小地質(zhì)構(gòu)造對煤礦掘進的影響與策略探究

王瑞昌

摘要：長期以來，由于相關(guān)工作人員對煤礦掘進過程中的地質(zhì)構(gòu)造狀況不是足夠重視，進而導致相關(guān)預(yù)防及防范工作不是十分到位，這也就在一定程度上給煤礦采集事故的發(fā)生埋下了一定的隱患。為此，煤礦開采相關(guān)工作人員應(yīng)進一步增強對小地質(zhì)構(gòu)造相關(guān)地形的了解和認識，進而為預(yù)防和降低煤礦采集事故提供一定的前提與保障。文章就小地質(zhì)構(gòu)造對煤礦掘進的影響以及相關(guān)的策略進行了深入細致的分析與探討。

關(guān)鍵詞：小地質(zhì)構(gòu)造；煤礦掘進；相應(yīng)的影響；策略探究

一直以來，進行井下煤礦采集工作的危險性系數(shù)就相對較大，這其中頂板事故應(yīng)該是煤礦采集事故中較為常見的一種類型。煤礦頂板事故主要是指相關(guān)工作人員在進行井下采煤過程中由于施工方式及施工策略的失誤所導致的煤層頂板的坍塌現(xiàn)象，這不僅僅會導致煤礦采集工作的中斷，同時還可能造成相關(guān)工作人員的傷亡以及生產(chǎn)設(shè)備的損壞及破壞。可以說，煤層頂板事故具備突發(fā)性及不可預(yù)見性的特征，同時其對人類生產(chǎn)生活的危害性也相對較大。究其原因，煤層頂板事故的發(fā)生主要是因為煤層頂板與中上層地質(zhì)構(gòu)造的不均勻現(xiàn)象。為進一步切實防范煤層頂板事故的頻發(fā)，相關(guān)單位及人員需要針對相應(yīng)的地質(zhì)構(gòu)造制定出與之對應(yīng)的應(yīng)急策略及防范措施。而實際工作中，面對一些小的地質(zhì)構(gòu)造時，相關(guān)工作人員及管理人員往往不對此給予足夠的重視，進而在上報及制定相應(yīng)措施中忽略掉相關(guān)問題，這無疑給煤礦掘進工作埋下了較大的安全隱患，也在某種程度上進一步增加了煤礦頂板事故的發(fā)生機率。多年來，盡管我國也一直努力在對這一問題進行緩解和控制，但其改善的效果始終不盡如意，其主要原因無非是對煤炭開采的工作環(huán)境及地質(zhì)構(gòu)造缺乏較深入的了解和認識，為此，在今后煤炭掘進過程中應(yīng)進一步加深對煤炭開采相關(guān)問題的認識，同時進一步加強對煤礦事故的預(yù)防與相應(yīng)的防護工作。

一、小地質(zhì)構(gòu)造類型的相關(guān)介紹

地質(zhì)構(gòu)造是地殼之間的運動產(chǎn)生的，它是指構(gòu)造在巖層和巖體中運動所留下來的各種行跡。

小地質(zhì)構(gòu)造主要來源于大型的地質(zhì)構(gòu)造，可以說其是大型地質(zhì)構(gòu)造之中的次一級地質(zhì)構(gòu)造。具體來說，小地質(zhì)構(gòu)造可以分為小斷層、小褶皺以及復合頂板等相關(guān)類型。盡管這幾種類型同屬于小地質(zhì)構(gòu)造，但具體到每一種地質(zhì)構(gòu)造，它們又有著各自不同的特點及特征。

（一）小斷層

小斷層可以說是煤礦采集掘進過程中較為常見的一種小地質(zhì)構(gòu)造類型。此外，小斷層出現(xiàn)的標志也各式各樣，在煤層頂板或者是底板出現(xiàn)移位現(xiàn)象時；煤層厚度不斷降低，最終導致尖滅現(xiàn)象時；順著煤層的巷道觀察，煤層厚度出現(xiàn)一定的加劇狀況，造成巖石楔子問題產(chǎn)生時；煤層被巖層逐漸取代，進而使得煤層的頂板和底板部位出現(xiàn)巖性變化時，可以說，這些現(xiàn)象或狀況的發(fā)生及產(chǎn)生都會在一定程度上使得煤礦采集掘進過程中極有可能出現(xiàn)小斷層。而具體的情況及相應(yīng)的操作應(yīng)對措施還需要相關(guān)工作人員做進一步的分析及探討。

小地質(zhì)構(gòu)造中的小斷層地址類型主要是指落差小于等于五米的斷層，在煤炭采集掘進過程中，小斷層、逆斷層以及小裂縫的現(xiàn)象及狀況時有發(fā)生。正斷層與其他兩種情況相比較而言，其較為明顯的特點就是上盤下降和下盤上升的問題，此外，正斷層的穩(wěn)定性及平整程度也相對較高。逆斷層作為小斷層的一種情況及形式，其斷層結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為傾斜角度相對較大，另外，逆斷層中會存在有較為嚴重的小褶皺現(xiàn)象。由此可見，巷道支護工作具備一定的艱難性，可以說，隨著時間的逐步推移，巷道支護的穩(wěn)定性會出現(xiàn)明顯的降低，同時加上較高程度的巖層外力擠壓，此時層滑構(gòu)造形式逐漸形成及出現(xiàn)。此外，由于較為混亂的煤層層理結(jié)構(gòu)，再加上局部巖層受力程度的集中性，進而導致煤巖層極易出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象及狀況。為此，煤炭采集及掘進過程中相關(guān)工作人員應(yīng)進一步提高對于小斷層地質(zhì)構(gòu)造的重視程度，可以說，只有這樣，才有可能更有針對性地對煤炭開采過程中的相關(guān)問題進行分析與解決，進而有利于提高采煤工作的整體效率水平。

（二）復合頂板

煤層頂板主要可分為老頂、直接頂和偽頂三種類型，很多煤層頂板中存在一定的薄煤線，這些薄煤線有些是一層，有些是多層，但是所有的薄煤線主要集中在直接頂和偽頂之間的部位。復合頂板主要是由多層煤線和薄巖層互層構(gòu)成?？梢哉f，復合頂板對巷道支護的穩(wěn)固性有著十分不利的影響。

（三）小褶皺

褶皺通常是指在構(gòu)造的運作下，巖層因受力發(fā)生一系列的波狀的彎曲變形，最終形成褶皺。它通常包括直接頂、老頂和偽頂。

在向斜結(jié)構(gòu)和背斜結(jié)構(gòu)中，小褶皺出現(xiàn)的機率相對較高，在實際煤炭開采過程中，煤層頂板的撓曲構(gòu)造形式也是小褶皺較為常見的一種形式。煤層頂板的撓曲構(gòu)造不規(guī)則性較為明顯，有很多不規(guī)則的小褶皺，同時其規(guī)模也相對較小，一般只有1～26米的影響范圍，為此可以說，小褶皺極易對巷道的支護工作產(chǎn)生一定的破壞性，此外，周邊的煤巖層因小褶皺的影響存在著塑性變形的可能性，威脅著巷道支護的穩(wěn)固，極有可能對相關(guān)工作人員及煤炭開采工作造成不可預(yù)見的危害。

二、小地質(zhì)構(gòu)造對煤礦掘進的影響

在采煤和掘進的工程中，原巖的應(yīng)力不斷地受到破壞和改變，應(yīng)力平衡受到破壞，導致頂板和煤層的變形或是損壞回采工作所經(jīng)過的環(huán)境。當進行煤礦掘進時，小地質(zhì)構(gòu)造處的應(yīng)力表現(xiàn)的非常明顯，如若在這種情況下，設(shè)備質(zhì)量、管理水平和巖石的變形系數(shù)等都對煤礦掘進工作產(chǎn)生重大的影響，甚至是威脅施工者的安全。因此在挖掘或采煤過程中要做好頂板的管理工作，如果管理不當，頂板便會出現(xiàn)斷裂等危險的情況，甚至出現(xiàn)塌方。同時，也要對支護引以高度重視，提高支護的質(zhì)量，防止局部冒頂?shù)默F(xiàn)象發(fā)生。接下來本文就從以下幾個方面對小地質(zhì)構(gòu)造對煤礦掘進的影響進行分析：

（一）回采作業(yè)過程中的影響

回采作業(yè)過程中，在小地質(zhì)構(gòu)造的環(huán)境下，煤層和頂板在一定的壓力及作用力下，極有可能會出現(xiàn)一定的變形及破碎現(xiàn)象，此時也就為局部冒頂?shù)某霈F(xiàn)提供了一定的條件及前提。在回采放頂煤作業(yè)過程中，由于頂板與煤層之間所承受的壓力過大，發(fā)生破碎之后的煤會沿著架前煤壁跌落到下方，進而在煤層頂板形成一定的空間，同時產(chǎn)生較大面積的滑坡現(xiàn)象，最終使得煤層支架上空出現(xiàn)懸空的現(xiàn)象。較為嚴重時，可能會形成一定的倒架危險，進而給相關(guān)作業(yè)人員造成一定的生命威脅，同時也給煤炭生產(chǎn)帶來較大的安全隱患。

（二）掘進作業(yè)過程中的影響

掘進作業(yè)過程中，在小地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境下，采掘活動對于工作區(qū)域外圍煤體的影響范圍可達三十米，這種情況下極易造成局部冒頂現(xiàn)象的出現(xiàn)，一旦形成巷道高冒區(qū)，就易造成瓦斯泄露和大量的聚集。在瓦斯壓力梯度較大的情況下，一定范圍內(nèi)，瓦斯壓力變化的幅度也相對較大，此時極易造成爆炸事故的產(chǎn)生，進而對煤礦生產(chǎn)的安全性帶來十分不利的影響。

（三）在進行打頂板錨桿和錨索作業(yè)時的影響

一些小地質(zhì)構(gòu)造在回采及掘進過程中很難發(fā)現(xiàn)其中的不尋常狀況，而在進行打頂板錨桿和錨索作業(yè)時，當鉆機的工作速度明顯快于正常狀態(tài)時，則意味著極有可能遇見小地質(zhì)構(gòu)造情形，依據(jù)相關(guān)的工作經(jīng)驗，可以初步判斷出現(xiàn)的這類小地質(zhì)構(gòu)造屬于相對隱蔽的一種小地質(zhì)構(gòu)造類型，作為隱藏在煤層頂部的小地質(zhì)構(gòu)造，其引發(fā)冒頂事故的機率相對較大，同時其危害性也是巨大的。為此，對于這種隱蔽的小地質(zhì)構(gòu)造，相關(guān)人員應(yīng)給予足夠的重視，進而降低其進一步產(chǎn)生危害的可能性。

三、煤炭掘進過程中相應(yīng)的策略探究

不同的小型地質(zhì)構(gòu)造所采取的煤炭掘進方法不同，根據(jù)小型地質(zhì)構(gòu)造的種類將煤炭掘進方法分為以下幾種：正斷層的掘進方法、逆斷層的掘進方法、頂板撓曲的掘進方法和復合頂板煤層的掘進方法等。

（一）正斷層的掘進方法

正斷層是地質(zhì)構(gòu)造中斷層的一種，它通常由兩種形式組成，分別是巷道由斷層上盤向下盤掘進和巷道由下盤向上盤掘進。

巷道由斷層上盤向下盤掘進是指在掘進過程中，當斷層出現(xiàn)在視線之后，煤層的頂板突然呈上升趨勢，并且會時常發(fā)現(xiàn)有冒頂?shù)默F(xiàn)象。巷道由斷層下盤向上盤掘進是指在掘進過程中，當斷層出現(xiàn)在視線之后，煤層的頂板突然呈下降趨勢，這時要對下降巷道的坡度進行調(diào)整。由此可見，當遇到斷層時，要充分做好穿過各種斷層準備，并且要不斷通過運用風鉆探空對煤層頂板進行照明，以防有冒頂或其他的危害等災(zāi)害的威脅。同時，在通過斷層時，要利用錨帶網(wǎng)做好支護工作以防塌方等危害，但在做好支護工作的同時，要使錨桿的間距進行縮小。

（二）逆斷層的掘進方法

逆斷層也是地質(zhì)構(gòu)造中斷層的一種，一般表現(xiàn)為上盤上升，下盤下降，一般是由重力和水平力共同作用形成的，是引發(fā)地震主要原因。

在通過逆斷層時，一般會遇到重疊現(xiàn)象，而這種現(xiàn)象比較困難，因此，逆斷層中主要需要克服的困難便是重疊現(xiàn)象。當進行由上盤向下盤的掘進方向時，應(yīng)適當?shù)脑龃笙锏赖钠露?，與此同時，也要做好必要的超前支護處理；當進行由下盤向上盤的掘進方向時，需要注意煤層的重疊現(xiàn)象，即首先進行頂板重疊煤層的防控，防止冒頂現(xiàn)象的發(fā)生，然后運用加密錨桿和頂板雙層支護加強支護的可靠性。

（三）頂板撓曲構(gòu)造的掘進方法

對于頂板而言，撓曲構(gòu)造是一個很危險的地質(zhì)構(gòu)造，因此對頂板撓曲構(gòu)造進行掘進時需要對其觀測，及時準確的掌握其中的構(gòu)造特點和特征，做好可靠的預(yù)防工作。但當煤層的傾角變大時，首先要用錨索鉆機對煤層頂板進行勘測，確定安全后方可繼續(xù)掘進，但是要采取加密支護的方式。

（四）復合頂板煤層的掘進方法

煤層與原巖之間的關(guān)系并不是一成不變的，并且兩者之間的聯(lián)系方式都是自然隨機形成的，因此煤層與頂板之間難免會有復合的接觸方式。復合頂板容易冒頂且不好支護，所以在掘進的工程中要盡量避免復合頂板區(qū)域，向著直接頂板掘進。

不同小型地質(zhì)構(gòu)造有著不同的煤礦掘進方法，但它們大致可以歸納為三個方面：采煤工作面局部冒頂、掘進過程中局部冒頂以及隱蔽小地質(zhì)構(gòu)造。

1. 采煤工作面局部冒頂?shù)南鄳?yīng)策略

一般在采煤工作面出現(xiàn)局部冒頂?shù)那罢字饕儸F(xiàn)為：煤層頂板出現(xiàn)一定的裂縫，同時其裂縫有進一步加劇的現(xiàn)象；頂板裂縫內(nèi)可能會出現(xiàn)掉碴現(xiàn)象等。在發(fā)現(xiàn)這些征兆時，為進一步預(yù)防局部冒頂事故的出現(xiàn)，相關(guān)工作人員可以選擇采用淺截深割煤的方式進行采礦作業(yè)，作業(yè)時一次截深的高度應(yīng)在半米之內(nèi)。此外，割煤后應(yīng)及時移架或者及時補打臨時性的支護。在對輸送機進行移動時，相關(guān)人員一定要嚴格遵循相應(yīng)的操作流程，同時為進一步降低空頂?shù)臅r間，在移動的同時應(yīng)及時搬回臨時支柱，在出現(xiàn)頂板破碎狀況時，一定要先打托板，之后再進行移動輸送機的工作，以確保移動過程中的安全問題。

2. 掘進過程中局部冒頂?shù)南鄳?yīng)策略

在掘進過程中局部冒頂?shù)某霈F(xiàn)一般也伴隨著一定的前兆，除與采煤工作面局部冒頂征兆相似的現(xiàn)象外，掘進過程中出現(xiàn)局部冒頂前一般還伴隨著頂板劈落面淋水滴落現(xiàn)象的出現(xiàn)。在出現(xiàn)這些征兆時，一定要保持迎頭、頂板支護和巷道的一致性，特別禁止滯后現(xiàn)象的出現(xiàn)，此外，相應(yīng)的支護材料及配套設(shè)施一定保障其質(zhì)量的合格性。此外，在執(zhí)行敲幫問頂時一定要嚴格遵循相應(yīng)的規(guī)章程序進行操作，以防止出現(xiàn)空頂作業(yè)，對于礦壓及支護參數(shù)也應(yīng)適時進行調(diào)整。

3. 出現(xiàn)隱蔽小地質(zhì)構(gòu)造時的相應(yīng)策略

出現(xiàn)隱蔽小地質(zhì)構(gòu)造時，在完成錨桿和錨索作業(yè)后，往往會出現(xiàn)一定的淋水狀況。在出現(xiàn)一定征兆時，相關(guān)工作人員應(yīng)及時將其具體情況向上級進行匯報和登記，進而再由相應(yīng)的人員進行負責與處理。在錨桿和錨索作業(yè)完工后，一定要及時補打一些其他類型的支護，以進一步預(yù)防小地質(zhì)構(gòu)造對相關(guān)工作造成的不利影響。

4. 除以上三個方面外，還可以提前預(yù)知小型地質(zhì)結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)超預(yù)報結(jié)果提前對煤礦掘進工作做出相應(yīng)的針對性的措施。對礦區(qū)的小型地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行超預(yù)報，是有效避免危害、事故等災(zāi)難的根本和前提。

四、結(jié)論

總而言之，小地質(zhì)構(gòu)造對煤礦掘進工作有很大的影響，在進行煤礦的掘進工作中要對小地質(zhì)構(gòu)造引起高度的重視，做好各方面的準備，根據(jù)小地質(zhì)構(gòu)造的影響及危害，確定相對應(yīng)的策略措施，降低因小地質(zhì)構(gòu)造所引起的事故率，提高煤礦掘進的速度、質(zhì)量和安全率。由于時間的關(guān)系，本文不能對小地質(zhì)構(gòu)造對煤礦掘進進行更全面、更深入的研究，今后可以在以下幾個方面加以研究：小地質(zhì)構(gòu)造在煤礦掘進過程中對煤層自然的分析；小地質(zhì)構(gòu)造對煤礦掘進中的礦區(qū)的影響分析以及不同的小地質(zhì)結(jié)構(gòu)對煤礦掘進的影響等。

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（作者單位：國投新集能源股份有限公司劉莊煤礦總工辦）