煤礦掘進(jìn)常見中小地質(zhì)構(gòu)造的預(yù)測及巷道掘進(jìn)對策

摘要：介紹了常見的中小型地質(zhì)構(gòu)造的類型，探討了不同地質(zhì)構(gòu)造下巷道掘進(jìn)對策，闡述了中小型斷層的定向預(yù)測方法和回采工作面中小斷層的定位預(yù)測方法。

關(guān)鍵詞：巷道掘進(jìn);地質(zhì)構(gòu)造;斷層定向預(yù)測

一、前言

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，加之所處的煤層開采地質(zhì)條件不同，其掘進(jìn)過構(gòu)造時所采取的方式也應(yīng)不同。因此，研究地質(zhì)小構(gòu)造類型和相應(yīng)的過構(gòu)造的掘進(jìn)對策，對煤礦安全生產(chǎn)有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

中小型地質(zhì)構(gòu)造是影響礦井生產(chǎn)和安全的主要地質(zhì)問題，有時由于它的存在會嚴(yán)重影響礦井生產(chǎn)的正常進(jìn)行。因此，礦井地質(zhì)工作者的主要任務(wù)就是研究礦井內(nèi)中小型地質(zhì)構(gòu)造的地質(zhì)特征及其展布規(guī)律，以此對其進(jìn)行可靠的預(yù)測，從而保證礦井生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

要搞好預(yù)測，首先要依據(jù)勘探資料和礦井實(shí)際揭露資料進(jìn)行綜合分析，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)和開拓巷道實(shí)際揭露斷層資料對正施工巷道的前方隱伏斷層進(jìn)行定向預(yù)測;其次是依據(jù)實(shí)測斷層對回采工作面的中小斷層進(jìn)行定位預(yù)測;最后與井下物探資料進(jìn)行綜合分析，提供預(yù)測圖紙，從而達(dá)到保證生產(chǎn)順利進(jìn)行的目的。

二、常見的地質(zhì)小構(gòu)造類型

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

①掘進(jìn)過程出現(xiàn)小斷層的標(biāo)志

掘進(jìn)過程可能出現(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)。

②小斷層類型

掘進(jìn)中常見的小斷層有正斷層、逆斷層、層滑構(gòu)造、小裂隙（破碎帶）。小斷層一般落差在5m以內(nèi)。

小型正斷層以反傾正斷層居多，一般來說上盤下降，下盤上升，斷層面傾向和煤層面傾向相反。斷層面一般較平整，上下兩盤煤層和煤層頂?shù)装逋容^完整，圍巖穩(wěn)定性往往相對于逆斷層要好。

小型逆斷層以同傾逆斷層居多，一般來說上盤上升，下盤下降，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，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>

小裂隙（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20m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)重時會造成冒頂傷人事故。

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。

三、不同地質(zhì)構(gòu)造下的巷道掘進(jìn)對策

1、巷道過正斷層的掘進(jìn)對策

掘進(jìn)巷道過正斷層有兩種情形：

①巷道由斷層上盤向下盤掘進(jìn)。掘進(jìn)見斷層后表現(xiàn)沿頂板掘進(jìn)過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。過斷層時應(yīng)采用棚子支護(hù)，并對棚距進(jìn)行適當(dāng)加密。

②巷道由斷層下盤向上盤掘進(jìn)。巷道見斷層后煤層頂板下移，巷道過斷層時需打板，巷道坡度需向下調(diào)整。

2、巷道過逆斷層的掘進(jìn)對策

巷道過逆斷層時主要表現(xiàn)為煤層重疊。當(dāng)巷道由斷層下盤向上盤通過時，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。當(dāng)巷道由斷層上盤向下盤通過斷層時，需要調(diào)大巷道坡度打板通過。

3、巷道在復(fù)合頂板煤層中的掘進(jìn)對策

復(fù)合頂板易冒頂，不好支護(hù)，巷道掘進(jìn)時應(yīng)盡可能地沿直接頂掘進(jìn)。

4、巷道遇見頂板撓曲構(gòu)造的掘進(jìn)對策

應(yīng)根據(jù)頂板撓曲構(gòu)造特征進(jìn)行預(yù)測，一旦煤層傾角突然變大，應(yīng)該采用接桿釬子向前探測煤層頂板位置。巷道過頂板撓曲構(gòu)造時應(yīng)加密支護(hù)。

5、巷道過頂板裂隙或特厚煤層底板的掘進(jìn)對策

巷道過頂板裂隙（破碎帶）或特厚煤層底板巷道沿底掘進(jìn)時，上頂破碎，巷道掘進(jìn)時應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)。

四、中小型斷層的定向預(yù)測方法

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～盤煤層或者巖層的變化，使沿煤層的巷道迷失方向。定向預(yù)測就是為了尋找斷失翼的煤層并及時確定巷道掘進(jìn)的方向。王莊煤礦通常采用下列幾種預(yù)測方法。

1、煤巖層層位對比法

依據(jù)巷道已揭露的斷層另一盤煤巖層的層位，結(jié)合礦井的標(biāo)志層、煤層及煤層頂?shù)装逄卣鳎ㄟ^層位對比確定斷層的性質(zhì)和斷距，以此尋找斷失的煤層，達(dá)到對煤層定向預(yù)測的目的。例如：在西翼7451工作面風(fēng)道掘進(jìn)時，開始為沿著3#煤層頂板掘進(jìn)遇一斷層，另一盤巖性為灰白色細(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，所以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。

對于多煤層的礦井，由于斷層的影響常常把不同的煤層連在一起，從而使得沿煤層掘進(jìn)的巷道發(fā)生串層，而且不易識別斷層的存在。這時，可以根據(jù)煤層的結(jié)構(gòu)、厚度及煤巖類型等項(xiàng)標(biāo)志來確定斷層的位置、性質(zhì)和落差。比如礦井有一條沿8#煤層底掘進(jìn)的巷道A，掘到B時進(jìn)入了9#-煤層頂板的位置，由于掌握了兩煤層的煤巖類型，很快發(fā)現(xiàn)A，B兩點(diǎn)問存在的斷層，并確定了斷層的性質(zhì)和落差。

2、規(guī)律類推法

王莊煤礦是一個具有40年開采歷史的老煤礦，積累了大量的地質(zhì)資料，通過對資料的分析整理，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。如43盤區(qū)煤層所見斷層均為正斷層，依此規(guī)律在7256斜溜子道遇斷層后也認(rèn)為是正斷層，后來經(jīng)打鉆和掘進(jìn)驗(yàn)證確實(shí)為正斷層。規(guī)律類推法為巷道施工指出了正確的方向，也保證了施工的順利進(jìn)行。

3、構(gòu)造對比法

構(gòu)造對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)測斷層的性質(zhì)相對比，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?。例如南翼二水?254掘進(jìn)時揭露了一條正斷層，依構(gòu)造對比法對南三水平的8282溜子道相應(yīng)位置進(jìn)行了定向預(yù)測，后來經(jīng)過驗(yàn)證此預(yù)測是正確的。

4、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（道巷圖）上，然后把這個斷層與同煤層、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)測的目的。

五、回采工作面中小斷層的定位預(yù)測

定向預(yù)測是為了保證掘進(jìn)開拓工作的順利進(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采區(qū)工作面的中小斷層（包括未揭露的斷層）進(jìn)行定位預(yù)測。特別是隨著回采機(jī)械化程度的提高，對工作面中斷層定位預(yù)測的準(zhǔn)確性要求也越來越高，準(zhǔn)確的定位預(yù)測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。在構(gòu)造復(fù)雜區(qū)，可依據(jù)四壁巷道已經(jīng)揭露的斷層展布，并結(jié)合工作面布局布置一定數(shù)量的巷道，既可作為巷探巷道，探清構(gòu)造，又可作為生產(chǎn)巷道使用。這樣既可探清構(gòu)造達(dá)到定位預(yù)測的目的，又可被生產(chǎn)所利用，并解決了實(shí)際問題。

六、結(jié)束語

掘進(jìn)巷道所見地質(zhì)小構(gòu)造比較復(fù)雜，但常見地質(zhì)小構(gòu)造類型卻只有那么幾種，總結(jié)過地質(zhì)小構(gòu)造的掘進(jìn)對策，可以指導(dǎo)現(xiàn)場掘進(jìn)支護(hù)，確保掘進(jìn)安全生產(chǎn)。

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