煤礦頂板安全事故、特點

我國是一個煤炭資源大國(資源量約為5×1012t)，煤產量居世界首位，占我國一次性能源生產和消費總量的75%左右。據預測，在未來20～50年內，我國一次性能源生產和消費以煤炭為主的格局不會改變，因此，煤炭開采生產將仍然是我國能源開發、生產的主要工作。近幾年來，頂板事故的發生次數和由于頂板事故造成的死亡人數所占的比例都是煤礦各類事故中最高的，其中鄉鎮煤礦頂板事故尤為突出，鄉鎮煤礦頂板事故發生次數和死亡人數均占到所有頂板事故的70%以上。據統計，我國綜采面開機率為25%，從造成系統工作面不可靠及事故的影響因素來看，由頂板事故、工作面端面頂板冒落所造成的工作面停產時數與總時數的比值高達40%～60%，是造成高產高效工作面系統不可靠的主要因素(曹代勇等，2000，2002)。僅在淮南礦務局，自1989年以來，由于頂板事故造成壓架700余起，直接經濟損失1.1億元。新中國成立以來，我國煤礦上因頂板事故死亡人數占了煤礦總死亡人數的很大比例，2004年、2005年中國煤礦安全事故比例(圖1.1)及中國煤礦死亡人數比例(圖1.2至圖1.5)顯示，若能將大的惡性瓦斯事故有效控制，影響煤礦安全最大的問題是頂板安全問題(曹慶奎等，2004)。因此煤層頂板穩定性是確保安全、高效生產的基本條件，是地質與采礦工程技術人員重點研究的課題。圖1.1 中國煤礦安全事故比例圖1.2 中國煤礦死亡人數比例近年來，我國東部地區新建礦井大多以深部開采為主，而東部許多老的主力礦井也相繼轉入深部開采。隨著開采深度的增加，煤層頂板壓力逐漸增加，深部煤層頂板跨落嚴重，礦山災害頻發，而且對巖性變化和構造的預測愈來愈困難，煤層頂板穩定性問題顯得尤為重要，因此，對煤礦頂板穩定性進行分析研究是保證煤礦安全生產亟待解決的實際問題。圖1.3 1953～2004 年中國頂板安全事故死亡人數占煤礦總死亡人數統計圖1.4 采煤工作面頂板事故發生類型圖1.5 全國煤礦死亡人數比例分布 ( 截至 2007 年底)煤層頂板跨落是煤礦生產中常見的災害，煤層頂板穩定性受地質條件和采掘工程的影響，因而頂板穩定性問題是巖體結構復雜性與井下工程適應性和協調性的綜合反映，煤層頂板條件直接影響到采掘方式、支護形式、采區設計和布置，因此在開采設計中準確了解巖體結構及其對頂板穩定性的影響，具有重要的理論和實際應用價值。現今對煤層頂板的研究已形成了巖體結構理論、礦壓理論和地質模型、力學模型等理論和方法，地質因素對煤層頂板穩定性起控制作用，頂板類型的劃分及綜合評價和預測對于頂板管理有重要指導作用。對于礦井采掘工程，煤層頂板穩定性主要由頂板巖體力學性質及巖體中應力分布規律所決定，而頂板力學特征則受頂板地質結構的控制。煤層頂板條件分區及綜合評價是開采方式選擇及頂板管理的前提，在準備采面頂板條件評價中，一般根據鉆探資料及礦井地質資料中頂板巖體分布規律、地質構造特征及地應力場因素，結合采面頂板特征進行綜合評價。但是，煤層頂板穩定性受多種地質因素的影響，存在下面幾個問題: ①煤層頂板主要受到巖性、地質構造、水文地質條件和頂板的巖石力學參數等因素影響，而這些因素間的定量關系及研究方法有待進一步作深入分析; ②以往對頂板構造、巖性變化分析及頂板穩定性分區及評價、預測都是利用鉆探、測井等傳統地質手段，由于工程量的限制和地質研究方法的局限性，很難進行頂板空間展布的精確研究; ③龐大的地質數據信息處理，要求生成方便、直觀和精確充實的專題圖件難以實現，急需采用一個先進的平臺管理不同屬性的地質數據來生成各種專題圖件，因此，對煤層頂板穩定性分析和采用先進的勘探技術和高效的計算機技術等手段來預測和評價具有重大意義。計算機技術迅猛發展，空間地理信息系統、地球物理勘探技術特別是三維地震勘探、數字測井等方法在煤礦深部開采中的廣泛應用，微觀及宏觀探測、防治技術與理論方法研究的進展，都為煤層頂板穩定性的預測和評價的研究奠定了堅實的工作基礎。煤層頂板穩定性受多種因素影響，涉及大量的空間數據及屬性數據，用一般手段難以實現研究目標和指導生產、管理，而地理信息系統 ( GIS) 能處理這種大量的、空間的、且有屬性的數據，而且可方便地生成各種專題圖件，實現煤層頂板穩定性的定量化預測。本書利用 GIS 技術把三維地震、數字測井與礦井地質資料有機結合對煤層頂板穩定性進行評價預測，即: 以 GIS 為平臺，對多源數據 ( 以三維地震數據為主，并結合鉆探、測井、礦井地質等各種與煤炭開采活動相關的地質數據) 進行復合處理，通過對影響煤層頂、底板穩定性的多個因素進行逐一分析，建立煤層頂板穩定性評價模型，從而預測工作區各部分的煤層頂板穩定程度，以指導實際生產。
備注：數據僅供參考，不作為投資依據。