煤炭開(kāi)采中斷層的識(shí)別與應(yīng)對(duì)

任健剛

煤炭開(kāi)采中斷層的識(shí)別與應(yīng)對(duì)

任健剛

(中國(guó)神華神東煤炭集團(tuán)公司生產(chǎn)管理部，陜西 神木 719315)

斷層構(gòu)造對(duì)煤炭開(kāi)采具有重要影響，本文從斷層的識(shí)別標(biāo)志入手，闡述了斷層識(shí)別的地貌標(biāo)志和構(gòu)造標(biāo)志，探討了采煤工作面過(guò)斷層的技術(shù)要求，提出采煤工作面過(guò)斷層的安全技術(shù)措施。

煤炭開(kāi)采;斷層;斷層識(shí)別;技術(shù)措施

斷層在地殼中分布廣泛，類(lèi)型眾多，規(guī)模有大有小，差別極大，且其形成機(jī)制和構(gòu)造背景各不相同。斷層的存在直接影響著煤層的開(kāi)采，因其會(huì)對(duì)煤層產(chǎn)生破壞作用，使煤層、巖層發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，造成不連續(xù)，從而對(duì)煤礦的勘探、開(kāi)采，以及水文地質(zhì)和工程地質(zhì)產(chǎn)生影響。因此，在礦山地質(zhì)工作中，對(duì)斷層的觀測(cè)研究是一項(xiàng)極其重要的內(nèi)容，且研究的內(nèi)容、方法和手段各不相同。斷層研究的首要環(huán)節(jié)是要識(shí)別斷層和確定斷層的存在。雖然斷層可以通過(guò)分析和解譯航衛(wèi)片、物探圖、地質(zhì)圖和有關(guān)資料得以確定或推定。但識(shí)別和確定斷層存在的主要方式仍然是進(jìn)行野外觀測(cè)。其次，斷層活動(dòng)總會(huì)在產(chǎn)出地段的有關(guān)地層、構(gòu)造、巖石或地貌等方面反映出來(lái)，形成了所謂的斷層標(biāo)志，這些標(biāo)志是識(shí)別斷層的主要依據(jù)。

1 斷層的識(shí)別

1.1 地貌上的標(biāo)志

1)斷層崖。在斷層兩盤(pán)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，上升盤(pán)常常形成陡崖，稱(chēng)為斷層崖。如峨眉山金頂舍身崖、昆明滇池西山龍門(mén)陡崖。

2)斷層三角面。當(dāng)斷層崖受到與崖面垂直方向的地表流水侵蝕切割，形成沿?cái)鄬用娣植嫉娜切味副冢Q(chēng)為斷層三角面。如河南偃師的五佛山。

3)斷層湖、斷層泉。沿?cái)鄬訋СＰ纬梢恍┐闋罘植嫉臄嘞菖璧?、洼地、湖泊、泉水等，可指示斷層延伸方向。如我?guó)云南東部順南北向的小江斷裂帶分布了一串湖泊，自北向南有楊林海、陽(yáng)宗海、滇池、撫仙湖、杞麓湖以及昆明盆地、宜良盆地、嵩明盆地、玉溪盆地等。

4)錯(cuò)斷的山脊。正常延伸的山脊突然被錯(cuò)斷，往往是斷層兩盤(pán)平移運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。橫切山脊走向的平原或盆地與山嶺的接觸帶，往往是斷層通過(guò)的地方，如太行山前斷裂帶，使太行山在華北平原西緣拔地而起，成為華北平原的西部屏障。

5)水系特點(diǎn)。斷層的存在常常影響水系的發(fā)育，使正常流經(jīng)的河流突然產(chǎn)生急轉(zhuǎn)彎，或一些順直深切的河谷，都能指示斷層延伸的方向，如鮮水河的支流在斷層通過(guò)的地方突然發(fā)生轉(zhuǎn)向。

1.2 構(gòu)造標(biāo)志

1)構(gòu)造線不連續(xù)。

如果線狀或面狀地質(zhì)體在平面上或剖面上突然中斷、錯(cuò)開(kāi)，不再連續(xù)，說(shuō)明有斷層存在。為了確定斷層的存在和測(cè)定錯(cuò)開(kāi)的距離，在野外應(yīng)盡可能查明錯(cuò)斷的對(duì)應(yīng)部分。

2)斷層構(gòu)造巖的出現(xiàn)。

（3）研究結(jié)果驗(yàn)證了融資約束的擴(kuò)大振幅的作用，因此企業(yè)的融資約束程度需要控制在合理范圍內(nèi)，不能盲目地緩解企業(yè)融資約束。同時(shí)，實(shí)證結(jié)果顯示代理成本的作用機(jī)制較為突出，企業(yè)應(yīng)該完善內(nèi)部治理機(jī)制，降低雙重委托代理問(wèn)題對(duì)海外直接投資經(jīng)濟(jì)后果的負(fù)向影響 （謝偉峰和陳省宏，2016）［15］。只有在公司治理和內(nèi)部控制初見(jiàn)成效后解決融資約束問(wèn)題，才是企業(yè)持續(xù)健康發(fā)展之根本。由于債權(quán)融資本質(zhì)上也是借貸關(guān)系，對(duì)于降低企業(yè)杠桿率沒(méi)有幫助，在企業(yè)杠桿率高企的當(dāng)下，我國(guó)需要大力發(fā)展股權(quán)融資這一直接融資渠道，發(fā)揮股權(quán)融資在公司治理機(jī)制中的作用。

斷層帶內(nèi)或斷層面附近，兩盤(pán)巖石在斷層活動(dòng)中被改造形成的變形巖石稱(chēng)為斷層構(gòu)造巖。主要分為未固結(jié)的斷層構(gòu)造巖和固結(jié)的斷層構(gòu)造巖。

a)未固結(jié)的斷層構(gòu)造巖。

A)斷層角礫：由松散未固結(jié)的兩盤(pán)巖石碎塊組成。B)斷層泥：巖石研磨后經(jīng)水化作用形成的一種主要由黏土礦物(如伊利石、高嶺石和蒙托石)組成的未固結(jié)的斷層巖，一般平行于斷層面呈不同顏色的條帶。

b)固結(jié)的斷層構(gòu)造巖。A)斷層角礫巖：由基本保持原巖特點(diǎn)的巖石碎塊組成，碎裂基質(zhì)很少。B)斷層碎裂巖：根據(jù)被碎裂的原巖稱(chēng)為碎裂某巖，如碎裂花崗巖等。C)斷裂角礫巖：超碎裂巖，由斷層活動(dòng)研磨成的極細(xì)構(gòu)造巖，一般看不到角礫，并具有硅質(zhì)巖的致密構(gòu)造。往往在斷層面上形成板狀薄層。D)微角礫巖：假熔巖(?；瘞r)，斷層快速滑動(dòng)產(chǎn)生極度研磨并因摩擦熱產(chǎn)生熔融，冷凝后形成外貌類(lèi)似熔巖玻璃的一種斷層構(gòu)造巖。一般呈脈狀或角礫狀。

3)構(gòu)造強(qiáng)化現(xiàn)象。斷層活動(dòng)引起的構(gòu)造強(qiáng)化，包括有巖層產(chǎn)狀的急變、多變和變陡;節(jié)理化、劈理化甚至片理化窄帶的突然出現(xiàn);小褶皺劇增以及擠壓破碎和各種擦痕等現(xiàn)象。對(duì)于在野外發(fā)現(xiàn)的這些現(xiàn)象，需要認(rèn)真觀察，探究引起這些現(xiàn)象的可能原因。

構(gòu)造透鏡體是斷層作用引起構(gòu)造強(qiáng)化的一種表現(xiàn)。斷層帶內(nèi)或斷層面兩側(cè)巖石碎裂成大小不一的透鏡狀角礫塊體，長(zhǎng)徑大小一般為數(shù)十厘米至二、三米。構(gòu)造透鏡體有時(shí)單個(gè)出現(xiàn)，有時(shí)數(shù)個(gè)或更多個(gè)透鏡體成組產(chǎn)出。構(gòu)造透鏡體一般是擠壓作用產(chǎn)生的兩組共軛剪節(jié)理把巖石切割成菱形塊體，菱塊楞角又被磨去形成的。

地層的重復(fù)和缺失是識(shí)別斷層的主要依據(jù)，而這通常由走向斷層引起。由于斷層性質(zhì)不同，斷層與巖層傾向一致或相反，當(dāng)兩者一致時(shí)，又有傾角相對(duì)大小不同及侵蝕夷平等的各種不同條件，會(huì)造成6種基本的重復(fù)和缺失。見(jiàn)圖1，表1。

圖1 走成斷層引起的地層重復(fù)和缺失示意圖

2 采煤工作面過(guò)斷層技術(shù)要求

煤炭開(kāi)采中在工作面遭遇斷層是常有的技術(shù)問(wèn)題，受此影響工作面距斷層5 m范圍內(nèi)的煤層變薄，為了不破壞頂板巖層的穩(wěn)定性，不影響正?；夭稍谖催M(jìn)入斷層面時(shí)需要破底，工作面進(jìn)入斷層面后下方煤層下移，上方煤層上升，需要挑頂。

表1 走成斷層引起的地層重復(fù)和缺失

1)工作面過(guò)斷層處采用破底護(hù)頂，破巖厚度0.1～0.4 m，且從里向外逐漸增多，工作面沿走向破巖長(zhǎng)度約80 m。由于過(guò)斷層工作面推進(jìn)速度較慢，易發(fā)生片幫，乃至冒頂，故工作面采高要控制在0.9～1.2 m以?xún)?nèi)，以確保工作面安全生產(chǎn)。

2)在過(guò)斷層遇煤層變薄帶破底巖時(shí)，先在煤層里面打眼爆破，放炮后掛梁加背桿控制頂板，然后攉煤、再打底眼破巖。工作面放炮破巖石時(shí)，當(dāng)破巖厚度在0.4～0.8 m 時(shí)，打單排眼，當(dāng)破巖厚度在0.8～1.2 m時(shí)打雙排眼。施工時(shí)沿傾向布置炮眼，沿走向打眼，底眼向下有3°～5°俯角。打眼時(shí)炮眼深度為1.2 m，眼距為1 m，底眼距地板的距離為0.2 m。施工過(guò)程中每個(gè)破底巖炮眼裝藥2～3卷。采用正向裝藥，眼底使用50 mm長(zhǎng)的坐地炮泥，眼口使用炮泥填滿(mǎn)封實(shí)。施工過(guò)程中，當(dāng)巖石較硬時(shí)要適當(dāng)減小眼距，當(dāng)巖石較軟時(shí)，可以適當(dāng)加大眼距或適當(dāng)減少每眼裝藥量，且炮眼要打在堅(jiān)硬的巖層中。放炮警戒距離與放炮地點(diǎn)不得小于70 m。

3)由于工作面處于過(guò)斷層期間，為了防止工作面片幫冒頂，除放炮區(qū)以外，其他地區(qū)煤壁必須打好貼幫柱，護(hù)好煤幫，加強(qiáng)工作面兩道的超前支護(hù)。過(guò)斷層期間安監(jiān)員包面跟班，瓦斯檢查員加強(qiáng)瓦斯檢測(cè)工作，瓦斯超限立即撤人停止作業(yè)。并加強(qiáng)工程質(zhì)量和設(shè)備管理，防止工程質(zhì)量低劣導(dǎo)致事故。

3 采煤工作面過(guò)斷層安全技術(shù)措施

1)工作面過(guò)斷層之前，將過(guò)斷層處頂?shù)装逄羝剑舷逻^(guò)度平緩，盡量保持一致。避免局部起伏過(guò)大，以防漏頂。工作面接近斷層面時(shí)，為了防止片幫冒頂，工作面掛梁要及時(shí)，對(duì)于空頂超過(guò)0.6 m處，人員作業(yè)前要先進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，禁止空頂作業(yè)。工作面過(guò)斷層期間，現(xiàn)場(chǎng)必須備足過(guò)斷層所需物資(各種規(guī)格的圓木、金屬網(wǎng)、背桿等)。工作面過(guò)斷層處，斷層上下各5 m范圍內(nèi)靠幫柱見(jiàn)梁給柱，軟幫按設(shè)計(jì)打好戧柱，斷層邊緣打好靠幫柱，剎實(shí)頂板，不準(zhǔn)空頂。

2)支柱時(shí)，必須將支柱的注液嘴側(cè)向軟幫，卸載側(cè)向硬幫，支柱的四爪要與長(zhǎng)鋼梁平面接觸，每根支柱必須拴牢防倒繩，防止支柱卸載傾倒傷人。嚴(yán)格組織正規(guī)循環(huán)作業(yè)，班班做好“一班三匯報(bào)”工作，過(guò)斷層期間加強(qiáng)工作面工程質(zhì)量管理，班班確保工作面斷層處面溜順、直順、平直。加強(qiáng)工作面液壓系統(tǒng)檢修，做到管路不漏液。加強(qiáng)工作面頂板管理，確保工作面支護(hù)狀態(tài)良好，支柱支撐有力，棚架間距符合要求，端頭支護(hù)必須嚴(yán)格按照作業(yè)規(guī)程要求施工。

3)工作面及兩巷所有單體支柱必須符合要求，失效的單體支柱必須立即更換。在斷層附近放炮時(shí)，嚴(yán)格控制頂眼與頂板的距離、炮眼的裝藥量，防止放炮震壞頂板的完整性，放炮前后必須堅(jiān)持做到“一炮三檢”和“三人連鎖放炮”制度。

4 結(jié)束語(yǔ)

斷層是眾多影響煤炭開(kāi)采的地質(zhì)因素之一，為了最大限度地減小其對(duì)煤礦生產(chǎn)的不利影響，需對(duì)其做出正確的判斷、預(yù)測(cè)和處理。本文就斷層的識(shí)別和應(yīng)對(duì)做了探討，除此之外，采煤工作面過(guò)斷層時(shí)，還應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)要求：

1)技術(shù)人員應(yīng)負(fù)責(zé)組織學(xué)習(xí)工作，講明施工工序、工程質(zhì)量要求及安全注意事項(xiàng)，而職工必須經(jīng)學(xué)習(xí)并簽字后才能下井作業(yè)。

2)需放炮時(shí)，嚴(yán)格執(zhí)行放炮站崗撤人制度。

3)嚴(yán)格執(zhí)行“敲幫問(wèn)頂”制度。

4)加強(qiáng)頂板管理，每班設(shè)專(zhuān)人審頂。

［1］ 朱志澄.構(gòu)造地質(zhì)學(xué)［M］.武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，2008：151－156.

Fault Identification and Response in Coal Mining

Ren Jian－gang

The fault structures have an important impact on coal mining，this paper starts from the identification of the fault，describes the topography signs and construction signs of the fault identification，discusses the technical requirements of the coal mining face across the fault，puts forward the safety technical measures of coal mining face across the fault.

Coal mining;Fault;Fault identification;Technical measures

TD163+.1

A

1672－0652(2012)04－0023－03

2012－02－20

任健剛(1981—)，男，陜西富平人，2006年畢業(yè)于河南理工大學(xué)，助理工程師，主要從事地質(zhì)測(cè)量工作(E －mail)tganan@163.com