煤礦巷道掘進(jìn)中斷層識別方法研究

張立民

（龍煤集團(tuán)方圓建筑安裝有限公司，黑龍江 雙鴨山 155124）

由于地質(zhì)條件的復(fù)雜多樣性，運(yùn)用單一方法很難判斷斷層的特性，故本文結(jié)合該礦掘進(jìn)，運(yùn)用多種方法，對在實(shí)際生產(chǎn)過程中斷層的識別與判斷進(jìn)行了綜合分析。

1 斷層描述

在井巷掘進(jìn)過程中，發(fā)現(xiàn)只要存在這些現(xiàn)象之一：巷道中出現(xiàn)煤巖層層序重復(fù)或煤巖層缺失；巷道中發(fā)現(xiàn)煤巖層錯位，煤巖層產(chǎn)狀發(fā)生激烈變化；巷道內(nèi)發(fā)現(xiàn)煤巖層的特征(如：厚度、光澤、硬度、煤巖成分)發(fā)生變化等，通常預(yù)示著有斷層出現(xiàn)。

1.1 斷層位置

通常是通過斷層附近的測量點(diǎn)或井巷開口點(diǎn)的位置來確定斷層面的具體位置。

1.2 斷層面

主要描述斷層面的形態(tài)特征是張性狀還是壓性狀，斷層面的受擠壓狀況.斷層面兩盤的擦痕，牽引，伴生小斷層的發(fā)育情況，兩盤的煤巖層特征，煤巖層組合關(guān)系等.斷層面的產(chǎn)狀確定，在現(xiàn)場可直接用地質(zhì)羅盤測量斷層面的走向和傾向。

1.3 斷層帶

主要描述斷層帶的寬度及變化情況，破碎帶充填物的巖性特征，碎裂塊狀的大小排列及膠結(jié)情況。

1.4 斷層落差

斷層落差指的是斷層兩盤同一煤層之間的標(biāo)高差。如斷層的落差不大，在巷道內(nèi)斷層的兩盤均見同一層煤，可以用尺直接量斷層的落差.如斷層的落差大，通常是通過生產(chǎn)勘探法或作圖法分析斷層落差。

2 斷層判斷

巷道掘進(jìn)過程中遇到斷層落差較小，并揭露出斷層兩盤，可直接判斷斷層類別。當(dāng)在生產(chǎn)過程中遇到斷層落差較大，不能看到對盤的煤層時，需先確定斷層的性質(zhì)后，再去尋找斷失的煤層。因此，確定斷層的性質(zhì)和落差成為確定巷道掘進(jìn)方向的首要的基礎(chǔ)工作，其斷層判斷方法可分為直接法和間接法。

2.1 直接法

通過總結(jié)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中確定斷層的性質(zhì)和判斷斷層的落差直接方法通常有以下幾種：

2.1.1 煤巖層對比法，根據(jù)巷道揭露的斷層兩盤的煤巖層層位巖性來確定斷層的性質(zhì)，尋找斷失的煤層.該方法比較簡單實(shí)用，但要斷層兩盤均揭露出來，才能判斷斷層類別，這對落差較小的斷層適用。

2.1.2 伴生派生構(gòu)造判斷法，斷層面附近常伴生派生一些小型及微型的次生構(gòu)造，在成因上與斷層有聯(lián)系，在分布上與斷層相伴，它們既可以作為斷層存在的標(biāo)志，也可以作為判斷斷層的性質(zhì).主要伴生派生構(gòu)造有：牽引褶曲、斷層擦痕等，在斷層兩盤牽引褶曲彎曲的突出方向所指的方向一般是對盤的運(yùn)動方向。

2.1.3 標(biāo)志層對比法，所謂標(biāo)志層就是容易辨認(rèn)的特點(diǎn)，而且分布廣泛，層位較為穩(wěn)定的煤巖層。一般情況下，依據(jù)標(biāo)志就能解決煤層的對比問題，為找斷失的煤層提供了可靠的對比。

2.1.4 煤層特征對比法，各個煤層的厚度、結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)具有不同的特征，可以利用厚度大小、夾石層數(shù)、出現(xiàn)的部位和形態(tài)或夾有特殊類型的煤可作為對比，各煤層的物理性質(zhì)、光澤、硬度、煤質(zhì)好壞等，利用煤層本身特征，可以直接識別層位，在生產(chǎn)中判斷對盤煤層具有良好的效果。

2.1.5 煤巖層組合特征對比法，在礦區(qū)范圍內(nèi)，煤巖層組合特征比較明顯時，煤層與標(biāo)志層的組合關(guān)系進(jìn)行煤層對比，同時在標(biāo)志層控制的基礎(chǔ)下，煤層與標(biāo)志層又比較穩(wěn)定時，可利用層間距進(jìn)行煤層對比。

2.1.6 古生物化石層對比法，通過古生物化石的組合特征可確定煤層的層位，有的煤層頂?shù)装灞旧砭秃幸恍┕派瘜?，采用古生物化石層對比，也可以解決尋煤的基本問題。

2.1.7 生產(chǎn)勘探法，在以上幾種方法都取不到良好效果的時候，可采用生產(chǎn)勘探法，生產(chǎn)勘探法主要有：巷探和鉆探兩種：在斷層性質(zhì)已確定，而落差不能確定的時候，采用巷探；在落差和性質(zhì)都不能確定的時候，在生產(chǎn)中又需要先查明斷層的性質(zhì)和落差才能確定巷道的掘進(jìn)方向時，采用鉆探。

2.2 間接法

結(jié)合其他學(xué)者和自己的研究成果，在實(shí)際生產(chǎn)過程中確定斷層的性質(zhì)及落差的間接方法分為以下幾種：

2.2.1 規(guī)律類推法.隨著礦井地質(zhì)資料的累積，對礦區(qū)出現(xiàn)的斷層得到一些規(guī)律性的認(rèn)識：在小區(qū)域范圍內(nèi)，在同一構(gòu)造應(yīng)力作用下形成的成組派生小斷層的性質(zhì)與同生的主斷層的性質(zhì)相同.可以利用這些小斷層的性質(zhì)來預(yù)測主斷層的性質(zhì)。

2.2.2 作圖分析法.當(dāng)遇到大斷層時，可充分利用各種礦圖，將新揭露的斷層位置點(diǎn)畫在圖上，根據(jù)斷層的產(chǎn)狀進(jìn)行上下左右的對比連接，和附近以往查明的斷層產(chǎn)狀基本一致，特征相同，并能連接，就可以認(rèn)。為新揭露的斷層是已知斷層的延伸，由此推斷新斷層的性質(zhì)和落差及延伸長度。

2.2.3 反射波法.依據(jù)波動理論知，當(dāng)波在傳播過程中遇見斷層時，發(fā)生反射，其發(fā)射波的能量、頻率和相位均發(fā)生，利用這些變化特征可以判斷斷層類別。用反射波的振幅、平均頻率、相似系數(shù)、主頻帶能量比、容量維等特征，結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法比較準(zhǔn)確地預(yù)測了斷層類別和落差.利用反射波法是以后礦井識別斷層的發(fā)展方向。

2.2.4 專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)是一個智能計算機(jī)程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量的某個領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R與經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類專家的知識和解決問題的方法來處理該領(lǐng)域問題。

3 斷層處理

主要根據(jù)斷層和巷道掘進(jìn)方向、斷層的性質(zhì)、落差大小、巷道的用途、運(yùn)輸方式等綜合考慮處理斷層。一般采用改變巷道的掘進(jìn)方向或改變巷道的掘進(jìn)坡度方法處理斷層。

3.1 改變巷道的掘進(jìn)方向

當(dāng)工作面的運(yùn)輸巷遇到落差大于3-5m的斷層，如已掘的運(yùn)輸巷長度符合正常生產(chǎn)的工作面運(yùn)輸巷長度，可把斷層作為回采工作面的自然邊界處理，巷道不過斷層，退后一定距離(留一定煤柱)沿煤層作切眼。

3.2 改變巷道的掘進(jìn)坡度

當(dāng)上下山巷道遇斷層時，通常采用降低或加大巷道掘進(jìn)坡度過斷層，尋找另一盤煤層.落差比掘進(jìn)巷道高度低或相差較小的斷層，采用臥底和挑頂相結(jié)合的方法來降低和加大巷道坡度。

結(jié)論

巷道掘進(jìn)中的斷層識別不僅是獲取可靠地質(zhì)資料的基礎(chǔ)，也是礦井安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)工作。由于地質(zhì)條件的復(fù)雜多樣性，運(yùn)用單一方法往往很難判斷斷層的特性，本文結(jié)合現(xiàn)場實(shí)踐，研究了斷層的識別，得到了以下幾點(diǎn)結(jié)論：

首先巷道中出現(xiàn)煤巖層層序重復(fù)，煤巖層缺失等現(xiàn)象；巷道中發(fā)現(xiàn)煤巖層錯位，煤巖層產(chǎn)狀發(fā)生激烈變化；巷道內(nèi)發(fā)現(xiàn)煤巖層的特征(如：厚度、光澤、硬度、煤巖成分)發(fā)生變化。出現(xiàn)這些現(xiàn)象，通常預(yù)示著有斷層出現(xiàn)。

其次識別斷層通常有直接法和間接法。直接法包括煤巖層對比、伴生派生構(gòu)造判斷、標(biāo)志層對比、煤層特征對比、煤巖層組合特征對比、古生物化石層對比、生產(chǎn)勘探等方法，間接法包括規(guī)律類推、作圖分析、反射波、專家系統(tǒng)等方法.為準(zhǔn)確識別斷層，在生產(chǎn)實(shí)踐中常采用前述幾種方法綜合進(jìn)行分析判斷，以便互相補(bǔ)充驗(yàn)證。

再次綜合考慮斷層和巷道掘進(jìn)方向、斷層的性質(zhì)、落差大小、巷道的用途、運(yùn)輸方式等內(nèi)容，采用改變巷道的掘進(jìn)方向、掘進(jìn)坡度處理斷層，同時，巷道過斷層還需要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，加強(qiáng)巷道的支護(hù)。

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