張亞文
(七臺(tái)河精煤集團(tuán)公司新建煤礦)
煤礦掘進(jìn)中小型地質(zhì)構(gòu)造的識(shí)別及處理對(duì)策
張亞文①
(七臺(tái)河精煤集團(tuán)公司新建煤礦)
結(jié)合新建煤礦生產(chǎn)實(shí)踐,介紹了常見(jiàn)的中小型地質(zhì)構(gòu)造的類型,探討了不同地質(zhì)構(gòu)造下巷道掘進(jìn)對(duì)策,闡述了中小型斷層的定向預(yù)測(cè)方法和回采工作面中小斷層的定位預(yù)測(cè)方法。
巷道掘進(jìn);地質(zhì)構(gòu)造;斷層定向預(yù)測(cè)
研究地質(zhì)小構(gòu)造類型和相應(yīng)的過(guò)構(gòu)造的掘進(jìn)對(duì)策,對(duì)煤礦安全生產(chǎn)有一定的現(xiàn)實(shí)意義。在煤礦設(shè)計(jì)中大型地質(zhì)構(gòu)造往往作為井田邊界和采區(qū)邊界,掘進(jìn)中經(jīng)常遇見(jiàn)的地質(zhì)構(gòu)造主要是出現(xiàn)在煤層頂?shù)装逯械母鞣N小型地質(zhì)構(gòu)造,如小斷層、小褶皺。這些小型地質(zhì)構(gòu)造由于構(gòu)造類型不同,加之所處的煤層開(kāi)采地質(zhì)條件不同,其掘進(jìn)過(guò)構(gòu)造時(shí)所采取的方式也應(yīng)不同。首先,要搞清楚礦井內(nèi)部構(gòu)造分布的區(qū)域特征,根據(jù)已施工的掘進(jìn)和開(kāi)拓巷道實(shí)際揭露斷層資料對(duì)正施工巷道的前方隱伏斷層進(jìn)行定向預(yù)測(cè);其次,依據(jù)實(shí)測(cè)斷層對(duì)回采工作面的中小斷層進(jìn)行定位預(yù)測(cè);最后,將井下物探資料進(jìn)行綜合分析,提供預(yù)測(cè)圖紙,保證生產(chǎn)順利進(jìn)行。
煤礦地質(zhì)小構(gòu)造主要是伴生、次生、派生于大型地質(zhì)構(gòu)造之中,受大型地質(zhì)構(gòu)造控制的次一級(jí)的小型地質(zhì)構(gòu)造,主要包括小斷層、小褶皺、復(fù)合頂板等。
1)小斷層。
a)掘進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)小斷層的標(biāo)志。掘進(jìn)過(guò)程可能出現(xiàn)小斷層的標(biāo)志主要有:煤層頂板或底板移位,在順著煤層的巷道中出現(xiàn)煤厚急劇增大而后出現(xiàn)巖石楔子,煤層厚度減小甚至出現(xiàn)尖滅,煤層突然被巖石取代,煤層頂板或底板出現(xiàn)巖性變化,出現(xiàn)被揉皺的巖石帶,裂隙壁有滑動(dòng)痕跡等現(xiàn)象。這些現(xiàn)象表明巷道前方可能有斷層出現(xiàn)。
b)小斷層類型。掘進(jìn)中常見(jiàn)的小斷層有正斷層、逆斷層、層滑構(gòu)造、小裂隙(破碎帶)。小斷層一般落差在5 m以內(nèi)。小型正斷層以反傾正斷層居多,一般來(lái)說(shuō)上盤(pán)下降,下盤(pán)上升,斷層面傾向和煤層面傾向相反。斷層面一般較平整,上下兩盤(pán)煤層和煤層頂?shù)装逋容^完整,圍巖穩(wěn)定性往往相對(duì)于逆斷層要好。小型逆斷層以同傾逆斷層居多,一般來(lái)說(shuō)上盤(pán)上升,下盤(pán)下降,斷層面傾向和煤層面傾向相同。斷層面一般不太平整,地層傾角較大。逆斷層上下兩盤(pán)煤層常常伴有引捩小褶皺,造成巷道支護(hù)條件進(jìn)一步惡化,給巷道過(guò)構(gòu)造增加難度。層滑構(gòu)造主要表現(xiàn)為巖層受到外力的作用后,發(fā)生巖層間滑動(dòng),層滑構(gòu)造附近煤巖層層理常常表現(xiàn)混亂,煤、巖強(qiáng)度變?nèi)酢P×严?破碎帶)主要是受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響,造成局部煤巖層應(yīng)力集中,煤巖層發(fā)生破裂,但未發(fā)生位移。小裂縫造成巖石強(qiáng)度變?nèi)?給巷道支護(hù)增加了難度。
2)小褶皺。小褶皺常見(jiàn)有小型向斜、小型背斜、煤層頂板撓曲構(gòu)造,其中以煤層頂板撓曲構(gòu)造為主。頂板撓曲構(gòu)造往往規(guī)模不大,影響范圍也就20 rfl左右,主要表現(xiàn)為不規(guī)則的小褶皺。這些小褶皺造成附近煤巖層發(fā)生塑性變形,巷道支護(hù)環(huán)境破壞,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成冒頂傷人事故。
3)復(fù)合頂板。煤層頂板一般由偽頂、直接頂和老頂組成。有些煤層頂板在偽頂與直接頂之間有1層薄煤線,有時(shí)有多層煤線與薄巖層互層,組成復(fù)合頂板。該頂板給巷道支護(hù)增加了難度。
1)巷道過(guò)正斷層的掘進(jìn)對(duì)策。掘進(jìn)巷道過(guò)正斷層有兩種情形:
a)巷道由斷層上盤(pán)向下盤(pán)掘進(jìn)。掘進(jìn)見(jiàn)斷層后表現(xiàn)沿頂板掘進(jìn)過(guò)程中突然煤層頂板上升,往往造成冒頂事故的發(fā)生。巷道掘進(jìn)過(guò)程中一旦煤層傾角發(fā)生急變,或煤巖層層理紊亂,巷道前方有可能揭露斷層,應(yīng)做好過(guò)斷層前準(zhǔn)備工作,用煤電鉆向前上方探煤層頂板位置,防止一旦揭露斷層造成上頂抽冒。過(guò)斷層時(shí)應(yīng)采用棚子支護(hù),并對(duì)棚距進(jìn)行適當(dāng)加密。
b)巷道由斷層下盤(pán)向上盤(pán)掘進(jìn)。巷道見(jiàn)斷層后煤層頂板下移,巷道過(guò)斷層時(shí)需打板,巷道坡度需向下調(diào)整。
2)巷道過(guò)逆斷層的掘進(jìn)對(duì)策。巷道過(guò)逆斷層時(shí)主要表現(xiàn)為煤層重疊。當(dāng)巷道由斷層下盤(pán)向上盤(pán)通過(guò)時(shí),應(yīng)注意上頂重疊煤層冒頂事故的發(fā)生,應(yīng)加強(qiáng)頂板支護(hù)工作,通常采用加密棚距通過(guò)。當(dāng)巷道由斷層上盤(pán)向下盤(pán)通過(guò)斷層時(shí),需要調(diào)大巷道坡度打板通過(guò)。
3)巷道在復(fù)合頂板煤層中的掘進(jìn)對(duì)策。復(fù)合頂板易冒頂,難支護(hù),巷道掘進(jìn)時(shí)應(yīng)盡可能地沿直接頂掘進(jìn)。
4)巷道遇見(jiàn)磺板撓曲構(gòu)造的掘進(jìn)對(duì)策。應(yīng)根據(jù)頂板撓曲構(gòu)造特征進(jìn)行預(yù)測(cè),一旦煤層傾角突然變大,應(yīng)該采用接桿釬子向前探測(cè)煤層頂板位置。巷道過(guò)頂板撓曲構(gòu)造時(shí)應(yīng)加密支護(hù)。
5)巷道過(guò)頂板裂隙或特厚煤層底板的掘進(jìn)對(duì)策。巷道過(guò)頂板裂隙或特厚煤層底板巷道沿底掘進(jìn)時(shí),上頂破碎,巷道掘進(jìn)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)。
在礦井生產(chǎn)的掘進(jìn)工作中,前方的隱伏斷層往往造成另一盤(pán)煤層或者巖層的變化,使沿煤層的巷道迷失方向。定向預(yù)測(cè)就是為了尋找斷失翼的煤層并及時(shí)確定巷道掘進(jìn)的方向。七臺(tái)河精煤集團(tuán)公司新建煤礦通常采用下列幾種預(yù)測(cè)方法:
1)煤巖層層位對(duì)比法。依據(jù)巷道已揭露的斷層另一盤(pán)煤巖層的層位,結(jié)合礦井的標(biāo)志層、煤層及煤層頂?shù)装逄卣?通過(guò)層位對(duì)比確定斷層的性質(zhì)和斷距,以此尋找斷失的煤層,達(dá)到對(duì)煤層定向預(yù)測(cè)的目的。例如:在西翼7451工作面風(fēng)道掘進(jìn)時(shí)。開(kāi)始為沿著3#煤層頂板掘進(jìn)遇一斷層,另一盤(pán)巖性為灰白色細(xì)砂巖,具有炭化面和水平層理,由于3#煤層頂?shù)装逯卸加羞@一層砂巖,很難確定斷層的性質(zhì)和落差,為此,在巷道迎頭布置一垂直的下孔,鉆孔揭露礦井標(biāo)志層,結(jié)合斷層產(chǎn)狀確定了本斷層為正斷層,也為掘進(jìn)指出了方向,見(jiàn)圖1。
圖1 7451風(fēng)道利用標(biāo)志層確定斷層落差示意圖
2)規(guī)律類推法。王莊煤礦是一個(gè)具有40年開(kāi)采歷史的老煤礦。積累了大量的地質(zhì)資料,通過(guò)對(duì)資料的分析整理,找出其中的規(guī)律。依此規(guī)律可以幫助確定正在施工巷道所遇斷層的性質(zhì),從而指導(dǎo)尋找斷失的煤層和巷道施工的方向。
3)構(gòu)造對(duì)比法。構(gòu)造對(duì)比法就是在新掘巷道遇斷層后與相鄰巷道或鄰近的上下煤層所掘巷道已經(jīng)揭露的實(shí)測(cè)斷層的性質(zhì)相對(duì)比,從而確定新揭露斷層的性質(zhì),達(dá)到定向?qū)ふ覕嗍簩拥哪康摹?/p>
4)根據(jù)派生的小型構(gòu)造及斷層面特征尋找斷失的煤層??拷鼣鄬痈浇拿簬r層由于斷層的影響,發(fā)生變形,常常形成彎曲,這種彎曲稱為牽引褶曲。牽引褶曲弧形彎曲突起方向指示本盤(pán)的移動(dòng)方向,牽引褶曲一翼與斷層面交一銳角,銳角方向指示另一盤(pán)移動(dòng)的方向,即為找煤方向。
5)作圖分析法。作圖分析法就是把新揭露的斷層產(chǎn)狀資料填繪到礦井地質(zhì)剖面、煤層底板等高線圖、煤層立面投影圖和水平切面圖上,然后把這個(gè)斷層與同煤層、同水平、不同煤層、不同水平的巷道已經(jīng)查明的斷層進(jìn)行綜合分析對(duì)比,如果新揭露的斷層與已經(jīng)查明的斷層產(chǎn)狀一致或相似且特征相似,并且能夠自然連接,那么可認(rèn)為新斷層就是已經(jīng)查明的斷層的延伸,因此,該斷層的性質(zhì)和規(guī)模即可確定,從而指示尋找斷失的煤層,達(dá)到定向預(yù)測(cè)的目的。
6)生產(chǎn)勘探法。在遇斷層后,通過(guò)觀測(cè)和分析仍不能確定斷層的性質(zhì)或斷層性質(zhì)已查明,但是斷距無(wú)法確定,而生產(chǎn)上又需要查明斷距時(shí),就要用生產(chǎn)勘探的方法來(lái)解決。該法包括井下鉆探和巷探。當(dāng)斷層性質(zhì)和斷距都不清楚,而生產(chǎn)上又需查明后才能確定巷道掘進(jìn)方向時(shí),一般用鉆探,當(dāng)斷層性質(zhì)已經(jīng)確定,而生產(chǎn)上又需過(guò)斷層掘進(jìn)巷道時(shí),一般用巷探。
定向預(yù)測(cè)是為了保證掘進(jìn)開(kāi)拓工作的順利進(jìn)行。當(dāng)該項(xiàng)工作結(jié)束,采區(qū)工作面形成以后就要求對(duì)采區(qū)工作面的中小斷層進(jìn)行定位預(yù)測(cè)。特別是隨著回采機(jī)械化程度的提高,對(duì)工作面中斷層定位預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性要求也越來(lái)越高,準(zhǔn)確的定位預(yù)測(cè)能為確定采煤方法和采煤機(jī)械提供保證,從而保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。
掘進(jìn)巷道所見(jiàn)地質(zhì)小構(gòu)造比較復(fù)雜,但常見(jiàn)地質(zhì)小構(gòu)造類型卻只有幾種,總結(jié)過(guò)地質(zhì)小構(gòu)造的掘進(jìn)對(duì)策,可以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)掘進(jìn)支護(hù),確保掘進(jìn)安全生產(chǎn)。
[1] 柴登榜.礦井地質(zhì)工作手冊(cè)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1999:35-80.
[2] 李元利.煤層斷裂[M].阜新:阜新礦業(yè)學(xué)院出版社,2004:102-110.
Recognition and Processing Countermeasure on Middle and Small Scale Geologic Structure in Coal mine Tunneling
Zhang Ya-wen
This article combines the new build coal mine production practice,introduces the common middle and small scale geologic structure’s type,discusses under the different geologic structure the driving countermeasure,elaborates the middle and small scale fault direction detection forecast technique and in the stopping working surface the minor fault localization forecast technique.
Drift driving;Geologic structure;Fault detection forecast
book=3,ebook=85
TD132
B
1672-0652(2010)03-0038-03
2010-01-17
張亞文 男 1974年出生 2005年畢業(yè)于長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué) 工程師 七臺(tái)河 154600