煤矿灾害与防治.ppt
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1、煤矿地质灾害与防治,安徽理工大学资源与环境工程系 姚多喜 E-mail:手,煤矿地质灾害概述,一、几个名词1.灾害“灾害”是针对人类社会而言,没有人类社会就无所谓灾害事件与灾害损失。灾害是指:为自然界或人为活动所引起的、危灾人类生命财产和生存条件的各类事件。,煤矿地质灾害概述,2.自然灾害通常指自然变异为主因而产生的,并表现为自然态的灾害。根据成生机制自然灾害可分为:(1)由大气圈变异活动引起的气象灾害和洪水例如:台风、霜冻、热带低气压等(2)由水圈变异活动引起的海洋灾害与海岸带灾害例如:海啸、海平面上升等(3)由岩石圈活动引起的地质灾害例如:地震、泥石流、滑坡、地裂缝、矿井突水突瓦斯、地面塌
2、陷、火山、地面沉降、土地盐碱化、沙漠化、水土流失等(4)由生物圈变异活动引起的农、林病虫草灾例如:森林火灾、农业气象灾害等,煤矿地质灾害概述,3.人为灾害由人为活动引起表现为人为态的灾害。例如:城市火灾、交通事故环境恶化等4.环境地质灾害5.煤矿地质灾害在煤炭开采过程中,由于自然的或人为的因素破坏了地质环境的平衡,引起地质环境的反馈所产生的灾害以及由这些灾害衍生的次生灾害统称为煤矿地质灾害.,煤矿地质灾害概述,二、煤矿地质灾害的分类1.根据灾害持续时间分类(1)突发性地质灾害 这类灾害具有突发、高能、危害性大和持续时间短的特点,如:井下突水、突泥(数分钟 数天)、瓦斯和煤尘爆炸(数秒钟)、煤与
3、瓦斯突出(数秒钟)等.,煤矿地质灾害概述,(2)渐发性地质灾害 这类灾害包括沙漠化(年平均增长率1 3)、地面沉降(数毫米 数厘米年)、土地盐渍化(数年数百年)、水土流失(数年 数千年)、地方病(数年数百年)、煤层及煤矸石自燃(数年数十年)等,具有发生相对缓慢、危害不甚剧烈但持续时间较长的特点。,煤矿地质灾害概述,(3)可突发也可渐发的地质灾害 由于地质环境的复杂性和多样性,以及外力地质作用的强弱变化,下列地质灾害可以是突发的,也可以是渐发的:滑坡(数秒数百年)、地裂缝(数分钟数十年)、岩溶塌陷(数分钟数十年)、岸边坍塌(数秒数十年)。,煤矿地质灾害概述,2.根据动力作用方式划分 地质灾害划分
4、为两大类5亚类:(1)自然动力类型地质灾害 a.内动力地质灾害:例如地裂缝、岩溶塌陷等 b.内动力地质灾害可诱发的灾害:例如井下突水突砂、泥石流等 c.自然外动力地质灾害:例如水污染、大气污染,煤矿地质灾害概述,三、煤矿地质灾害的特点 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。,煤矿地质灾害概述,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
5、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。,煤矿地质灾害概述,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
6、污染,主要分布于煤层含硫较高的华南地区。,煤矿地质灾害概述,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200 400 m 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。,煤矿地质灾害概述,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
7、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。,煤矿地质灾害概述,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。,煤矿地质灾害概述,四、煤矿地质灾害发生的原因 煤矿地质灾害发生的原因,可归纳为两种,一种是客观上的原因,一种是主观上的原因。1.客观原因 目前由于科学技
8、术发展程度,采矿活动仅是在地球表面和岩石圈范围内进行的。以后科技发展了到月球和其它星球采矿就另当别论了。采矿前的地球表面和岩石圈是平衡的。采矿过程,从地壳内部挖出了极为巨大量的矿石和岩石。诚然,不论采矿的手段是钻采、坑采,还是露天开采,还是液采,实际上都是肢解地壳的机体,都是从地壳“机体”中挖“肉”,“肉”挖出后,留下千疮百孔的空洞。这就使本来呈自然平衡的地壳,出现了新的不平衡和不谐调,导致了地壳物质的不稳固性。这是诱发矿山地质灾害的本质原因。,煤矿地质灾害概述,采矿特别是地下采矿必须要排净矿坑下积水和处理地层漏水,这又造成地下水的不平衡,进而导致地层的不平衡性和不稳定性。在采矿过程中,如果不
9、按科学手段进行,滥采乱挖,必然会导致矿坑突水,冒顶,偏帮,瓦斯爆炸等灾害的发生.矿业活动不仅是采矿过程,而且也包括选矿和冶炼加工。采矿,尤其是选矿和冶炼不可避免的要用水和火来处理。因此,矿业过程,必然产生三废,即废气、废水和废渣。三废的排放和堆积,对周围环境,对周围农田、森林、草地、湿地,对地表水和地下水,对人类的健康都造成极大的危害,从而也加剧了地壳的不稳定性。,煤矿地质灾害概述,2.主观原因 相当长时期以来,地方和民营小煤矿等如雨后春笋般发展,它们与国营大矿山争夺资源或单独或寄生于国营大矿山之上,每个小矿山在大矿山上挖一个洞,宛如一个个疮疤,极易发生瓦斯泄露和透水等事故。近年来,矿山腐败现
10、象滋生,有的国营矿山也变相地转为私人承包,不注意安全生产。他们只求增产,不顾矿工死活,欺上瞒下,谋取暴利,中饱私囊。这是煤矿地质灾害频繁发生的一个不可忽视的原因,煤矿地质灾害概述,五、煤矿地质灾害研究的重要性及主要内容 1.重要性 中华人民共和国国务院于2006年1 月20日发布文件国务院关于加强地质工作的决定(国发20064号)全文共分五部分24条决定,其中第六条“做好矿山地质工作”、第八条“强化地质灾害和地质环境调查监测”等近10条与煤矿地质灾害与安全生产有关。,煤矿地质灾害概述,2.研究的主要内容(1).从地质学和地质环境的角度研究煤矿地质灾害的发生、发展及演化的机制和变化趋势,进而开展
11、有效的预防和治理;(2).从环境科学的角度,研究地质灾害对煤矿区的水环境、大气环境、土壤环境和生态环境等的破坏机理和相互影响,提出有针对性的预防和治理措施;(3).研究煤矿地质灾害产物可改造和可利用的一面,探讨以废治废、化害为利、变废为宝的途径。,煤矿地质灾害概述,六、目前煤矿地质灾害研究存在的主要问题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;,煤矿地质灾害概述,3.多数
12、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。,煤矿的主要地质灾害,由于矿业活动诱发的地质灾害,主要是人为地质作用所致,基本涵盖了除火山地质灾害以外的所有地质灾害
13、。这些地质灾害有:洞井塌方、冒顶、偏帮、鼓底、岩爆、高温、突水、滑坡、泥石流、瓦斯爆炸、沙漠化、盐碱化、三废污染、地方病、煤层自燃和矿震等。现将主要的矿山地质灾害简述之。,煤矿的主要地质灾害,一、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。,煤矿的主要地质灾害,(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
14、引起人员伤亡。如19771991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。,煤矿的主要地质灾害,2.矿震震级小,一般为23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。,煤矿的主要地质灾害,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
15、破坏严重,煤矿的主要地质灾害,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。,煤矿的主要地质灾害,(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
16、动力因子(三)煤矿矿震类型及面因机理,煤矿的主要地质灾害,二、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。,煤矿的主要地质灾害,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。,煤矿的主要地质
17、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”。,煤矿的主要地质灾害,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
18、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。,煤矿的主要地质灾害,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。,煤矿的主要地质灾害,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
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