第四节 矿山突出的重大灾害事故类型和特征
一、事故类型
1.地表塌陷
坍塌事故是指物体在外力和重力的作用下，超过自身极限强度的破坏成因，结构稳定失衡塌落而造成物体高处坠落、物体打击、挤压伤害及窒息的事故。这类事故因塌落物质量大，作用范围大，往往伤害人员多，后果严重，为重大或特别重大人身伤亡事故。随着矿业经济的发展，矿产资源开发规模和开发强度的增大，矿山地面塌（沉）陷问题非常突出，成为主要的矿山地质灾害。
矿山地面塌（沉）陷地质灾害按成因和塌（沉）陷特征可分为采空区地面塌（沉）陷和岩溶地面塌陷。
（1）采空区地面塌（沉）陷 采空区地面塌（沉）陷是最主要的矿山地质灾害，涉及煤矿、金属矿和非金属矿等所有地下开采矿山，伴随采空区塌（沉）陷出现的往往还有地裂缝、山体开裂等。采空区地面塌（沉）陷主要分布于煤矿采空区，其次是金、铁矿及石膏、滑石矿等采空区。从突发性和对人民的生命财产安全方面来讲，又以金、铁、石膏、滑石矿最为严重。
（2）矿山岩溶地面塌陷 矿山岩溶地面塌陷是以开发排水（包括矿坑突水）为主导因素引发的岩溶塌陷，主要发生在具备岩溶塌陷条件的矿区。相对于采空塌（沉）陷，岩溶塌陷面积较小。
随着采空面积的逐渐扩大，在地面出现缓慢、连续的盆状塌（沉）陷坑，严重破坏了地质地貌景观，对农田、村庄等破坏严重，给矿山建设和矿区农业生产、生活造成重大影响，也为矿山带来沉重经济负担。
2.采场冒顶片帮
井巷掘进引起应力的重新分布，造成顶板和周帮的岩石发生变形破坏而冒落的事故即为冒顶片帮事故。冒落的部位在巷道的顶部为冒顶，冒落部位在巷道的两帮就叫片帮。我国煤矿顶板条件差异较大。多数大中型煤矿顶板属于Ⅱ类（局部不平）、Ⅲ类（裂隙比较发育），Ⅰ类（平整）顶板约占11％，Ⅳ类、Ⅴ类（破碎、松软）顶板约占5％。
在采矿作业中，最常见的事故是冒顶片帮，它主要发生在掘进工作面、巷道开岔或贯通处、大断面硐室和破碎带，有时也发生在顶板采矿工作面。这类事故约占采矿作业事故的40％以上，因此，冒顶事故对矿井安全生产危害极大。
矿山的顶板岩体冒落事故，依其冒顶片帮的范围和伤亡人数，一般可分为大冒顶、局部冒顶、松石冒落三种。冒顶一般多发生在顶板比较破碎的工作面，在岩层层理、节理、断层比较发育的工作面；在深矿井、超深矿井、爆破通风后排除工作不当的工作面。
冒顶事故的发生，一般与矿山地质条件、生产技术和组织管理等多方面因素有关。按事故分类统计资料，属于生产组织管理方面的原因约占45.6％，属于物质技术方面的原因约占44.2％，属于冒险作业等因素引起的事故仅约占10.2％。
（1）生产组织管理方面因素包括：采矿方法选择不合理，顶板支护方法不合理，浮石处理不当，防护用品使用不当和人员管理不到位。
（2）物质技术方面原因包括：松石检测技术落后，顶板处理技术不完善，采矿工艺不合理，操作人员冒险作业方面。
3.深部岩爆及冲击地压
岩爆是岩石工程中围岩体的突然破坏，并伴随着岩体中应变能的突然释放，是一种岩石破裂过程失稳的动力破坏现象，当岩体中聚积的高弹性应变能大于岩石破坏所消耗的能量时，岩体结构的平衡被破坏，多余的能量导致岩石爆裂，使岩石碎片从岩体中剥离、崩出。
冲击地压通常是指在一定条件的高地应力作用下，煤矿井巷或回采工作周围的煤岩体由于弹性能的瞬时释放而产生破坏的矿井动力现象，常伴随有巨大的声响、煤岩体被抛向采掘空间和气浪等现象。它往往造成采掘空间中支护设备的破坏以及采掘空间的变形，严重时造成人员伤亡和井巷的毁坏，甚至引起地表塌陷而造成局部地震。
事实上，岩爆和冲击地压具有一定的相似性，或者说在一定程度上可以相互替换使用，但是，它们无论是在现象上、构成介质的岩性上，还是在发生机理与控制方法上，都具有实质性的差别。岩爆和冲击地压对矿山的安全生产都具有极大的杀伤力。
岩爆往往造成开挖工作面的严重破坏、设备损坏和人员伤亡，已成为岩石地下工程和岩石力学领域的世界性难题。轻微的岩爆仅剥落岩片，无弹射现象。严重的可测到4.6级的震级，一般持续几天或几个月。发生岩爆的原因是岩体中有较高的地应力，并且超过了岩石本身的强度，同时岩石具有较高的脆性度和弹性。这时一旦地下工程破坏了岩体的平衡，强大的能量就会把岩石破坏，并将破碎岩石抛出。预防岩爆的方法是应力解除法、注水软化法和使用锚栓-钢丝网-混凝土支护。
岩爆是世界范围内地下矿与露天矿中软岩及硬岩的共同特征。在经济快速发展的中国，对矿产资源的需求迅速增加，矿物的开采强度和开采深度将越来越大，且大范围的操作已深入到地下1000～1300m。在此深度下，尤其当矿体出现断层、岩脉及地下水时，更易引发岩爆。21世纪，我国将有更多的金属矿山进入深部开采，随着矿山开采深度的不断增大，岩爆危害必将凸现出来，成为深井采矿的技术难题。
中国是世界上除德国、波兰以外煤矿冲击地压危害最严重的国家之一。大中型煤矿中具有冲击地压危险的煤矿47处，占5.16％。随着开采深度的增加，现有冲击地压矿井的冲击频率和强度在不断增加，还有少数无明显冲击地压的矿井也将逐渐显现出来。
4.地下水灾害
地下水灾害主要表现为突水淹井、海水入侵、破坏水资源、产生井下泥石流、引起地面塌陷等，给采矿安全带来危害，甚至危及矿山生存。比如井巷施工时，岩层中的地下水和与井下相通的地表水突然大量涌入井下空间，涌入井巷的水量超过其正常的排水能力，井巷就会被淹而酿成水灾事故。山东莱芜铁矿的顾家台矿区，由于顶板突水一次造成29人死亡；南丹拉甲坡锡矿，由于老窿突水一次造成80余人死亡。
我国煤矿水文地质条件较为复杂。国有重点煤矿中，水文地质条件属于复杂或极复杂的矿井占27％，属于简单的矿井占34％。地方国有煤矿和乡镇煤矿中，水文地质条件属于复杂或极复杂的矿井占8.5％。我国煤矿水害普遍存在，大中型煤矿有500多个工作面受水害威胁。在近2万处小煤矿中，有突水危险的矿井900多处，占总数的4.6％。
5.尾矿坝及废石场崩塌、滑坡、泥石流
尾矿库的尾矿坝是尾矿库用来储存尾矿和水的围护构筑物。当尾矿坝设计不当或施工质量不符合规范要求，生产运行期间对尾矿库的安全管理不到位，将导致尾矿坝溃坝，造成人员伤害及环境破坏的事故。
我国矿山历年废石的堆存量已达一百多亿吨，其中金属矿尾矿累计存量已达到50余亿吨，许多废石、尾矿堆场因处置不当或受地形、气候条件及人为因素的影响，易于发生崩塌、滑坡、泥石流等事故，给人民生命财产和环境带来重大损失。如2008年9月8日7时58分，山西省襄汾县新塔矿业有限公司新塔矿区980平硐尾矿库发生特别重大溃坝事故。事故泄容量268000m3，过泥面积302000m2，波及下游500m左右的矿区办公楼、集贸市场和部分民宅，造成277人死亡、4人失踪、33人受伤，直接经济损失达9619.2万元。
6.露天矿边坡滑坡
露天矿矿山边坡滑坡是指边坡岩体在较大范围内沿某一特定的剪切面滑动，造成矿山设备损坏或人员受到伤害的事故。随着露天矿山开采深度的增加，其边坡高度也在加大，滑坡等失稳现象逐年增多。根据我国大中型露天矿山的不完全统计，不稳定边坡或具有潜在滑坡危险的边坡占矿山边坡总量的15％～20％左右，个别矿山高达30％。
7.露天转地下开采的灾害
根据我国金属矿床赋存的特征和规模，以及国内外露天转地下开采所取得的实践经验，对于露天转地下开采的矿山应主要考虑技术和安全两方面的问题。开采的技术问题包括：
（1）确定合理的露天开采极限深度、露天转地下开采过渡时期的采矿方法和产量衔接等。
（2）安全问题包括：地下开采对岩体及边坡的破坏规律、地下开采的通风系统与防洪排水措施、露天挂帮矿的安全回采、露天与地下联合开采的地下空间问题等。
8.瓦斯爆炸
矿井瓦斯爆炸是一定浓度的瓦斯和空气中的氧气在高温热源的作用下发生的激烈氧化反应的过程。瓦斯是煤形成过程中伴生的气体，由于具有易燃、易爆性，瓦斯灾害是煤矿生产过程中的重点事故隐患。在煤炭开采过程中，多种灾害事故时有发生，但一次死亡10人以上的特大事故中，绝大多数是由于瓦斯爆炸，约占特大事故总数的70％左右。
我国国有重点煤矿中，高瓦斯矿井占21.0％；煤与瓦斯突出矿井占21.3％；低瓦斯矿井占57.7％。地方国有煤矿和乡镇煤矿中，高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井占15％。随着开采深度的增加，瓦斯涌出量的增大，高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井的比例还会增加。因此，预防、控制瓦斯爆炸事故，是实现煤矿安全生产的关键。
9.煤尘爆炸
煤尘爆炸是在高温或一定火能的热源作用下，空气中氧气与煤尘急剧氧化的反应过程，是一种非常复杂的链式反应。煤尘爆炸形成高温、高压、冲击波，产生大量的CO有毒气体。大多数煤尘爆炸是由瓦斯爆炸引起的，煤尘参与爆炸后，爆炸的危害程度更高，CO的生成量更大，往往成为人员大量伤亡的主要原因。
我国煤矿具有煤尘爆炸危险的矿井普遍存在。全国煤矿中，具有煤尘爆炸危险的矿井占煤矿总数的60％以上，煤尘爆炸指数在45％以上的煤矿占16.3％。国有重点煤矿中具有煤尘爆炸危险性的煤矿占87.4％，其中具有强爆炸性的占60％以上。
10.矿井火灾
矿井发生的火灾（包括危及井下的地面火灾），常招致人员伤亡，设备损失，矿井停产，资源破坏，甚至引起瓦斯、煤尘或硫化矿尘爆炸。捷克斯洛伐克境内的拉瑞什煤矿曾因火灾引起瓦斯爆炸，当场死亡235人，处理事故时又发生第二次瓦斯爆炸，矿山救护队员大部分牺牲。
我国具有自然发火危险的煤矿所占比例大、覆盖面广。大中型煤矿中，自然发火危险程度严重或较严重（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级）的煤矿占72.9％。国有重点煤矿中，具有自然发火危险的矿井占47.3％。小煤矿中，具有自然发火危险的矿井占85.3％。由于煤层自燃，我国每年损失煤炭资源2亿吨左右。
11.煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出
煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出是指在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常动力现象。煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出具有突发性、极大破坏性和瞬间携带大量瓦斯（二氧化碳）和煤（岩）冲出等特点，能摧毁井巷设施、破坏通风系统、造成人员窒息，甚至引起瓦斯爆炸和火灾事故，是煤矿最严重的灾害之一。
12.窒息
窒息事故是指在矿山作业场所，因外界氧气不足或其他气体（如瓦斯、一氧化碳）过多，造成作业人员呼吸困难甚至停止呼吸的事故。