淺談復(fù)雜構(gòu)造條件下的煤層開采

卓永青 福建省天湖山能源實業(yè)有限公司含春礦，福建 泉州 362617

含春井田內(nèi)由于受F31推覆斷層的影響和后期構(gòu)造的疊加，使井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜，煤層賦存條件差，厚度變化極不穩(wěn)定，給礦井地質(zhì)找煤和開采工作帶來許多困難。顯然，只有采取積極的措施熟練掌握該井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造規(guī)律，合理的煤層開采布置，充分挖掘礦井資源內(nèi)部潛力，才能為延長礦井服務(wù)年限和今后生產(chǎn)接替的順利進行打下堅實基礎(chǔ)。

1 概述

2012 年、2013 年含春煤礦含一采區(qū)開采主要集中在+600m、+575m 區(qū)段，這兩年+575m 區(qū)段主要開采62#、63#煤層，在開采過程中逐步揭露煤層傾向上、走向上的褶曲、小向背斜構(gòu)造。而實際上在2012年開掘的62#、63#沿煤運巷時，上下區(qū)段同煤層的運巷平距偏移較大，因此給煤層層位判定上造成一定的因難，但是通過2013 年及2014 年的開采，逐漸掌握了煤層傾向的構(gòu)造情況，并通過有效的分析和合理的采準(zhǔn)布置，順利將煤層開采，有效提高煤層的回采率。

2 63#煤層構(gòu)造情況

F31斷層下盤63#煤層:厚度0.14～9.86m，平均厚度1.02m，為本區(qū)局部可采煤層，以粉煤為主。直接頂板0.5～5.00m 細粉砂巖，水平層理發(fā)育，含植物碎片，間接頂板細砂巖，厚5m 左右，層位穩(wěn)定。底板為砂質(zhì)泥巖，含根莖。煤層在+575m 水平走向上從南至北中部呈一較大的向背斜褶曲構(gòu)造，在煤層靠近含一采區(qū)南集運傾向上呈背向斜交替的構(gòu)造。

3 構(gòu)造分析和采準(zhǔn)優(yōu)化布置及實施效果

3.1 含一采區(qū)+575m 區(qū)段四東石門17N 運巷(63#煤層)開采方案

(1)工作面概況。該工作面于2012 年6 月開工，運巷走向長度90m，煤層厚度0.3～1.8m，平均厚度1.2m，煤層平均傾角43°，頂板為砂質(zhì)泥巖，線狀水平層理發(fā)育，含似層狀黃鐵礦結(jié)核;底板為含根莖的細粉砂巖。工作面開采至運巷約75m 位置，小眼在沿煤層傾向掘進約18m 后(標(biāo)高為+587.5m)煤層壓薄變?yōu)榱⒉勖骸?/p>

(2)采準(zhǔn)優(yōu)化布置方案。方案一:經(jīng)過現(xiàn)場煤層傾角及已施工小眼的綜合數(shù)據(jù)分析計算，預(yù)計63#煤層向斜軸部在石門63#煤層見煤點往東20m 處(標(biāo)高為+582.7m)，準(zhǔn)備通過63#煤層17N 運巷應(yīng)掘的采準(zhǔn)巷道進行優(yōu)化布置，即在原順槽中布置探眼按18°坡度穿過煤層底板施工15m 至煤層的向斜軸部，然后沿向傾軸部施工順槽，到位后再回采向斜兩翼的煤層(附剖面圖A);優(yōu)點:周期較短，安全系數(shù)較高，且能全部回收向斜兩翼的煤層。缺點:投入進尺較多，增加原煤成本。方案二:在石門63#煤層見煤點往東20m 處(即煤層向斜軸部位置)布置全巖小眼按20°坡度施工至煤層的向斜軸部，然后沿向傾軸部施工順槽，到位后再回采向斜兩翼的煤層(附剖面圖B);優(yōu)點:周期較短，能全部回收向斜兩翼的煤層;缺點:順槽太長，增加支護及出煤的勞動量，增加后期支護的維修，難以布置雙下出口。經(jīng)過礦井各專業(yè)組認真的對比論證，擬采用方案一對該煤層進行開采。

(3)優(yōu)化布置效果。本方案于2012 年8 月份開始實施，從含一采區(qū)+575m 區(qū)段四東石門17N 運巷63#煤層采準(zhǔn)巷道中按18°坡度穿過煤層底板施工探眼，探眼施工約15m 后，揭露到63#煤層的向斜軸部。采準(zhǔn)巷道施工后，該煤層向斜西翼可采傾向長度為10m，東翼可采傾向長度為35m。通過本次采準(zhǔn)巷道的優(yōu)化布置，共投入全巖2.5m2小眼進尺計65 米，該煤層回采至14 年3 月份結(jié)束，共采出煤炭0.88 萬噸。

4 通過上述開采方案總結(jié)判斷含春井田煤層褶皺構(gòu)造經(jīng)驗

(1)地層層序的對稱重復(fù)和巖層產(chǎn)狀的規(guī)則變化是識別褶皺的兩大標(biāo)志。前者是判明褶皺構(gòu)造的確定性標(biāo)志，它適用于包括等斜褶皺、倒轉(zhuǎn)褶皺、扇形褶皺和平臥褶皺在內(nèi)的一切褶皺。后者是判明褶皺構(gòu)造的可能性標(biāo)志，在地層層序發(fā)生倒轉(zhuǎn)的地區(qū)，即使巖層產(chǎn)狀沒有變化，也不能肯定就沒有褶皺;在地層層序正常的地區(qū)，巖層產(chǎn)狀的變化，既可由褶皺引起，也可由斷層產(chǎn)生。因此在利用巖層產(chǎn)狀標(biāo)志時要謹慎。凡是在穿層巷道中，一旦發(fā)現(xiàn)地層層序出現(xiàn)對稱性重復(fù)時，可以斷言，期間必然存在褶皺構(gòu)造，并可根據(jù)褶皺核部和兩翼地層的相對新老，鑒別它是向斜或是背斜。無論在穿層或順層巷道中，只要發(fā)現(xiàn)巖層產(chǎn)狀呈現(xiàn)相向或相背傾斜時，通常有褶皺的存在，并據(jù)此確定向斜或背斜。在沿煤層走向掘進煤層平巷時，如果巷道發(fā)生急劇彎曲，說明有傾伏褶皺存在。

(2)在較大型的褶曲中常產(chǎn)生更次級的小型褶曲，進一步使煤層的厚度的形態(tài)不穩(wěn)定，對采煤影響更大。因受力不同，煤厚薄分布不同:如縱彎褶曲是傾向壓力，使煤層產(chǎn)生塑性蠕動，使褶曲軸部煤層增厚，兩翼變薄;如受力為橫彎褶曲，受力自上而下的垂直層面的作用力，塑性煤層由褶曲頂部向兩翼蠕動，使向斜軸部煤層變厚，而背斜軸部煤層變薄。由于受F31斷層影響，下盤煤層產(chǎn)狀發(fā)生急劇變化段或轉(zhuǎn)折端，如褶曲直立、倒轉(zhuǎn)翼或軸部附近往往局部增厚形成煤包，而正常翼雖有壓薄但連續(xù)性較好。煤層的原生結(jié)構(gòu)常受破壞，煤層穿刺現(xiàn)象嚴重，形態(tài)多樣。主要有穿頂?shù)摹安蹨厦骸薄ⅰ凹庾用骸?、“羊角煤”、“倒鉤煤”;穿底的“三角煤”、“透鏡狀”、“串珠狀”等。斷層在煤層附近常拖煤、擠煤或在斷帶充煤，給煤層對比增加了困難。煤層的穩(wěn)定性較差，可采性下降，壓薄、增厚變化急劇，不利開采。

5 結(jié)束語

隨著含三采區(qū)+540m 區(qū)段2013 年進入準(zhǔn)備巷道施工中，該區(qū)段的53#、59#、60#煤層揭露出來的構(gòu)造較為復(fù)雜，預(yù)計傾向上仍存在褶曲構(gòu)造，給下一步開采帶來困難，工作面采準(zhǔn)巷道需要優(yōu)化布置的必將增多，如何優(yōu)化布置方案，只有在生產(chǎn)中，不斷摸索和總結(jié)經(jīng)驗，在提高煤層回采率及保證安全生產(chǎn)的同時，也要盡量減少優(yōu)化布置資金的投入，提高礦井的經(jīng)濟效益。