预防矿山地质环境灾害的对策研究

维普资讯 http://www.cqvip.com 煤炭工程　２００２年第ｌ０期　黄桂芝（黑龙江科技学院董鸡西平　１５８１０５）　摘要：矿山地质环境灾害在我国自然灾害中占有较大的比重。本文深入分析了现阶段　矿Ｉ　地质环境灾害预防工作的现状与问题，并从管理、监测、地质规律研究、地质灾害防治理论　及技术手段等方面，提出了机关对策。　关键词：矿山安全；地质环境；灾害；对策　中图分类号：ＴＤ７７　１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—０９５９（２００２）１０一ＯＯ４Ｏ一０３　加大，对矿区地质环境影响和破坏的深度和广度进一步加　０　前　言　随着浅部矿产资源量的锐减，矿产资源开采深度已逐步　剧矿区地质环境灾害发生的可能性和实际发生率都有较大　，提高，如矸石山堆积和采矿岩移诱发的山体滑坡、山崩、泥石　５结论　根据显德汪煤矿１２９１工作面实际观测数据，通过对９＃煤　层底板岩体采动破坏效应的有限元模拟分析，得出如下结论：　１）在采动过程中，工作面及围岩应力分布具有复杂状　态，在工作面上、下出口的煤壁内是应力集中的部位，下出口　的煤壁是应力集中最严重的部位。无论是开采初期，还是开　采一定距离的范围内，下出口应力差值明显大于上出口应力　差值，表明下出口煤层底板岩体受到的应力作用强烈，其结　图２　＋８０ｍ水平开采结束后的围岩垂直位移分布图　果是煤层底板破坏深度将大于上出口。矿山的地应力，无论　是最大主应力，还是中间主应力及最小主应力，均随深度增　加而增大。因此，深部开采将会遇到比浅部较多的地应力问　题。　（图中双线空白区域为采空区，负值为向下位　移，正值为向上位移，单位为ｒｎ）　４．２经验公式　由有限元分析计算结果、工作面突水实例及室内分析计　算表明，底板破坏深度与工作面倾斜长度、埋深、采高有一定　的相关关系。应用数理统计方法，可以得出底板破坏深度与　上述诸因素的关系式：　ｈ＝０．０１１３Ｈ＋６．２５　（Ｌｘ／４０．０）＋２．５２　（Ｍ／１．４８）　２）煤层底板位移与应力变化规律有较好的对应关系，根　据位移模拟结果，９＃煤层底板岩体最大破坏深度为９．１３ｍ。　３）利用有限元计算程序模拟了＋８０ｍ水平煤层回采后，　煤层底板破坏区的分布，根据破坏区中心点座标计算结果，９　＃煤层底板最大破坏深度为９．１５ｍ。利用数理统计方法，求　出了煤层底板破坏深度的计算公式。　参考文献：　式中ｈ——底板破坏深度（ｒｎ）；　煤层埋藏深度（ｒｎ）；　ｋ——Ｅ作面倾斜长度（ｒｎ）；　Ｍ——煤层采高（ｒｎ）。　计算结果表明，工作面倾斜长度对厶ｈ的影响最大，其　次是埋深，采高对底板破坏深度影响最小。　［１］李海梅，关英斌，金瞰昆．利用应力解除法测量显德汪　煤矿地应力．河北建筑科技学院学报，２００（１），６７—６９．　（责任编辑章新敏）　＊收稿日期：２００２—０７—３０　作者简介：黄桂芝，女，１９６２年１１月生，黑龙江科技学院副教授，已在国家级及省部级期刊上发表论文近２０篇，专业方　向为复杂地质条件下过断层找矿理论、矿山环境、资源环境。　・４０・　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２年第１０期　煤炭　工程　流、矸石山滑塌；采矿过程中释放和产生的有毒有害气体及　粉尘，导致中毒、窒息、燃烧、爆炸、尘肺病等：采动影响诱发　的冒顶、片帮、矿井水突出、煤与瓦斯突出和地面建筑物倒　煤矿雇佣的大多是外来民工，素质较低一有的煤矿甚至靠　“干一天活给一天现钱”来吸引劳力，例如，黑龙江省鹤岗矿　务局南山公司一井，２００１年５月８日发生了死亡５４人的特大　塌、断裂等灾害事故等，给人民生命和国家财产造成巨大的　损失，有时甚至是毁灭性的灾害，严重制约矿山的可持续发　展。　事故，事故的遇难工人，除一名职工为公司正式职工外，其余　都是来自辽宁、安徽、山东和黑龙江省本地的临时工。国家　规定的新工人人井前要经过不少于３０天的安全培训根本无　从谈起，工人缺乏基本的安全生产常识。据统计，近５年黑　龙江省发生的瓦斯爆炸事故中，竞有２４起是井下工人吸烟　所致。　另一方面，随着经济改革的深化和新一轮经济的加　速发展，安全管理与环节出现了很多不适应或脱钩情　况。２００２年上半年，我国矿山安全事故已达２０１４起，死亡　３３９３人，事故主要集中在矿山地质环境方面。种种迹象表　明，从１９９９年下半年开始，我国正在经历第五次安全事故频　发的高峰期。从行业对比来看，矿山属于第一类危险行业。　因此，对矿山地质环境灾害预防工作的现状进行深人、　系统的分析，并在此基础上研究和探索预防矿山地质环境灾　害的对策，对于矿山可持续发展具有非常重要的意义。　ｌ现阶段矿山地质环境灾害预防工作中存在的不　足　１）大多数国有矿山企业效益差，呈现衰败企业特征，在　矿山环境监测和安全生产方面投人不足，以煤矿为例，目前　煤炭行业结构不合理的状况仍很突出。煤炭行业的普遍特　点是企业产品单一、产业链条短、替代产业层次低、参与市场　竞争能力不强、经济效益低下，多数国有煤炭企业由于资源　约束和成本上升，大都处于经营困难状态，只能勉强维持生　产，无力投人环境监测和安全装备，甚至难以保证正常的设　备完好，留下大量隐患而导致事故的发生。可以说矿区的环　境监测和安全生产没有足够的资金保障，问题日益严重　例如，２０００年９月２７日，贵州省水城矿务局木冲沟煤矿　发生的造成１６２人死亡的特大瓦斯煤尘爆炸事故，就是由于　矿灯老旧，现场人员违章拆卸矿灯引起火花造成的　该矿按　规定至少应有完好的矿灯１５６８盏，实际缺少４１７盏，而且其　中２９６盏属超期服役，５４盏已报废的矿灯仍在使用，工人在　井下拆卸矿灯、更换灯泡、更换灯池、用铁丝代替灯盒内连接　条等违章现象经常发生。该矿机电设备老化、超期服役、长　期带病运转现象普遍。矿井主要设备３１０台件．有８６台件超　期服役，电机经常烧坏，局部通风机经常跳闸，无计划停风停　电严重，正在使用的１４台刮板输送机有５台报废再用，５台　超期服役　另外，该矿没有按规定配备和使用便携式瓦斯检　测仪，也未配备自救器，即无法预警，又无法避免事故波及人　员的增多。　与设备安全欠账相比，更为可怕的是井下人员素质欠　账，这给“火药桶”般的煤矿，又装上了导火索。黑龙江省小　２）管理分散，没有统一机构　我国矿山现行的地质环境管理属分散型，地质、测　量、采矿、通风、安全等方面均单独管理，不利于综合性研究　工作的开展，而许多矿山事故的发生，如山体滑坡、地面塌　陷、瓦斯爆炸、冒顶、片帮等是多方面环境因素所致。因此，　分散的管理不利于矿山事故的预防。　３）监测系统不健全　事故的发生有一个从量变到质变的发展过程。由于矿　山建设和开采活动引起的矿山故事的预兆区在井下，因此，　首先应建立比较完善的井下地质环境监测系统。目前，我国　大部分矿山没有建立比较完善的井下监测系统，不能及时准　确地掌握井下地质环境的动态变化情况。　４）对矿区构造规律、岩石组合特征及矿山建设和开采活　动对矿区地质环境影响的研究不足　任何事故的发生均具有一定的必然性，矿山事故更是如　此。矿区滑坡、崩塌、地面塌陷、构造地震、瓦斯突出或爆炸、　矿井突水或淹井等事故的发生首先受矿区构造规律和岩石　组合特征的影响和控制，构造规律和岩石特征是矿山事故发　生的基础。其次，矿山建设和开采活动对矿区地质环境的影　响也是事故发生的另一个重要因素，矿山建设和开采活动是　矿山事故发生的条件。矿区构造规律、岩石组合特征及矿山　建设和开采活动对矿区地质环境的影响综合作用构成了矿　山事故发生的隐患。预防矿山事故的发生首先应对上述两　项内容进行综合、系统、深人、细致的大量研究工作，否则，无　法从根本上预防事故的发生。目前，全国大部分矿山在这方　面所进行的研究工作明显不足，满足不了复杂情况下实际工　作的需要，构成了矿山安全工程中的薄弱环节。　２预防矿山地质环境灾害的对策　１）加大经费投入和职工培训力度　加大国家在矿业行业结构调整中干预的力度，促进新型　矿业经济的崛起和发展，使其可以在矿区环境监测和安全生　产方面有较充足的资金投人。同时，应加强职工培训，首先　・４１　・　维普资讯 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煤炭　工程　２００２年第１０期　把安全培训纳入重要议事日程，尤其是矿长等矿山的经营管　理者和特殊工种人员必须依法培训，做到持证上岗。在培训　缩小到小面域或小条带，另外还可进行矿山工程对环境影响　的数理模拟，矿山采区突水灾害的空间模拟等。因此，３ｓ技　术的辅助监测对井下地质环境监测是一个重要的补充和辅　助，应大力加强这方面的研究工作。　５）建立矿山环境地质灾害管理信息系统　这种信息系统是以矿区地理空间和环境信息管理为目　标的技术服务系统，它以地理信息系统的计算机硬、软件系　统为技术支撑，以井下监测数据、遥感信息、ＧＩＳ和ＧＰＳ提供　的原始数据及数理模拟结果为基本信息源，应用系统分析、　过程中将培训、考试、验收三分离，保证培训质量。　２）统一机构，统一管理　应在矿山建立集地质、测量、采矿、通风、安全、运输于一　体的矿区地质环境监测及研究机构，以便于在各专业领域分　工负责的基础上，将相关专业领域更好地联系起来，以便于　对矿山建设和开采过程中矿区地质环境进行更有效的监测　和研究。矿级领导应高度重视并大力支持其开展工作，矿区　各部门应给予积极配合。　３）建立并完善井下动态监控系统　①瓦斯、矿尘、一氧化碳、温度、湿度、硫化氢、二氧化碳　等井下空气环境监测系统。对井下瓦斯、矿尘、一氧化碳、二　氧化碳、温度、湿度、硫化氢等空气环境的监测可由自动控制　系统完成。该系统由各式各样的传感器采集全矿井的空气　环境参数和各种生产参数的数据，通过传输系统传送到地面　控制室，由计算机进行加工，显示和存储，也可以于传输　前在井下分站进行一次处理。根据处理结果，对超过规定值　的参数给予报警显示，对出现的故障进行自动调整处理。同　时，也可以进行人工干预，由调度员通过指令实现遥控。通　过这样一套系统，可连续监测数据，屏幕显示图形和经过数　据处理得到的各种图表，及时掌握全矿井的空气环境参数和　生产状态，保证全矿井的安全和生产的连续均衡，防止重大　事故发生。　②岩移监测。主要监测采矿活动对顶底板的破坏作用，　监测内容包括岩体移动方向、速度；井巷及工作面的收缩、变　形：地表移动方式类型、规模、范围；岩体应力、应变；支护及　充填体应力变化；岩体强度等。　③矿井水环境的动态监测。矿井水环境监测的主要内　容是地表水及地下水的分布状况、地下水水压、地下水渗流　规律、岩溶陷落柱分布的预测、岩溶陷落柱受采动影响的发　展趋势等。　４）“３Ｓ”技术的辅助监测　３ｓ（ＲＳ、ＧＰＳ、ＧＩＳ）技术，即遥感、全球定位系统和地理信　息系统构成了现代地球信息科学技术的主体，它不仅为研究　全球变化、区域环境保护和可持续发展提供了强有力的科技　手段，发挥了重要作用，在矿区环境及灾害动态综合监测与　方向，也有很大的用武之地，如矿区地表塌陷区的遥感　研究及根据遥感图像判译并结合地质、采矿资料进行多因素　综合分析，可以使岩溶陷落柱的探测工作能从大面积的普查　・４２・　综合分析的方法对矿区地理空间、地质、采矿等信息进行存　储、处理、综合分析评价、实现有关信息的动态反馈和调整，　以达到预防矿山突发事故的目的。　６）加强对矿区构造规律、岩移规律及地下水活动规律的　影响　一般说来，矿区中小型构造控制着瓦斯涌出、地下水活　动，而且对岩石移动也有一定影响。因此，应大力加强这些　方面的研究工作，尤其是地质条件比较复杂的矿区更要加强　这些方面的研究工作，以便对重点区域进行重点监测。　７）加强矿山灾害防治基础理论及技术手段的研究工作　学科及专业领域间的交叉正不断地拓展各专业领域的　研究范围，从而使各领域的研究均向深入、综合的方向发展，　同时，用新的方法，综合不同学科的技术，对它们进行高层次　的非线性组合，可以得到更高的技术。在矿井灾害防治基础　理论及技术手段的研究方面也不例外，如软岩工程理论、瓦　斯液相水合物的研究及瓦斯防治技术、地下水渗流规律的研　究等方面都有很广阔的研究前景。我们应大力加强矿井灾　害防治基础理论及技术的研究工作，以便于我们在该领域的　理论研究和技术手段方面可以不断进步，更好地预防矿山事　故的发生。　参考文献：　［１］盛业华，郭达志，张书毕，等．工矿区环境动态监测与分　析研究．地质出版社，２００１．　［２］　刘相国．山西煤矿区地质环境恶化的原因及防治对策．　煤矿环境保护，１９９８．４．　［３］王汝林．矿井环境传感技术．中国矿业大学出版社，　１９９８．　（责任编辑章新敏）