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(chǎn)量居世界首位，占我國一次性能源生產(chǎn)和消費總量的75%左右。據(jù)預測，在未來20～50年內(nèi)，我國一次性能源生產(chǎn)和消費以煤炭為主的格局不會改變，因此，煤炭開采生產(chǎn)將仍然是我國能源開發(fā)、生產(chǎn)的主要工作。近幾年來，頂板事故的發(fā)生次數(shù)和由于頂板事故造成的死亡人數(shù)所占的比例都是煤礦各類事故中最高的，其中鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦頂板事故尤為突出，鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦頂板事故發(fā)生次數(shù)和死亡人數(shù)均占到所有頂板事故的70%以上。據(jù)統(tǒng)計，我國綜采面開機率為25%，從造成系統(tǒng)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(chǎn)時數(shù)與總時數(shù)的比值高達40%～60%，是造成高產(chǎn)高效工作面系統(tǒng)不可靠的主要因素(曹代勇等，2000，2002)。僅在淮南礦務(wù)局，自1989年以來，由于頂板事故造成壓架700余起，直接經(jīng)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(shù)占了煤礦總死亡人數(shù)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(shù)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(wěn)定性是確保安全、高效生產(chǎn)的基本條件，是地質(zhì)與采礦工程技術(shù)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(shù)比例近年來，我國東部地區(qū)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(zhuǎn)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(fā)，而且對巖性變化和構(gòu)造的預測愈來愈困難，煤層頂板穩(wěn)定性問題顯得尤為重要，因此，對煤礦頂板穩(wěn)定性進行分析研究是保證煤礦安全生產(chǎn)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(shù)占煤礦總死亡人數(shù)統(tǒng)計圖1.4 采煤工作面頂板事故發(fā)生類型圖1.5 全國煤礦死亡人數(shù)比例分布 ( 截至 2007 年底)煤層頂板跨落是煤礦生產(chǎn)中常見的災害，煤層頂板穩(wěn)定性受地質(zhì)條件和采掘工程的影響，因而頂板穩(wěn)定性問題是巖體結(jié)構(gòu)復雜性與井下工程適應(yīng)性和協(xié)調(diào)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(qū)設(shè)計和布置，因此在開采設(shè)計中準確了解巖體結(jié)構(gòu)及其對頂板穩(wěn)定性的影響，具有重要的理論和實際應(yīng)用價值。現(xiàn)今對煤層頂板的研究已形成了巖體結(jié)構(gòu)理論、礦壓理論和地質(zhì)模型、力學模型等理論和方法，地質(zhì)因素對煤層頂板穩(wěn)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(wěn)定性主要由頂板巖體力學性質(zhì)及巖體中應(yīng)力分布規(guī)律所決定，而頂板力學特征則受頂板地質(zhì)結(jié)構(gòu)的控制。煤層頂板條件分區(qū)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(jù)鉆探資料及礦井地質(zhì)資料中頂板巖體分布規(guī)律、地質(zhì)構(gòu)造特征及地應(yīng)力場因素，結(jié)合采面頂板特征進行綜合評價。但是，煤層頂板穩(wěn)定性受多種地質(zhì)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(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件和頂板的巖石力學參數(shù)等因素影響，而這些因素間的定量關(guān)系及研究方法有待進一步作深入分析; ②以往對頂板構(gòu)造、巖性變化分析及頂板穩(wěn)定性分區(qū)及評價、預測都是利用鉆探、測井等傳統(tǒng)地質(zhì)手段，由于工程量的限制和地質(zhì)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(zhì)數(shù)據(jù)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(xiàn)，急需采用一個先進的平臺管理不同屬性的地質(zhì)數(shù)據(jù)來生成各種專題圖件，因此，對煤層頂板穩(wěn)定性分析和采用先進的勘探技術(shù)和高效的計算機技術(shù)等手段來預測和評價具有重大意義。計算機技術(shù)迅猛發(fā)展，空間地理信息系統(tǒng)、地球物理勘探技術(shù)特別是三維地震勘探、數(shù)字測井等方法在煤礦深部開采中的廣泛應(yīng)用，微觀及宏觀探測、防治技術(shù)與理論方法研究的進展，都為煤層頂板穩(wěn)定性的預測和評價的研究奠定了堅實的工作基礎(chǔ)。煤層頂板穩(wěn)定性受多種因素影響，涉及大量的空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)，用一般手段難以實現(xiàn)研究目標和指導生產(chǎn)、管理，而地理信息系統(tǒng) ( GIS) 能處理這種大量的、空間的、且有屬性的數(shù)據(jù)，而且可方便地生成各種專題圖件，實現(xiàn)煤層頂板穩(wěn)定性的定量化預測。本書利用 GIS 技術(shù)把三維地震、數(shù)字測井與礦井地質(zhì)資料有機結(jié)合對煤層頂板穩(wěn)定性進行評價預測，即: 以 GIS 為平臺，對多源數(shù)據(jù) ( 以三維地震數(shù)據(jù)為主，并結(jié)合鉆探、測井、礦井地質(zhì)等各種與煤炭開采活動相關(guān)的地質(zhì)數(shù)據(jù)) 進行復合處理，通過對影響煤層頂、底板穩(wěn)定性的多個因素進行逐一分析，建立煤層頂板穩(wěn)定性評價模型，從而預測工作區(qū)各部分的煤層頂板穩(wěn)定程度，以指導實際生產(chǎn)。
備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。