礦井采前地質(zhì)分析與評價

張正國

(雙鴨山市煤炭生產(chǎn)安全管理局，黑龍江 雙鴨山 155100)

礦井采前地質(zhì)分析與評價

張正國

(雙鴨山市煤炭生產(chǎn)安全管理局，黑龍江 雙鴨山 155100)

本文主要闡述了采前地質(zhì)分析評價的目的、作用以及應(yīng)遵循的幾項基本原則，并提出了采煤方法的地質(zhì)要求、采前地質(zhì)評價的內(nèi)容和評價方法。

礦井；采前；地質(zhì)分析；評價

受地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動的強(qiáng)烈影響，我國煤炭賦存的地質(zhì)條件更為復(fù)雜，僅靠井田不同勘探階段提供的地質(zhì)資料遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足煤礦生產(chǎn)的現(xiàn)實需要。而采前地質(zhì)評價能在查明煤炭賦存地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，解決采掘方式與地質(zhì)條件間彼此適應(yīng)的問題。采前地質(zhì)評價可以為煤礦高產(chǎn)高效工作面最佳采場的選擇提供更為可靠的地質(zhì)依據(jù)，因此，在采掘部署和煤炭開采之前，進(jìn)行采前地質(zhì)條件評價非常重要。采前地質(zhì)分析和評價有兩個作用：一是根據(jù)煤礦的不同開采地質(zhì)條件特點，劃分出不同采煤工藝對應(yīng)的開采地質(zhì)條件類型及其分布空間，為采區(qū)或工作面合理劃分、有效選擇合理的采掘部署方式和采煤方法提供科學(xué)依據(jù)。二是根據(jù)采掘方式和采煤方法選擇開采地質(zhì)條件適宜的采掘場地，充分利用煤礦現(xiàn)有采煤設(shè)備，提高設(shè)備利用率和煤礦生產(chǎn)效率。

1 采前地質(zhì)評價應(yīng)遵循的基本原則

A.充分利用地質(zhì)資料原則。煤礦的勘探、開拓和開采過程也是不斷積累地質(zhì)資料的過程，這些地質(zhì)資料寶貴翔實，來之不易，看似雜亂無章的大量資料卻蘊(yùn)含著豐富的地質(zhì)規(guī)律信息，從而構(gòu)成了采前地質(zhì)評價的基本原始數(shù)據(jù)。在進(jìn)行采前地質(zhì)評價時，無論采用什么評價方法，一定要本著充分收集和利用這些原始資料的原則，才能做好煤礦的采前地質(zhì)評價工作。B.系統(tǒng)分析原則。開采地質(zhì)條件是由諸多關(guān)系密切的地質(zhì)因素構(gòu)成的一個完整的系統(tǒng)，在采前地質(zhì)評價過程中，應(yīng)綜合考慮各種因素，建立一套完善的定量評價指標(biāo)體系。C.定性評價與定量評價相結(jié)合原則。定量評價須與定性分析密切配合，通過定性評價，可以確定研究區(qū)的地質(zhì)因素、量化指標(biāo)和成因機(jī)制，為定量評價準(zhǔn)備好合格的原始數(shù)據(jù)。D.經(jīng)濟(jì)性原則。在滿足采礦和安全基本要求的基礎(chǔ)上，采前地質(zhì)評價工作應(yīng)盡量追求經(jīng)濟(jì)性原則，投入采前地質(zhì)評價的工作量和費(fèi)用不宜太大。為了達(dá)到這一目標(biāo)，一是要盡量優(yōu)化定量評價指標(biāo)體系，篩選出影響煤礦開采的主要地質(zhì)因素。二是要借助數(shù)學(xué)方法和計算機(jī)技術(shù)，將一些煩瑣重復(fù)的手工勞動，如：定量評價單元、評價單元指標(biāo)值統(tǒng)計計算和數(shù)據(jù)管理、采前地質(zhì)綜合評價和評價結(jié)果的自動成圖等過程，交由計算機(jī)程序自動完成。E.服務(wù)生產(chǎn)原則。為滿足設(shè)計和生產(chǎn)的要求，采前地質(zhì)評價類型的劃分必須充分結(jié)合煤礦的生產(chǎn)實際，考慮到煤礦的生產(chǎn)規(guī)劃和不同采煤方法與采煤機(jī)械所適用的地質(zhì)條件，地質(zhì)塊段的劃分應(yīng)盡量考慮采區(qū)與回采工作面布置的需要。

2 采煤方法的地質(zhì)要求

采前地質(zhì)評價結(jié)果將直接服務(wù)于煤礦的設(shè)計與生產(chǎn)過程，因此，采前地質(zhì)評價工作必須密切結(jié)合煤礦的開采實際。受多期構(gòu)造運(yùn)動的疊加影響，我國的煤田地質(zhì)條件復(fù)雜多變，地區(qū)技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展也不平衡，不同煤礦所采用的采煤設(shè)備和采煤工藝呈現(xiàn)出多樣性的特點。盡管發(fā)展煤炭工業(yè)的根本出路在于綜合機(jī)械化采煤，但不同的采煤方法和采煤設(shè)備只有在相應(yīng)的地質(zhì)環(huán)境中才能充分發(fā)揮其特有的性能，只有根據(jù)開采地質(zhì)條件，才能選擇出經(jīng)濟(jì)高效的采煤方法和技術(shù)工藝。

2.1 緩傾斜、傾斜煤層普通機(jī)械化采煤

我國已研制出多種型號的單滾筒和雙滾筒采煤機(jī)。普采工藝對地質(zhì)條件的適應(yīng)性較強(qiáng)，煤層最薄可采到0.55 m，特厚煤層可以采取分層開采。直接影響采煤機(jī)工作的是煤層結(jié)構(gòu)、煤層硬度和煤層頂板穩(wěn)定性等地質(zhì)因素，在一般情況下，可以通過選擇適應(yīng)性好的采煤機(jī)組及支護(hù)方式加以解決，如：堅硬煤層采用大功率采煤機(jī)，破碎頂板可采用圓鋼托偽頂方法過破碎帶，堅硬頂板懸頂嚴(yán)重時可采用大密度、高強(qiáng)度的支護(hù)，等等。由于普采的靈活性，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度一般只影響采煤進(jìn)度和采煤工藝的改進(jìn)，而不會使其陷入困境。在地質(zhì)構(gòu)造簡單的采區(qū)，可以采用對拉工作面；對于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的采區(qū)，工作面長度受到限制，而且工作面內(nèi)部過斷層也會或多或少地影響采煤進(jìn)度?？傊?，只要地質(zhì)條件并非十分復(fù)雜的礦井，普采優(yōu)勢都會得到充分的發(fā)揮。

2.2 緩傾斜煤層的綜合機(jī)械化采煤

綜采技術(shù)是在普采基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，近年來不僅綜采產(chǎn)量大幅度提高，而且綜采工作面的國產(chǎn)設(shè)備比重越來越大。緩傾斜煤層使用綜采時，一般根據(jù)煤層厚度及其他地質(zhì)條件來選擇相應(yīng)的采煤工藝和綜采設(shè)備。

A.薄煤層綜采。薄煤層綜采技術(shù)對開采地質(zhì)條件，尤其是地質(zhì)構(gòu)造和煤層穩(wěn)定性的要求更為嚴(yán)格。由于煤層厚度本身很薄，一旦遇到規(guī)模較小的斷層，就會影響到煤層連續(xù)性。必須保證工作面內(nèi)無斷層存在，保持煤層厚度穩(wěn)定，煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層在走向和傾向上無太大起伏變化。B.中厚煤層綜采。滾筒采煤機(jī)可用于開采各種不同硬度的煤層，煤層傾角可大可小。而刨煤機(jī)的適用條件為：煤層厚度小于2 m，煤層傾角小于25°(最好小于15°)，煤質(zhì)中硬，煤層中硫鐵礦含量小、塊度小、夾矸厚度小，頂板中等穩(wěn)定，底板平整、沒有底鼓，煤層起伏幅度小，沿煤層走向及傾向沒有大的斷層等。C.厚煤層綜采。厚煤層綜采一般有分層綜采、大采高綜采和放頂煤綜采3種工藝，近年來，厚煤層綜采工藝有了很大發(fā)展，尤其是大采高綜采和放頂煤綜采的試驗成功和大量推廣應(yīng)用，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 傾斜煤層的綜合機(jī)械化采煤

傾斜煤層綜采的最佳地質(zhì)條件為：煤層傾角25°～ 38°，煤層頂板條件較好，煤質(zhì)中等硬度以上，采區(qū)內(nèi)沒有大的地質(zhì)構(gòu)造問題，等等。

2.4 急傾斜煤層的綜合機(jī)械化采煤

急傾斜煤層綜采主要針對厚煤層和特厚煤層進(jìn)行，一般多采用垮落式采煤法。隨著放頂煤液壓支架及滑移頂梁支架的研制成功，我國先后進(jìn)行了急傾斜水平分段綜采放頂煤采煤法的試驗，并獲得了成功。該種方法與其他任何采煤方法相比，具有工作面產(chǎn)量高、掘進(jìn)率大幅度降低等優(yōu)點。急傾斜煤層綜采對地質(zhì)條件的要求比較嚴(yán)格，具體為：煤層傾角gt;45°，煤層厚度gt;20 m，并在采區(qū)范圍內(nèi)沿走向保持穩(wěn)定，煤質(zhì)介于中硬和中軟之間，采區(qū)內(nèi)無落差較大的斷層，不存在多組不同方向的斷層。

3 采前地質(zhì)評價的內(nèi)容

采前地質(zhì)評價的內(nèi)容包含影響煤礦安全開采的所有地質(zhì)條件，但由于不同煤礦地質(zhì)條件特點各異，具體工作時應(yīng)針對實際情況確定采前地質(zhì)評價的項目和重點。大量開采實踐證明，礦井構(gòu)造復(fù)雜程度是制約大部分煤礦生產(chǎn)的最重要因素之一。因此，查明不同地段礦井地質(zhì)構(gòu)造的相對復(fù)雜程度是采前地質(zhì)評價的首要任務(wù)，也是現(xiàn)代化礦井地質(zhì)保障系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)。煤炭采前地質(zhì)評價工作最早是從地質(zhì)構(gòu)造條件的綜合評價和預(yù)測開始的，而且在整個工作中自始至終占有十分重要的地位。

4 采前地質(zhì)評價的方法

我國煤炭采前地質(zhì)評價工作已由定性評價向定性評價與定量評價相結(jié)合的方向發(fā)展，由單指標(biāo)評價向多因素綜合評價的方向發(fā)展，由模糊綜合評判向人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多種數(shù)學(xué)模型發(fā)展，目前已形成了比較成熟的技術(shù)，開發(fā)出了可使整個工作實現(xiàn)最大程度自動化的可視化計算機(jī)軟件程序。A.定性評價。定性評價是煤礦采前地質(zhì)評價的第一步，其主要任務(wù)是查明研究區(qū)開采地質(zhì)條件的主要影響因素，為后續(xù)各種定量評價方法的選擇和實施奠定基礎(chǔ)；查明研究區(qū)構(gòu)造線方向及資料點的分布狀況，為定量評價單元的剖分提供基本的控制參數(shù)；確定評價指標(biāo)量化方法或數(shù)學(xué)模型及其所需基礎(chǔ)資料。B.單項指標(biāo)評價。單項指標(biāo)評價是在煤炭開采地質(zhì)條件定量評價初期普遍采取的一種方法。這種評價方法一般針對不同地質(zhì)因素分別選取適當(dāng)?shù)脑u價指標(biāo)，通過評價指標(biāo)的統(tǒng)計、計算和成圖，實現(xiàn)采前地質(zhì)條件的分類評價。

[1] 張德棟，陳繼福.煤礦實用地質(zhì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[2] 何保.煤礦地質(zhì)學(xué)[M].沈陽：東北大學(xué)出版社，2013.

Geologicalanalysisandevaluationbeforemining

ZHANG Zheng-guo

(Shuangyashan Coal Production Safety Authority, Shuangyashan 155100, China)

This paper mainly expounds the purpose and function of pre-mining geological analysis and evaluation and several basic principles to be followed. The geological requirements of coal mining method, the content and evaluation method of pre-mining geological evaluation are put forward.

Mine; Pre-mining; Geological analysis; Evaluation

TD163

B

1674-8646(2017)20-0060-02

2017-08-25

張正國(1965-)，男，工程師。