鉆孔分段水力壓裂技術(shù)實(shí)現(xiàn)超前工作面的區(qū)域性頂板弱化治理；過溝區(qū)通過調(diào)整開采工藝、避壓、甩壓、等壓以及加強(qiáng)管理等綜合技術(shù)手段可以消除過溝區(qū)動(dòng)載礦壓致災(zāi)。

(5)煤礦隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素隨著采掘活動(dòng)呈動(dòng)態(tài)變化，一種隱蔽致災(zāi)因素可能引發(fā)不同類型的礦井安全事故，多種隱蔽致災(zāi)因素呈現(xiàn)出耦合疊加特征，建議煤礦依托具備相關(guān)專業(yè)資質(zhì)的隊(duì)伍對(duì)多種隱蔽致災(zāi)因素開展綜合治理。