浅析煤矿地质灾害的成因与预防.docx
- 文档编号:648105
- 上传时间:2022-10-11
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:28.97KB
浅析煤矿地质灾害的成因与预防.docx
《浅析煤矿地质灾害的成因与预防.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《浅析煤矿地质灾害的成因与预防.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
浅析煤矿地质灾害的成因与预防
1绪论
1.1研究背景
过去的50多年,矿产资源的开采为国家经济发展、社会进步和当地人民生活水平的提高做出了巨大的贡献。
但随着矿山的开采的深入,新的问题接踵而来。
由于矿山的开采使得当地的地质环境、自然环境遭到了严重的破坏而引起了一系列的灾害(如地震、滑坡、崩塌、泥石流、地面沉陷、地下水位下降和水质恶化、农田水土化学污染和土壤盐渍化、沙漠化以及各类矿山地质灾害)给国家带来了严重的经济损失。
而且随着人民生活水平的提高对自己的生存环境也有了更高的要求,所以矿山地质灾害的预防与治理便提上了议事日程。
目前矿山开发所造成的地质灾害在我国还相当严重,这需要的进行矿山地质环境调查研究和评估,编制地质环境保护规划,并进行治理恢复,这对于促进区域地质环境好转具有重大现实意义。
1.2国内外研究现状
20世纪60年代以前,自然灾害研究主要限于灾害机理及预测研究,重点调查分析灾害形成条件与活动过程。
70年代以后,随着自然破坏损失的急剧增加,促使人类把减灾工作提高到前所未有的程度。
1965年,WIGarrison提出了“地理信息系统”(Geographicinformntionsysten)简称GIS。
20世纪80年代后期到90年代,GIS大量的应用于地质灾害,国外尤其发达国家将GIS应用地质灾害研究方面做了较多工作。
如FinneyMichaekA.等药用GIS技术分析了美国的滑坡灾害。
ChungC.F等基于GIS的专业模型扩展分析功能对加拿大的滑坡灾害进行了多因素综合分区。
目前,国外关于地质灾害研究多集中在模型建立饿计算机实现上,如“3S”在地质灾害的监控和可视化,数字减灾系统DORSigitalDisasterReductionSystem)等方面的应用。
我国地质灾害研究工作起步比较晚,20世纪30年代至70年代多以地震灾害研究工作为主。
“|八五”期间,我国的地质灾害调查工作才全面发展,90年代后,科学工作者们对我国地质灾害的类型、特征、影响因素、分布状况和区域发展规律等进行了深入的研究,提出了许多新理论、新观点。
我国在“地理信息系统”(GengraphicInformationSystem)简称(GIS)的工作起步比较晚,但很快应用于地质灾害方面的研究。
如潘耀忠,史培军提出应用GIS技术划分不同空间尺度下基本单元,解决了区域自然研究中以自然单元为基础的数据与以行政单元数据相匹配的问题。
1.3问题的提出
1.煤矿地质灾害的研究尚未纳入国家防灾减灾体系,研究大多是基于一个行业或一个企业范围内,只是针对单个或几个问题从技术和安全生产角度给以解决,缺乏系统化;
2.对煤矿地质灾害的灾情没有全面详细普查,尚未建立全国性的煤矿地质灾害信息库,更谈不上对灾情的综合分析、评价及预报;
3.多数煤矿企业在问题出现时,都很积极地与相关科研机构合作,对灾害进行研究,一旦问题暂时解决,就不再进行深入研究。
使得矿山灾害的研究多为短期行为,缺乏长期性,以致研究资料不连贯,利用价值不高,形成一种成果虽多,效果不大;经常研究,却问题不断的现象。
4.矿山生产属高危险行业,安全是第一位的。
而灾害的防范需投入大量资金和人力物力,却没有直接经济产出,在不发生灾害性事故时,其经济效益往往是看不到的,这就使得长期以来人们宁愿灾后治理也不愿预先防范。
研究经费的投入自然难以保障,效果也就不会太好。
1.4论文研究内容
论述了煤矿地质灾害共同的特点,发生的原因及多种煤矿地质灾害的不同特点,针对大多数的煤矿地质灾害提出了预防方法。
主要是从管理、可持续发展、因地制宜、建立预警系统等方面来预防煤矿地质灾害。
2煤矿地质灾害的特点
2.1群发性
采煤工程破坏地质环境的平衡。
引起地质环境的反馈,其反馈行为所导致的灾害往往不是孤立的,常在同一煤矿区时某一时段集中形成灾害群。
如顶板灾害、塌陷灾害、井下突水灾害、煤层自燃灾害等可在同一煤矿的某一时段同时或相继发生。
2.2衍生性
原生环境地质灾害还常常衍生一连串的次生灾害,形成一系列有成因联系的灾害链。
例如煤矿生产对环境的影响可分为直接的(通常是长期的)和间接的(通常是短期的),但两种类型的环境影响结果可以认为是一种链锁反应。
如顶板灾害—地面塌陷—地裂缝—毁坏耕地,破坏地表建筑物和改变地表径流条件;煤矸石山自燃—矿区大气污染—矿区居民呼吸道疾病、肺癌;有害矿井水排放一水体污染—土壤污染—有害元素进入农作物—人体—地方病。
2.3区域性
就各种灾害的内部联系而言,它们受一定区域性条件控制,如受区域性构造条件、区域性煤系岩性组合特征、区域性煤变质条件、区域性地理条件和区域性气候条件的控制和影响。
因此,在灾害时空演化和分布上表现出区域性的特点。
例如,煤矿区岩溶塌陷和矿井突水灾害,主要发生在石灰岩广布和岩溶发育的区域;煤矿酸性矿井水污染,主要分布于煤层含硫较高的华南地区。
2.4发灾持续时间的多样性
煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸、煤尘爆炸、矿井突水、顶板冒落等灾害,往往具有突发性,发灾时间短、强度高,破坏性大。
采煤塌陷、煤层与煤矸石山自燃、煤矿区地方病、矿区土地盐渍化等灾害则往往具有渐发性,发灾持续时间长。
如采煤塌陷,开采深度为200~400m时,地表移动时间可持续2~3年,而塌陷区最终稳定时间可距停采时间数十年。
2.5不可避免性和可防御性
煤矿环境地质灾害是按一定规律、达到一定程度后发生的。
在目前技术经济条件下,乃至今后一定时期内,要完全避免是不可能的。
但这些灾害又是可以防御的,随着研究的深入、经验的积累,依靠科技进步进行预测预报和积极治理,对灾害进行控制,减少灾害,减轻灾害损失是可能的。
2.6影响的多方面性
煤矿环境地质灾害影响到方方面面,如从矿工伤亡到对矿区群众心理影响;从直接经济损失到对间接经济损失的影响:
从灾害本身到对矿区环境质量的影响;从地质灾害到对矿群关系的影响;从煤矿经济损夫到对本地区经济发展的影响等。
由于其影响的多方面性,故对煤矿环境地质灾害的防治,影响到本地区的社会效益、经济效益和环境效益。
3煤矿地质灾害主要的种类及成因
3.1煤矿主要的地质灾害
3.1.1煤矿矿震
矿山开采、抽排地下水引起的地震活动,称为矿山诱发地震或矿震。
矿山地震在各类诱发地震中危害性最大,对其的监测与研究历史最长。
如果矿山地震发生在巷道或开采面处,就会严重破坏井下工程。
矿山地震是造成矿井死亡事故的主要自然灾害之一,随着矿山开采深度和强度的增加,矿山地震活动就越多。
(一)煤矿矿震特征及灾害
1.矿震震源浅,不仅地面建筑物易遭到损失,而且井下设施也会受到严重破坏,并引起人员伤亡。
如1977~1991年间,山东陶庄煤矿发生破坏性矿震180余次,摧毁巷道3000余m,伤亡90人。
2.矿震震级小,一般为2~3级,最大4.3级,波及范围不大,但造成的灾害往往比较严重。
如1977年4月28日辽宁北票煤田3.8级矿震,造成113间民房受损,几十家烟囱扭裂或倒塌,12人受伤,其中2人重伤。
3.煤矿矿震破坏程度随着井巷深度而增加
4.煤矿矿震往往引起矿区断层“复活”.矿震的发生又与开采有关,所以开代区边界断层部位比正常区破坏严重;远离开采层底砾岩层比距开采层较近的岩层开采区破坏严重;井巷工程位于岩层界面或其它较弱的介面比同一岩层破坏严重
5.随着矿震的发生,矿区的塌陷和岩爆、岩炮、岩石突出等矿山压力现象增多,程度增大。
6.矿震时,在强大的地应力作用下,岩层或煤层突然脱离母体向采空区闪射,同时产生强大的气流,引起井巷的破坏和人员伤亡。
如1982年1月7日山东陶庄煤矿发生2.7级矿震,使井下工作面的18名工人全被冲击波击倒。
(二)煤矿矿震成生环境
1.脆硬~软地层结构是煤矿矿震发生的内在介质力学环境
2.褶皱是煤矿矿震孕育发展,弹性能积累的构造环境
3.活动构造引起的“活化区”是煤矿矿震产生的动力环境
4.地下水丰富和雨量充足是煤矿矿震发生的外界诱发因子
5.煤矿采掘卸载是诱发煤矿矿震的外界动力因子
(三)煤矿矿震类型及面因机理
3.1.2煤矿突水
凡是井巷掘进或工作面回采过程中,接近或沟通含水层、被淹巷道、地表水体、含水断裂带、溶洞、陷落柱而突然产生的突水事故称矿井突水。
这是因为井下采掘活动破坏岩层天然平衡,采掘工作面周围水体在静水压力和矿山压力作用下,通过断层、隔水层和矿层的薄弱处进入采掘工作面。
矿井突水灾害的发生,煤矿多于其它矿山。
我国石炭纪和二叠纪煤层是主要的开采对象。
石炭、二叠纪煤层下伏地层为奥陶纪灰岩。
由于采矿时疏干排水或深降强排,产生水头差,于是灰岩地下水高水压在断层破碎带或隔水薄层地段会发生突水事故,造成突水灾害。
(一)突水征兆
矿井突水这一现象的发生与发展是有一个逐渐变化的过程,有的表现很快(一、二天或更短),有的表现较慢(采掘后半个月或数日),这与工作面具体位置,采场地质情况,水压力、矿山压力大小有关。
从开拓工作面开始,发展到突水的期间内,在工作面及其附近往往显示出某些异常现象,这些异常统称为“突水征兆”。
1.承压水与承压水有关断层水突水征兆
(1)工作面顶板来压、掉渣、冒顶、支架倾倒或折梁断柱现象;
(2)底软膨胀、底臌张裂;
这种征兆多随顶板来压之后发生,且较普遍。
在采掘面围岩内出现裂缝(特别是顶底板为脆性岩层),当突水量大、来势猛时,与底臌张裂的同时还伴有“底爆”响声。
在受压力最大地段,柔性岩层变薄,相应压力小的地段会出现增厚现象。
(3)先出小水后出大水也是较常见的征兆;
(4)采场或巷道内瓦斯量显著增大
这是因裂隙沟通、增多所致。
2.冲积层水突水征兆
(1)突水部位岩层发潮、滴水,且逐渐增大,仔细观察可发现水中有少量细砂;
(2)发生局部冒顶,水量突增并出现流砂,流砂常呈间歇性,水色时清,时混;总的趋势是水量砂量增加,直到流砂大量涌出;
(3)发生大量溃水、溃砂,这种现象可能影响至地表,导致地表出现塌陷坑。
3.老空水突水征兆
(1)煤层发潮、色暗无光。
须把煤壁挖去一薄层进行观察,若仍发暗,表明附近有水;若里面煤干燥光亮,则为从附近顶板上流下的“表皮水”所造成;
(2)煤层“挂汗”。
煤层一般为不含水和不透水,若其上或其它方向有高压水,则在煤层表面会有水珠,似流“汗”一样。
其它地层中若积水也会有类似现象;
(3)采掘面、煤层和岩层内温度低“发凉”。
若走进工作面感到凉且时间越长越感到凉;用手摸煤时开始感到冷,且时间越长越冷。
此时应注意可能会突水;
(4)在采掘面内若在煤壁、岩层内听到“吱吱”的水呼声时,表征因水压大,水向裂隙中挤压发出的响声,说明离水体不远了,有突水危险;
(5)老空水呈红色,含有铁,水面泛油花,和臭鸡蛋味,口尝时发涩;若水甜且清,则是“流砂”水或断层水。
(二)矿井突水水源的识别
1.地质、水文地质分析法
2.突水点位置和出水形态分析法
3.突水携出物分析法
4.地下水动态分析法
5.水质分析法
(三)矿井突水预测
1.易于突水构造部位或地段预测
2.采掘前的突水预测
主要是编制矿区或采区底板突水和导水陷落柱预测图
(四)矿井防水与堵水
1.矿井防水
地面防水:
河流改道、铺整河底、填堵通道、挖沟排(截)洪、排除积水等
井下防水:
防水闸门、防水墙和防水煤(岩)柱等
2.矿井注浆堵水
注浆材料与注浆工作程序
井筒注浆堵水
突水点(口)注浆堵水
井下注浆堵水
3.1.3煤和瓦斯突出
煤与瓦斯突出是煤体中突然喷出大量的瓦斯和粉碎煤的现象。
它可摧毁井巷,掀翻矿车和引起火灾、爆炸等灾害,是煤矿主要灾害之一。
1.煤与瓦斯突出特征及分类
(1)煤与瓦斯突出特征
随深度增加,煤与瓦斯
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 浅析 煤矿 地质灾害 成因 预防