煤礦地質(zhì)斷層構(gòu)造預(yù)測探討

鐘平

摘 要：隨著我國煤礦開采的力度不斷加大，相關(guān)的開采技術(shù)不斷成熟，在開采中首先面臨的是對煤礦地質(zhì)斷層構(gòu)造的預(yù)測分析。本文針對性的論述了斷層構(gòu)造與煤礦地質(zhì)的關(guān)系，同時結(jié)合實例分析了結(jié)合實例論述煤礦地質(zhì)斷層構(gòu)造預(yù)測方法和結(jié)果，具有一定的現(xiàn)實理論指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：煤礦地質(zhì)；斷層構(gòu)造；預(yù)測

一、 前言

在煤礦井下開采中，斷層對生產(chǎn)的影響是相當(dāng)大的，目前，煤礦井下對于斷層的預(yù)測方法很多，地質(zhì)部門可以根據(jù)斷層測量的結(jié)果有效的預(yù)測斷層的具體地質(zhì)情況，從而更好的指導(dǎo)煤礦的開采工作。

二、地質(zhì)構(gòu)造對煤礦生產(chǎn)建設(shè)的影響

1.影響井型規(guī)模和井田地劃分，構(gòu)造破壞嚴(yán)重的礦區(qū)不能建設(shè)大型礦井，而大型斷層和褶皺樞紐往往是劃分井田的自然邊界。

2.影響開拓部署，井田內(nèi)部的斷層和褶皺對于開采水平的劃分，運輸大巷的部署，采區(qū)劃分和巷道布置等等都有直接的影響，構(gòu)造破壞嚴(yán)重的礦井、采區(qū)，劃分零亂，巷道系統(tǒng)復(fù)雜。

3.影響掘進(jìn)率，構(gòu)造復(fù)雜的地段，工作面布置往往不正規(guī)，需要多掘巷道，甚至造成無效進(jìn)尺，使掘進(jìn)率比正常情況顯著增大。

4.影響采面正常生產(chǎn)，回采工作面內(nèi)出現(xiàn)斷層，給生產(chǎn)造成困難，影響正規(guī)循環(huán)作業(yè)，甚至使用權(quán)生產(chǎn)中斷。

5.影響安全生產(chǎn)的條件，構(gòu)造對礦井涌水，煤與瓦斯突出，頂板穩(wěn)定性起著明顯控制作用，從而增加了井下不安全因素。

三、斷層形成原理與煤礦掘進(jìn)過斷層的關(guān)系

在煤礦掘進(jìn)的過程中，礦井周圍巖石的受力常常會超過其自身的強度，由于巖體破裂會逐漸產(chǎn)生裂隙，而裂隙的逐漸堆積最終在巖體上出現(xiàn)一條破裂面，這時破裂面兩盤相互的滑動便形成了斷層面，其中又分為正斷層、逆斷層和平移斷層。正斷層是指上盤推動下盤向上移動，同時下盤也助力上盤向下移動，兩者分離邊界壓力而產(chǎn)生了斷層；逆斷層中由于二者相互擠壓，致使上盤向上而下盤向下，背離開來形成斷層，平移斷層是兩者相反方向平移造成的斷層。

1.斷層的識別標(biāo)志。斷層不是獨立存在的，它的出現(xiàn)可以通過附近的一些巖層的不正?，F(xiàn)象來判斷。通過這些判斷，可以使得地質(zhì)勘探人員找準(zhǔn)斷層位置，對煤礦生產(chǎn)的礦井定位，以及采礦安全都起著十分重要的作用。這些現(xiàn)象主要包括：

2.煤層或巖層出現(xiàn)了不連續(xù)現(xiàn)象 。煤層或巖層的不連續(xù)，很可能是由斷層導(dǎo)致的地面升降使得不同年代的巖層出現(xiàn)在同一水平線上。一般情況下，斷層兩側(cè)的巖石年代相差較為懸殊，這都是斷層現(xiàn)象出現(xiàn)后，地殼運動的結(jié)果。

3.在煤炭生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)煤層、巖層的產(chǎn)狀、厚度等發(fā)生顯著變化。煤層、巖層的產(chǎn)狀、厚度的變化是由地質(zhì)作用產(chǎn)生的褶皺擠壓的結(jié)果，它使得煤層、巖層的薄厚不一。也有可能是由于斷層的存在，一部分地殼做上升運動，裸露地表，使得巖層、煤層產(chǎn)生了風(fēng)蝕、以及流水侵蝕，當(dāng)時裸露地表的層面出現(xiàn)了產(chǎn)狀、厚度不一的狀況。經(jīng)過長年累月的地質(zhì)變化，又重新回歸地殼內(nèi)部，但當(dāng)時形成的產(chǎn)狀、厚度仍然存在。因此通過研究煤層、巖層的顯著變化也是識別斷層的重要標(biāo)志。

4.斷層的出現(xiàn)有利有弊，給煤礦生產(chǎn)帶來巨大影響。任何事物都有雙面性，斷層的出現(xiàn)并不一定給煤礦開采帶來負(fù)面的影響，它也可能推動煤礦開采的進(jìn)展。因此，斷層對于煤礦開采而言，也是把雙刃劍，會給煤礦生產(chǎn)帶來雙重影響。

四、結(jié)合實例論述煤礦地質(zhì)斷層構(gòu)造預(yù)測方法和結(jié)果

通過井田內(nèi)采掘過程中實際揭露出的斷層，結(jié)合鉆孔資料和已掌握的地質(zhì)資料，綜合分析斷層處的頂?shù)装迤鸱?、煤巖層變化趨勢，從而找出斷層附近煤層的變化規(guī)律，用以指導(dǎo)采掘一線的安全生產(chǎn)。

1、井田內(nèi)的構(gòu)造情況 。目前我礦主采煤層為7煤層、8煤層和9煤層，井田內(nèi)的構(gòu)造主要是以斷裂為主，褶皺為輔的基本格局。區(qū)內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造主要是以西北向為主的張扭性和壓扭性斷裂，及次一級的北東向張扭性斷裂。斷裂的性質(zhì)主要以正斷層為主，局部有小范圍的褶曲，但對回采影響不大，對煤層的影響也不大。區(qū)內(nèi)的斷層走向西翼以北西方向為主，東翼以北東方向為主，區(qū)內(nèi)斷層落差較大。

2、斷裂的成因。因為斷層的表現(xiàn)形式以斷裂為主，所以明白斷裂的成因是很有必要的。在地殼中，由于構(gòu)造運動產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)其達(dá)到巖石強度極限時，就會導(dǎo)致巖石裂斷。巖石連續(xù)性的破裂首先表現(xiàn)為節(jié)理，它在力的進(jìn)一步作用下發(fā)展成斷層（移位斷裂）。另外斷裂的形成過程，即從節(jié)理的萌芽開始到各種不同長度和斷矩斷層的形成，是連續(xù)的過程。這個過程的強度和連續(xù)性，一方面取決于巖石的成分和結(jié)構(gòu)，另一方面又為構(gòu)造形變應(yīng)力參數(shù)和連續(xù)性所決定。

3、受斷層影響，煤層的變化情況。從以上斷裂的成因可以看出，斷層的產(chǎn)狀變化是受巖石的成分和結(jié)構(gòu)及構(gòu)造形變的應(yīng)力系數(shù)所決定的，而地質(zhì)構(gòu)造的變化又會引起煤層的變化，所以煤層頂?shù)装鍘r性的變化是分析區(qū)域斷層產(chǎn)狀變化的重要因素。我礦煤層的底板情況基本相似，均以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，無發(fā)現(xiàn)砂巖底板，頂板有著明顯的變化，這是受沉積環(huán)境的影響所致。比如7、8、9煤層，上山和一水平沉積環(huán)境以湖泊相為主，而下山及三水平是以泥炭沼澤相為主。頂板巖石的成分和結(jié)構(gòu)不同，所以其強度也是不同的，斷層產(chǎn)狀的表現(xiàn)形式也是不同的，對煤層的影響程度也是不同的。

根據(jù)采掘過程中揭露情況分析和實際觀測的結(jié)果，在我礦井田范圍內(nèi)由于斷層的影響，使煤層發(fā)生變化的情況有以下幾種：

（1）以砂巖為頂板的情況；（2）以泥巖和砂質(zhì)泥巖為頂板的情況； （3）煤厚大于3.0m及煤層的普氏硬度小于1.0的情況； （4）煤層的普氏硬度為1.5的變化情況； 。（5）受多條斷層影響的變化情況；

4、巖巷遇斷層的分析與預(yù)測。利用已知斷層的位置、標(biāo)高、產(chǎn)狀、性質(zhì)，編制斷層面等高線，設(shè)計巷道與斷層面等高線上相交的位置即為巷道遇斷層的位置，具體做法如下：

根據(jù)已知斷層編制斷層面等高線。編制斷層面等高線時要與巖巷工程平面圖比例相同及合適的等高距，用計算法求出斷層面等高線的平距。

投繪斷層面等高線。將斷層面等高線嚴(yán)格按照坐標(biāo)、參狀投繪到巖巷所在的采掘工程平面圖上，巖巷將與斷層面等高線不同的高程線相交，根據(jù)巖巷標(biāo)高確定與斷層面同一標(biāo)高高程線相交的位置，該位置即為巖巷過斷層的位置。

5.結(jié)論

綜上所述，得出以下結(jié)論：

（1）以砂巖為頂板的區(qū)域受斷層影響，煤層受斷層的牽引和拖拉小或不明顯； （2）以泥巖和砂質(zhì)泥巖為頂板的區(qū)域，受斷層影響，煤層有明顯的牽引和拖拉現(xiàn)象，上下盤面之間加有貫入或滲入的薄煤層或者煤線，順煤線可尋找丟失的相對盤； （3）煤層厚度大于3.0m且煤層硬度小的區(qū)域，煤層會出現(xiàn)強烈的搓揉、牽引、拖拉及多煤層現(xiàn)象；（4）受多條斷層的影響，熔融的煤層會滲入和貫入到發(fā)育的巖石裂隙中，使其頂板形成瀝青質(zhì)狀物質(zhì)且裂隙面光滑，易造成冒頂，煤層也會出現(xiàn)牽引變薄或短距離消失的現(xiàn)象；（5）掌握了斷層影響下煤層的變化規(guī)律，可以正確指導(dǎo)采掘一線的安全生產(chǎn)。

五、 結(jié)束語

綜上所述，在煤礦地址的斷層預(yù)測和分析中，需要根據(jù)不同的地址情況結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刂窏l件來進(jìn)行較為準(zhǔn)確的分析，更好的來指導(dǎo)采區(qū)的安全生產(chǎn)。（作者單位：開灤股份呂家坨礦業(yè)分公司）

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