煤矿隐蔽致灾因素普查调研报告

开展煤矿隐蔽致灾因素普查研究报告
国家煤矿安监局科技装备司
按照总局、煤监局的工作部署，认真领会栋梁局长提出的关于开展煤矿隐蔽致灾因素普查的指示精神，我司会同中国煤科集团成立工作组，深入部分地区、企业开展调研和研讨，分析了煤矿隐蔽致灾因素普查工作现状和问题，研究提出了开展煤矿隐蔽致灾因素普查的工作思路和对策措施，形成了研究报告。

一、煤矿隐蔽致灾因素及灾害特点
煤矿开采过程中的几大灾害事故，多数情况下都与隐蔽致灾地质因素紧密相关，近年来隐蔽致灾因素已经成为引发煤矿水害、煤与瓦斯突出和顶板等重大灾害事故的主要原因。

据不完全统计，在煤矿重大事故中，与地质条件有关的各类重大事故占80%。

煤矿隐蔽致灾因素是指隐伏在煤层及其围岩内、在开采过程中可能诱发灾害的地质构造和不良地质体及其在采动应力耦合作用下形成的灾变地质体。

主要包括：老窑采空区、各种水体、断层、陷落柱、瓦斯和应力异常区、发火点等。

煤矿隐蔽致灾因素具有隐蔽性、时变性、突发性的特点，探测和预防难度大。

随着煤矿开采活动演变成灾，近年来出现了多种新型隐蔽致灾因素和灾害形式，例如断层滞后导水、采动离层水等水害事故、瓦斯延期突出、浅埋深冲击地压、近距离煤层群火灾等。

开展隐蔽致灾因素普查是体现预防为主、源头治理的治本之策，是有效防范煤矿重特大灾害事故的重要举措，是推进煤矿资源整合、严格安全准入的重要抓手，也是一项的长期、艰巨的工作。

（一）采空区致灾因素及特点
近年来，我国由于煤矿采空区引起的各种事故和灾害问题日趋严重，且具有严重性、多害性及时变性。

上世纪80年代末受“有水快流”等政策的影响，历史上存在很多的小煤窑和地方中小煤矿，多属于无规划开采，遗留开采区域不详，缺少文字、图纸资料，导致许多隐蔽性采空区的存在。

仅2005年以来，累计取缔非法生产
煤矿、非法采煤窝点5.4万处次，关闭各类小煤矿1.6万余处。

随着煤炭资源整合及煤矿的兼并重组力度的加大，遗留了大量未有效处置的采空区。

由于采空区的隐蔽性，往往诱发采空区透水、有毒有害气体泄漏诱发的中毒、火灾和瓦斯爆炸事故及采空区诱发的其它工程地质灾害，成为附近区域及邻近煤层开采的重大安全隐患。

（二）水害及致灾因素特点
煤矿水害是指煤矿在建设和开发过程中，不同形式、不同水源的水通过特定的途径进入矿坑，并给矿山建设或生产带来影响或灾害的过程与结果。

除采空区积水导致煤矿透水事故多发外，煤矿含水层水害也是导致透水事故的重要因素。

我国煤矿含水层水害分布有一定的规律性，它与含煤岩系的成煤环境、成煤地质构造的变迁、煤矿自然地理气候特征及区域水文地质条件有密切联系。

目前我国煤矿水害分布划分为四大区：
华北石炭二叠系岩溶—裂隙水害区主要分布在河北、山东、山西、河南、陕西、江苏、安徽等地的华北型水害。

煤矿突水较频繁，涌水量大或特大（1000～123180m3/h），主要致灾因素包括断层、陷落柱、裂隙导水带等。

华南晚二叠统岩溶水害区。

位于我国淮阳古陆以南、川滇古陆以东的长江流域的苏南、皖南、江西、湖南、广东、广西、贵州、云南、四川等省。

煤矿突水频繁，突水量大（2700～27000m3/h），容易造成淹井，矿井正常涌水量亦大（3000～8000m3/h）。

主要致灾因素包括地下溶洞分布、构造、地表水等。

东北侏罗系裂隙水害区。

位于东北和内蒙古东部的新华夏系巨型沉降带内。

煤矿受山间谷地溪河地表水和第四系松散层水影响严重。

主要致灾因素包括煤层顶板含水层、煤层上覆岩层破坏导通水体等。

西北侏罗系裂隙水害区。

位于昆仑—秦岭构造带以北，包括新疆、青海、甘肃、宁夏、陕西北部和内蒙古西南部广大地区。

该区顶板水害突出，第四系水害较严重。

主要致灾因素包括天窗、风化带分布、含水层富水性与补给程度，地表水受采矿影响程度以及构造等。

（三）瓦斯灾害及致灾因素特点
地质构造分布、软煤分布及变化、瓦斯含量等是煤矿瓦斯灾害的主要致灾因素。

据统计，这三个因素引起的煤与瓦斯突出事故约占90%以上，且多因素耦合致使煤矿发生瓦斯灾害的比例逐渐增加，使得防灾抗灾的难度进一步增大。

我国煤矿地质条
件复杂，煤与瓦斯突出矿井、高瓦斯矿井多、分布广。

及时探查发现地质构造、采用抽采瓦斯等技术手段降低瓦斯压力和瓦斯含量，是降低瓦斯灾害的重要措施。

我国瓦斯灾害呈现出区域性分区分带的特点，与煤的形成及保存条件、形成时代、煤岩结构、煤层厚度、气化条件、顶底板岩性、构造环境、构造发育程度、构造现今活动特征、地应力集中程度以及地下工程开挖状况、岩石力学性质、外界激发因素等有关。

特别是地质构造（褶曲、断裂等）对煤与瓦斯突出具有控制作用。

我国瓦斯灾害按强度可划分三个区，其中华南区强，华北区相对减弱，东北区又稍相对增强。

（四）顶板灾害及致灾因素特点
顶板灾害事故受煤层赋存变化、地质构造、采掘应力变化及开采技术等多种因素影响，特别是煤层赋存变化、小构造及应力异常区具有隐蔽性，给顶板灾害的防治增加了难度。

顶板灾害主要分为局部冒顶事故和大面积突然垮落事故。

局部冒顶事故是指顶板掉落岩块或局部冒落导致的事故，主要发生在地质条件复杂、机械化程度低的矿区，如四川、贵州、湖南、重庆、云南等地；顶板大面积突然垮落事故是指长壁工作面和房柱式工作面采空区大面积悬顶，在某时突然垮落形成“飓风”和冲击导致的事故，主要发生在坚硬顶板地区（新疆、山西、内蒙）、浅埋深矿区（鄂尔多斯、榆林、伊犁）。

（五）冲击地压及致灾因素特点
冲击地压是一种应力控制作用下煤岩体因突然释放巨大能量而引发的破坏性事故。

按力源的不同，我国冲击地压事故一般分为重力控制型、构造应力控制型和复合应力控制型。

近年来，随着煤矿开采深度的增加，冲击地压灾害事故愈发严重。

据统计，冲击地压矿井总数达124个，且随着开采深度增加，冲击地压事故显著增加。

我国每年都发生多起因冲击地压而导致的人员伤亡事故，成为世界上冲击地压最严重的国家之一。

开采深度（地应力）、断层褶曲（构造应力）、煤岩层自身变化（冲击主体）、大厚度坚硬上覆岩层（动应力）和开采布置（应力集中）等是灾害孕育的主要力源，应力突变是冲击地压关键致灾因素。

（六）火灾及致灾因素特点
全国具有自燃倾向性的煤层约占可采煤层50%以上，火灾事故隐患大，非人身伤亡火灾事故频发。

我国煤矿自燃火灾因各地区地质体不同而呈现区域性差异：新疆地区多发煤田火灾；西部区域因煤层埋藏浅且多为煤层群开采，浅地表上覆煤层隐蔽火区及采空区隐蔽火区严重；东部区域因开采年限长，平均采深达600m左右，多发深部煤层群隐蔽火区。

受采动影响，在下部煤层开采过程中，上覆隐蔽火点成为下部煤层致灾因素。

二、煤矿隐蔽致灾因素普查现状
煤矿隐蔽致灾因素普查包括致灾因素调查（地质勘探调查和煤矿开采调查）探查。

围绕采空区、小断层、陷落柱、煤层变化等煤矿隐蔽致灾地质因素的探查，国内外已经形成了较为完备的探测技术与装备系列。

从探查手段上，分为物探、化探与钻探；从物探方法上，分为重力、磁法、电法、地震、放射性等；从探测空间上，分为地面探查、井下探查和井-地联合探查等。

在这些方法手段中，钻探是最直接的技术手段，具有精度高、直观性强、适应面宽等优点，其不足是周期长、费用高、“一孔之见”等。

地球物理探测技术以其非接触无损探测、成本低、信息量大、快速便捷等优势，其缺点在于物探手段是间接探测，探测结果存在一定的多解性。

与世界主要产煤大国相比，我国的煤矿地质条件复杂、灾害类型多样，煤矿地面三维地震与瞬变电磁法探测技术、煤矿井下定向钻进技术与装备的整体达到世界先进水平；在矿井物探方面，我国在矿井微震监测预警技术、矿井物探处理软件等方面，与波兰、美国等尚有明显差距。

在国内，石油系统围绕地下隐伏地质构造、隐蔽油气藏等探测，以高精度的三维地震勘探为主，已经形成了完备的技术与装备系列，但其主要适用于大尺度、大范围的地质普查与勘探，仅开展了孔中、孔间与井-地之间的物探工作。

在隐蔽致灾地质因素地面探查中，煤炭系统所采用的方法、技术与装备，基本上与石油系统处于同一层次，但是在高精度三维地震勘探方面，与石油系统相比煤炭系统尚存在着一些明显的差距，如在叠前地震偏移、全数字高密度三维地震以及多波地震勘探等方面。

在矿井物探方面，结合煤炭生产过程和井下生产工艺，煤炭系统研究开发的井下地质小构造（异常体）的精细探测的物探技术与装备发挥着重要作用。

（一）地面探查技术与装备
目前，从地面开展隐蔽地质灾害探查的技术手段包括二维/三维地震勘探、瞬变电磁法、高密度电法、直流电法、可控源音频大地电磁测深、地质雷达、瑞雷波、孔间透视等，其中三维地震与地面电磁法已经得到了广泛的应用。

三维地震勘探是煤矿隐伏地质构造、不良地质体探查的最佳手段，在地震地质条件有利地区，它可以查明落差5m以上的断层、长轴直径大于30m的陷落柱等，但是三维地震对小型陷落柱、小断层、采掘巷道等探测精度不高，对地层的富水性没有反映，受地震地质条件的制约较大，随着探测深度增加其探测精度相应降低；地面电磁法在探测地下含水低阻地质体方面具有独特优势，如充水采空区、含水陷落柱等，其中高密度电法在100m以内探测效果较好，地面瞬变电磁法探测深度大，但其探查成果受地形影响较大。

近年来，地面定向钻进新技术与新装备的出现，将为煤矿隐伏断层、陷落柱、采空区精细探测和物探成果验证提供有效手段。

采用地面三维地震与瞬变电磁法相联合、井下电磁法与槽波地震（矿井地震）相结合、井地联合勘探，开展地下构造、富水区域的综合探测这一技术模式，已经在国有煤矿得到普遍的推广应用，取得了较好的示范效果。

受探测距离、地形影响等，地面物探手段的探测精度相对较低，而矿井物探的分辨率较高，因此需要在地面普查的基础上开展井下近距离的超前探查与预测预报。

（二）井下探查技术与装备
矿井物探手段包括无线电波透视、瞬变电磁法、直流电法、高密度电法、地质雷达、音频电透视等电磁波探测技术以及槽波地震、MSP（矿井地震）、微震监测、瑞雷波勘探、多分量地震探测等弹性波探测技术。

上述方法手段中，井下直流电法、无线电坑透、瞬变电磁、地质雷达、瑞雷波、矿井远距离地震探测技术与装备的应用较广。

在掘进工作面超前探测中，地质雷达、瑞雷波对构造探测的分辨率较高，但是探测距离一般不超过50m；井下直流电法与瞬变电磁法的探测距离80m左右，其探测效果受电磁干扰影响较大；无线电波透视、槽波地震适于工作面内部构造的精细探测，音频电透视适应于回采工作面底板以下的低阻体探测，远距离超前地震可以达到地质构造超前探测150m；微震监测主要用于对冲击地压、煤与瓦斯突出和矿震等煤岩动力灾害评价和顶板“三带”高度的预测等；另外，煤矿井下近水平千米定向钻进技术与装备的研制成功，提升了隐蔽致灾地质因素的探查精度和治理能力。

通过长期研究与生产实践，已经初步总结出“煤矿井下直流电法、瞬变电磁法与无线电坑透联合，辅以地质雷达、音频电透视、高密度电法和弹性波探测”的综合探测模式，在一些煤矿实施取得显著成效。

但是，现有的技术手段主要是针对煤矿隐蔽致灾地质因素在静态状况下的探测，且其探测的精度有局限性。

（三）目前煤矿隐蔽致灾地质因素普查基本情况
目前关于煤矿隐蔽致灾地质因素普查的有关法规标准主要有：《煤炭煤层气地震勘探规范》MT/T97-2000、《煤、泥炭地质勘查规范》DZ/T0215-2002、《煤炭电法勘探规范》MT/T898-2000、《地面瞬变电磁法勘探规范》DZ/T0187-1997、《煤矿水害防治规定》。

煤矿隐蔽致灾探查专业队伍主要有以下几类：一是大型煤矿企业集团设立的地质探查专业队伍；二是各主要产煤省煤田地质局及下属物探队等；三是中国煤炭地质总局物探研究院、中石油东方物探公司等专业化物探队；四是中国煤科集团有关研究院和部分大学的专业技术服务队伍。

目前大型煤矿企业集团普遍建立了地质探查专业机构，致灾因素井下物探工作多数由煤矿企业自己完成，部分委托物探队伍和专业机构完成，地面物探工程基本上是委托或与物探队伍和专业机构合作完成。

河南煤化集团地面物探工程全部依托外部专业物探队伍，井下物探由企业自己完成，目前公司共有42台物探仪器，并规定所属矿井必须做到“三必探”，即新采区设计必探，巷道掘进前必探，工作面回采前必探。

多数煤矿企业，特别是小型煤矿企业目前不具备自己完成物探工程的能力，必须委托专业物探队伍。

目前煤矿隐蔽致因素普查的几种模式主要有： 一是企业与专业服务机构联合，地面与井下联合探测模式
采用地面三维地震与瞬变电磁法联合探测的手段，超前圈定小煤窑老空区的分布范围；利用矿井物探、井下钻探的手段，进行掘进工作面跟踪探测，形成的地面与井下联合探测的物探工作模式，具有普遍的推广意义。

例如：淮南矿业集团三维地震勘探工作通过与中石油东方公司等国内先进的勘探队伍合作，目前已建立了三维地震工作站，形成野外采集、处理解释一套完整的管理方案。

三维地震勘探已成为淮南矿业集团地质保障最可靠的手段，新井建设、新水平、首采区、工作面设计都是在三维地震勘探成果的指导下完成的。

通过三维
解释成果以及三维工作站进行动态解释，详细分析区内地质构造分布规律，对影响矿井、采区、工作面设计的地质异常体，进行探查验证，根据探查结果，合理规划采区、工作面。

山西煤炭运销集团公司王庄煤矿，其井田内部和周边小煤窑遍布。

该矿与中国煤科集团西安研究院合作，在兼并重组后利用地面、井下多种探测手段，总结出了“一查（地质调查）、一震（三维地震）、两电（地面电法和井下电法）、一钻（超前钻探验证）”的老窑采空区水害探查模式，对采空区进行了全面的摸底排查，2011年和2012年分别从预先探查出的采空区中提前排出老窑采空区积水10万t和50万t，避免了潜在的老窑采空区透水灾害事故的发生。

二是地方政府主导，专业服务机构开展“一站式”探查服务的模式
鄂尔多斯市采用政府主导投入，统一组织实施，依靠科研院所提供技术支持；煤炭企业积极配合，承担主体责任。

“政府部门、科研院所、煤炭企业”三方优势互补，全力推进，实施效果明显。

鄂尔多斯市的主要做法和经验已在榆林市得到推广。

2005～2008年，鄂尔多斯在全市范围内开展煤矿资源整合，将煤矿数量压缩到276座，淘汰落后产能2000多万t，也遗留了一大批分布不明的采空区；2009年，开展了“鄂尔多斯市地方煤矿采空区分布与隐患综合防治项目”，对161座煤矿、122.61km2面积采用综合物探技术进行了地面老窑采空区普查，煤矿企业利用探查成果有效避免了多处采空区的威胁，如伊泰集团宏景塔一矿根据物探成果，结合井下钻探工程，发现一处未知老窑采空区，提前采取安全技术措施，成功避免了一次安全生产事故。

三是专业服务机构为煤矿企业提供长期服务模式
围绕煤矿隐蔽致灾因素的探查，物探施工单位派驻项目组长期驻矿，进行跟踪探测、现场验证、动态服务，形成了独具特色的“一站式”服务模式，顺应了地质工作的特点和煤矿生产的要求，发挥了优势互补、强强联合的优势，创新了煤矿地质保障技术的服务模式。

三、煤矿隐蔽致灾因素普查存在的主要差距
（一）小煤矿采空区隐蔽致灾因素多、分布广、隐患大
小煤矿开采和关闭后遗留下大量隐蔽性采空区是煤矿安全生产的重大事故隐患，容易引起重特大事故。

由于改革开放初期“有水快流、强力开发”、“十五”后
半期煤炭需求拉动开发等的影响，各主要煤矿区遗留大量隐蔽性采空区。

特别是近年来随着国家关闭整顿小煤矿、煤炭资源整合和矿井重组力度的加大，小煤矿采空区对大矿安全生产的影响程度将进一步加剧。

小煤矿技术资料严重不全，绝大多数闭坑小窑没有保留与隐蔽致灾因素相关的技术资料，加大了采空区位置、边界和范围及其展布规律、采空区的富水性、有毒有害气体的赋存性情况探查的难度和工程量。

1997年陕西省榆林市煤矿数量达854个，多数为3～6万t的小煤矿，经过多年的“关井压产”、“整顿小煤矿”，现有煤矿258座。

2012年开展“榆林市地方煤矿采空区分布勘查与综合治理方案编制”工作，在资料普查时发现，大多数关闭小煤矿的地质资料没有或全部丢失。

与此同时，部分国有大型煤矿也由于开采年限长、信息化程度低、技术人员更迭频繁、管理不到位等原因，造成上覆煤层开采资料丢失，影响下组煤开采或矿井延深后的安全开采，如中煤集团大屯孔庄煤矿2012年发生的“4.10”采空区透水事故，资料不准是主要原因之一。

（二）隐蔽致灾因素探查专业性强，煤矿企业缺乏专业人才
隐蔽致灾因素探查既是安全生产工作，又是基础地质工作，是理论、技术和实践性很强的工作，要求从业人员不仅具有较强的实践经验，还要有一定理论知识，不但要熟悉探查技能，而且还要掌握丰富的地质实践知识等，因此专业人才的培养和成长速度较慢。

另外由于煤炭地质勘查、煤矿生产现场条件艰苦，社会地位低、收入待遇不高，造成了吸引不了人才、留不住人才，专业技术人才严重缺乏的局面。

初步统计，全国国有重点煤矿企业集团专业从事物探工作的技术人才不超过100人；全国从事煤炭物探研究的技术人员和物探工程探查服务的专业技术人员约3000人。

目前，地面物探须取得国土资源部颁发的煤炭资源地质勘查资质证书，但对于进入煤矿井下开展探测工作的技术队伍、仪器装备而言，除了施工仪器必须取得MA 认证之外，几乎没有其他限制条件。

即使对于取得了MA认证、获准进入煤矿井下开展瓦斯、水害等隐蔽地质因素探测的仪器装备而言，其探测距离、探测精度等实际能力的检测检验，仍是监管空白，市场准入严重缺位。

（三）企业不重视，投入严重不足
煤矿隐蔽致灾因素普查工程量大，投入多。

目前高精度数字三维地震勘探投入达到200万元/km2，大多数煤矿企业尚不具备开展大面积三维地震勘探承受能力。

同
时，部分煤矿企业不能正确处理好生产发展与煤矿安全的关系，不同程度地存在着“重生产轻安全”的现象，没有把煤矿安全生产工作摆到应有高度，对国家重大安全生产工作部署贯彻落实不力，对煤矿隐蔽致灾因素探查与治理抱有侥幸心理，对非生产性投入积极性不高，缺乏有效的煤矿隐蔽致灾因素探查的投入保障机制和制约机制。

（四）现有技术与装备尚不能满足隐蔽致灾因素探查的需要
由于对煤矿隐蔽致灾因素的复杂性认识不足、对探测手段的机理了解不够，一些地质条件比较复杂的煤矿有时仅采用了单一探测手段（如三维地震），导致无法可靠查明采空区及其富水性的问题。

另外，受技术发展水平的限制，物探成果存在着多解性，且探测的精度和分辨率有限，导致一些小的断层、陷落柱等在现有技术水平下难以查清，给煤矿安全生产带来了很大的隐患。

瓦斯灾害、突水灾害、冲击地压等，都是煤矿开采过程中诱发的地质动力灾害，而诱发瓦斯异常突出的构造煤、导致煤层底板出水的断层活化和网状裂隙发育以及局部地段存在的应力集中区等，无法利用现有的探测手段在“静态”情况下预先查明，只能在煤炭开采的“动态”过程中，通过监测监控、预测预警等技术加以实现。

目前还缺乏此类技术手段。

（五）规程、规范、标准的要求偏低或缺失
煤矿地质勘探工作规范、标准不能满足安全生产要求。

现行的《煤、泥炭地质勘查规范》是2002年发布实施的，该规范主要以煤炭资源调查与储量控制为重心，而对煤矿隐蔽致灾因素起关键作用的煤矿开采地质条件探查等方面的内容要求、约束不足，使得现有地质勘查报告对于诸如小构造、奥灰富水性、瓦斯富集规律等与煤矿开采密切相关的致灾因素探查精细程度不高，使得煤矿设计由于缺乏有效的依据，造成矿井防灾抗灾系统“先天性”不足，正式投产后矿井的隐蔽灾害探查工作欠账多，防治陷入被动。

另外《煤矿安全规程》和《煤炭工业矿井设计规范》也没有对隐蔽致灾因素的探查与监测进行详细的规定。

四、开展煤矿隐蔽致灾因素普查的工作思路、基本原则、目标和技术途径
（一）工作思路
认真贯彻落实“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，通过开展煤矿隐蔽地质致灾因素普查，推动地方政府和煤矿企业强化煤矿安全基础工作，落实企业主。