礦山地質災害課件

1、礦山地質災害概述礦山是人類工程活動對地質環(huán)境影響最為強烈的場所之一。礦山地質災害因大規(guī)模采礦活動而使礦區(qū)自然地質環(huán)境發(fā)生變化，產生影響人類正常生活和生產的災害性地質作用或現(xiàn)象。采礦對礦區(qū)環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在礦坑疏干排水造成地面塌陷，泉水枯竭，河水斷流和區(qū)域地下水位下降；深井排水或注水誘發(fā)地震；地面開挖，地下采掘引起崩塌，滑坡，地面開裂與沉陷；礦山地質災害種類環(huán)境因素作用形式主要地質災害種類地表環(huán)境地下采空 地面及邊坡開挖爆破及震動地下水位降低 廢水排放廢渣，尾礦排放尾礦庫潰壩 煤層自燃采空區(qū)地面塌陷山體開裂崩塌，滑坡，泥石流水土流失與土地荒漠化巖溶塌陷采礦誘發(fā)地震水環(huán)境地下水位降低廢水排放廢渣

2、，尾礦排放水質污染水動力條件改變井，泉枯竭海水入侵采場環(huán)境地下采空 地面及邊坡開挖爆破及震動地下水位降低地下熱害坑道變形露采邊坡失穩(wěn)粉塵煤與瓦斯突出突水，崩泥巖爆礦山與地下工程地質災害冒頂垮幫巖爆煤與瓦斯突出礦井突水返回冒頂垮幫特征及其影響因素：地下洞室開挖后，由于御荷回彈，應力和水分的重新分布常使圍巖的性狀發(fā)生變化。如果圍巖巖體曾受不了回彈應力或重新分布應力的作用，就會發(fā)生變形或破壞。征兆：頂板掉渣由小而大，又稀變密，裂隙數(shù)量增多、寬度加大，煤幫煤質在高壓下變軟，支架壓壞、折斷瓦斯涌出量突然增多，淋水量增大等。返回脆性圍巖掩體結構變形 破壞形式產生機制塊體狀結構及厚層狀結構張裂塌落拉應力集中

3、造成的張裂劈裂剝落壓應力集中造成的拉裂剪切滑移及剪切碎裂壓應力集中造成的剪切破壞及滑移拉裂巖爆壓應力高度集中造成的突然而猛烈的脆性破壞塑性圍巖巖體結構變形 破壞形式產生機制中薄層狀彎折內鼓御荷回彈應力集中造成的彎曲拉裂碎裂碎裂松動壓應力集中造成的剪切松動層狀塑性擠出壓應力集中作用下的塑性流動膨脹內鼓水分重新分布造成的剪切松動散體塑性擠出壓應力作用下的塑流塑流涌出松散飽和水巖體的懸浮流塑中立坍塌重力下作用的坍塌采空區(qū)處理方法填充法：及時用碎石、尾礦砂、水沙、混凝土等物質填充采空區(qū)，從而起支撐頂板，減小其承受上覆巖土體壓力的作用。崩落法：利用深孔爆破的方法將采空區(qū)圍巖崩落，填充采空區(qū)。支撐法：以礦

4、柱或支架等支撐采空區(qū)，防止其發(fā)生危險變形。封閉法：封閉不影響主礦體開采、主礦道的小采空區(qū)。返回巖爆巖爆又稱沖擊地壓，是指承受強大地壓的脆性煤、礦體或巖體，在其極限平衡狀態(tài)下受到破壞時向自由空間突然釋放能量的動力現(xiàn)象，是一種采礦或隧道開挖活動誘發(fā)的地震。在煤礦、金屬礦和各種人工隧道中均有發(fā)生。返回巖爆的類型和特點圍巖表部巖石破裂引起的巖爆：在深埋隧道或其它類型地下洞室中發(fā)生的中小型巖爆多屬于這種。巖爆發(fā)生時常發(fā)出如機槍射擊的噼噼啪啪響聲，故被稱為巖石射擊。一般發(fā)生在新開挖的工作面附近，掘進爆破后23h，圍巖表部巖石發(fā)生爆破聲，同時有中間厚、邊部薄的不規(guī)則片狀巖塊自洞壁圍巖中彈出或剝落。這類巖爆多

5、發(fā)生于表面平整、有硬質結核或軟弱面的地方，且多平行于巖壁發(fā)生，事先無明顯的預兆。巖爆的類型和特點礦柱圍巖破壞引起的巖爆：在埋深較大的礦坑中，由于圍巖應力大，常常使礦柱或圍巖發(fā)生破壞而引起巖爆。這類巖爆發(fā)生時通常伴有劇烈的氣浪和巨聲，甚至還伴有周圍巖體的強烈振動，破壞力極大，對地下采掘工作常造成嚴重的危害，被稱為礦山打擊或沖擊地壓。在煤礦中，這類巖爆多發(fā)生于距坑道壁有一定距離的區(qū)域內。巖爆的類型和特點斷層錯動引起的巖爆：當開挖的洞室或坑道與潛在的活動斷層以較小的角度相交時，由于開挖使作用于斷層面上的正應力較小，降低了斷面的摩擦阻力，常引起斷層突然活動而形成巖爆，這類巖爆一般發(fā)生在活動構造區(qū)的深礦

6、井中，破壞性大，影響范圍廣。巖爆的產生條件與發(fā)生機制巖爆條件內在條件：存在高儲能體及其應力接近于巖體極限強度。外在條件：某些因素圍巖內高儲能體的形成條件：巖體能夠儲聚較大的彈性應變能。在巖體內部應力高度集中。巖爆的預測及防治巖爆的監(jiān)測預報：在實驗室內測量煤巖或巖塊的力學參數(shù)，依據(jù)彈性變形能量指數(shù)判斷巖爆的發(fā)生幾率和危險程度。現(xiàn)場觀測，通過觀測聲響、震動，在掘進面上鉆進時觀察測量鉆屑數(shù)量等進行預測預報。預測預報方法：鉆屑法或巖心餅化法、地球物理法、位移測試法、水分法、溫度變化法、統(tǒng)計法、地震波預測法、聲發(fā)射（A-E）法。巖爆的預測及防治設計階段的防治對策：洞軸線的選擇、洞室斷面形狀選擇施工階段策

7、：超前應力解除法、噴水或鉆孔注水促進圍巖軟化、選擇合適的開挖方式、減少巖體暴露的時間和面積、巖爆發(fā)生的處理措施合理選擇圍巖的支護加固措施：噴混凝土或鋼纖維噴混凝土加固、鋼筋網噴混凝土加固、周邊錨桿加固、格柵鋼架加固、必要時可采取超前支護。返回煤與瓦斯突出在煤礦地下開采過程中，從煤（巖石）壁向采掘工作面瞬間突然噴出大量煤（巖）粉和瓦斯（CH, CO）的現(xiàn)象，稱為煤與瓦斯突出。大量承壓狀態(tài)下的瓦斯從煤或圍巖裂縫中高速噴出的現(xiàn)象稱為瓦斯突出。返回煤與瓦斯突出特征及影響因素煤與瓦斯突出是地應力和瓦斯氣體體積膨脹力聯(lián)合作用的結果，通常以地應力為主，瓦斯氣體為輔。煤與瓦斯突出的基本特征是固體煤塊（煤）在瓦

8、斯氣流作用下發(fā)生遠距離快速運移，煤、碎塊和粉塵呈現(xiàn)分選性堆積，顆粒越小被拋得越遠。特點：瓦斯擴散速度大、濕度小，煤的力學強度低且變化大、透氣性差。影響因素礦區(qū)的地質構造條件地應力分布條件煤質軟硬程度煤層產狀以及厚度和埋深一般來說，煤層埋深大，突出的次數(shù)多，強度也大。煤與瓦斯突出的預防措施首先開采沒有突出危險或突出危險性較小的煤層。在有突出危險的煤層內均勻布置鉆孔并預先抽放一定時間的瓦斯以降低瓦斯壓力與瓦斯含量，并使地應力下降、煤層強度增加。在工作面前方一定距離的煤體內，超前鉆探一定數(shù)量的大口徑鉆孔，使煤層內的瓦斯得以提前釋放。利用封堵、引排、抽放等綜合方法處理洞穴內積存的瓦斯。 為防止煤與瓦斯

9、突出造成嚴重危害，必須加強煤層頂板管理和地應力監(jiān)測，加強職工安全教育。返回瓦斯爆炸與煤層自燃瓦斯爆炸：1瓦斯的生成與聚集2瓦斯爆炸的危害方式3瓦斯爆炸災害的預防措施煤層自燃：1影響煤層自燃的因素2煤層自燃的危害3預防煤層自燃的技術措施返回瓦斯爆炸瓦斯突出后，若遇有燃火點則極易發(fā)生瓦斯爆炸。瓦斯主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣，以及微量的惰性氣體，如氦和氬等。瓦斯是古代植物在堆積成煤的初期，纖維素和有機質經厭氧菌的作用分解而成。在高溫、高壓的環(huán)境中，在成煤的同時，由于物理和化學作用，繼續(xù)生成瓦斯。瓦斯爆炸的條件瓦斯爆炸有一定

10、的濃度范圍，我們把在空氣中瓦斯遇火后能引起爆炸的濃度范圍稱為瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸界限為516瓦斯的引火溫度，即點燃瓦斯的最低溫度。一般認為，瓦斯的引火溫度為650750。實踐證明，空氣中的氧氣濃度降低時，瓦斯爆炸界限隨之縮小，當氧氣濃度減少到12以下時，瓦斯混合氣體即失去爆炸性瓦斯爆炸的危害瓦斯爆炸產生的高溫高壓，促使爆源附近的氣體以極大的速度向外沖擊，造成人員傷亡，破壞巷道和器材設施，揚起大量煤塵并使之參與爆炸，產生更大的破壞力。另外，爆炸后生成大量的有害氣體，造成人員中毒死亡。防止瓦斯爆炸防止瓦斯積聚的措施加強通風。使瓦斯?jié)舛冉档偷矫旱V安全規(guī)程規(guī)定的濃度以下，即采掘工作面的進風風流中不超

11、過0.5，回風風流不超過1，礦井總回風流中不超過0.75。 加強檢查工作。及時檢查各用風地點的通風狀況和瓦斯?jié)舛?，查明隱患進行處理，是日常進行瓦斯管理的重要內容。我國20世紀80年代所用的甲烷檢查儀器有：光學甲烷檢定器、熱放式甲烷檢定器、甲烷警報器和甲烷遙測警報儀等。90年代以后使用比較先進的TX系列智能便攜式氣體監(jiān)測儀和遙測儀器等。 對瓦斯含量大的煤層，進行瓦斯抽放，降低煤層及采空區(qū)的瓦斯涌出量。防止瓦斯爆炸防止瓦斯引燃的措施井口房、瓦斯抽放站及主要通風機房周圍20m內禁止使用明火。 瓦斯礦井要使用安全照明燈，井下禁止打開礦燈，禁止攜帶煙草及點火工具下井。 嚴格管理井下火區(qū)。嚴格執(zhí)行放炮制度

12、。 嚴格掘進工作面的局部通風機管理工作，局部通風機要設有風電閉鎖裝置。 瓦斯礦井的電氣設備要符合煤礦安全規(guī)程關于防爆性能的規(guī)定。 隨采礦機械化程度的提高，防止機械摩擦火花引燃瓦斯顯得日益重要。煤礦井下由于摩擦火花而引起的瓦斯爆炸事故占有相當?shù)谋壤?，因此不少國家對這個問題進行了研究，并提出，在摩擦部件的金屬表面溶敷一層活性小的金屬（如鉻），使形成的摩擦火花不能引燃瓦斯；在鋁合金的表面涂各種涂料，以防止摩擦火花的發(fā)生和金屬中加入少量的鈹，降低摩擦火花的點燃性等。煤層自燃暴露在空氣中的煤，由于氧化放熱導致溫度逐漸升高，至7080以后溫度升高速度驟然加快，當達到煤的著火點(300350)時，引起燃燒，

13、這種現(xiàn)象稱為煤層自燃煤(尤其是煤化程度低的煤)在儲存時與空氣接觸發(fā)生氧化，并放出熱量，煤層溫度升高，氧化作用愈加劇烈，最終發(fā)展成燃燒的現(xiàn)象。煤的自燃影響因素煤質煤的品級。煤的品級表明了煤的變質程度，常用揮發(fā)分含量和含煤量表示。品級低的純煤自熱熱敏感性高，而且，隨著煤的品能升高其自熱敏感性下降。因而，干燥褐煤最易自熱而無煙煤幾乎不自熱。但含有大最水分的褐煤較純褐煤不易自燃。 煤的水分含量。煤中水分的含量對煤的自燃性有很大影響。水分含量達飽和的煤，特別是在水分含量高的褐煤和次煙煤被開采和干燥前，煤體不再吸附水分，因而不能放出潤濕熱。煤氧化放出的熱量通常使內在水分溫度升高。另一方面，自熱時的化學反應

14、需要有少量的水分參加。低口級煤水分含量遠遠大于化學反應的需要量。因而，對低品級煤來說，水分實際上是煤自熱的阻化劑。 礦物質。煤中的礦物成分也叫灰分。它可與氧反應放熱增加煤溫，而且使煤分解以增加煤與空氣接觸的表面積，如黃鐵礦，它可以吸收氧化反應放出的部分熱量降低煤的氧化反應進程；煤的高灰分使單位質量的氧化熱降低。 開采和貯運的環(huán)境因素地質因素。斷層和裂隙有利于空氣和水分與煤接觸。因而散熱沒有明顯增加，卻增加了煤發(fā)生氧化的機會和水的吸附。也就是說斷層和裂隙增加了煤自燃的危險性。埋藏深的煤層地面漏風較少。采空區(qū)遺煤（特別對于厚煤層）因不能完全回采而增中了煤的自燃危險性。 開采因素。開采因素對煤自燃的

15、影響主要有2個方面，即通風和煤破碎，沒有通風或通風充分的地方，煤自燃的可能性較低。而通風不充分地方煤自燃的可能性較大。裂隙漏風是不充分漏分，它創(chuàng)造了煤進一步氧化的條件，而散熱條件并未被改善。所以，任何漏風對煤炭自燃來說都是很危險的。 貯運因素。在貯存和運輸過程中，影響煤自燃的因素要為通風不充分和干燥的低品級煤因雨淋和噴灑水產生潤濕熱煤層自燃的危害預防煤層自燃的技術措施煤層自燃的預測預報鑒于煤在低溫氧化階段產生CO，因此，CO是早期揭露火災的敏感指標。在礦井的采煤工作面回風道、綜掘煤巷等有自然發(fā)火的地點設置CO傳感器，若發(fā)現(xiàn)CO濃度超限，便可采用便攜式CO檢測儀追蹤監(jiān)測確定高溫點。 采用紅外探測

16、法判斷高溫點的位置，紅外探測法其基本原理是，根據(jù)紅外輻射場的理論，建立火源與火源溫度場的對應關系，從而推斷出火源點的位置。 用鉆孔測溫輔助監(jiān)測。對頂煤破碎或有自燃危險的地點，埋設測溫探頭，定期監(jiān)測溫度變化情況。 加強漏風檢測。定期采用示蹤氣體法，檢查順槽漏風量。對漏風集中的區(qū)域加強觀測。 預防措施 均壓通風控制漏風供氧。均壓通風是控制煤層開采中采空區(qū)等漏風的有效措施。首先，要在保證沖淡CH4，風速，氣溫和人均風量的要求下，全面施行區(qū)域性均壓通風，其調壓措施包括單項調壓和多項措施聯(lián)合調壓，具體實施中的形成的工作面均壓逐步擴大到鄰近工作面采空區(qū)的區(qū)域性均壓。 噴漿堵漏鉆孔灌漿。對煤層開采中的可疑地點或已出現(xiàn)隱患地點進行全封閉噴漿和打淺密集鉆孔注漿，是防止自然發(fā)火的2個有效措施。 注凝膠防滅火。采用注凝膠技術處理高溫點或自然發(fā)火是煤層開采中防滅火的重點措施，其方法是將凝膠注入高溫點或火點的周圍煤體中，其作用是既可以封堵漏風通道，又可以吸熱降溫。 返回礦井突水礦井突水的致災和影響因素礦井突水的危害礦井突水災害的防治對策返回礦井突水的致災和影響因素致災條件：（1）地層含水系統(tǒng)中地下水的水頭壓力和水量。（2）采掘空間與含水體之間圍巖軟弱帶的