斷層構(gòu)造對煤層開采的影響及技術(shù)措施

馬剛 寧夏寶豐能源集團(tuán)股份有限公司四股泉煤礦

我國煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜，各類地質(zhì)構(gòu)造廣泛發(fā)育，造成煤層賦存條件發(fā)生變化，對煤礦巷道掘進(jìn)、綜采工作面回采、瓦斯防治以及礦井水害防治等都有較大的影響，極易引起安全事故。

一、斷層分類及對煤層回采影響分析

一是斷層分類。地殼巖體在地應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂現(xiàn)象，并在力的長期作用下，巖體在斷裂處發(fā)生位置上的相對移動，從而形成斷層。斷層按空間位置可分為正斷層、逆斷層和平移斷層；按與巖體走向關(guān)系可分為走向斷層、斜交斷層以及傾斜斷層。二是斷層對煤層回采影響。當(dāng)煤層不受地質(zhì)構(gòu)造影響時(shí)處于連續(xù)穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)煤層受到斷層構(gòu)造影響后，煤層穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)被破壞，包括力學(xué)性質(zhì)結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)結(jié)構(gòu)。①力學(xué)性質(zhì)結(jié)構(gòu)變化。在原煤巖體應(yīng)力處于平衡狀態(tài)時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)斷層后在斷層處形成卸壓裂隙，在煤層開采以及上覆巖層重力作用下，集中應(yīng)力向裂隙釋放，造成斷層附近煤體產(chǎn)生剪切、拉伸應(yīng)力作用，導(dǎo)致煤層破壞，在回采中主要表現(xiàn)為煤層破碎、冒落等。②物理性質(zhì)結(jié)構(gòu)變化。由于斷層的存在，穩(wěn)定的煤層發(fā)生斷裂、位移，同時(shí)斷層附近帶的煤體產(chǎn)生發(fā)育裂隙帶，使得原穩(wěn)定煤體成層狀、片狀結(jié)構(gòu)，降低了煤層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

二、斷層構(gòu)造對煤層開采技術(shù)措施

（一）安全技術(shù)措施

①8201 工作面在揭露斷層前30m 時(shí)，鉆探隊(duì)每天應(yīng)進(jìn)行鉆探施工，實(shí)時(shí)掌握斷層具體位置及走向變化，從而為工作面安全回采提供依據(jù)。②工作面在揭露斷層前5.0m處，應(yīng)及時(shí)調(diào)整工作面?zhèn)涡?，并適當(dāng)降低采煤機(jī)采煤深度，單茬采煤深度控制在0.5m以內(nèi)，工作面回采后及時(shí)進(jìn)行移架，嚴(yán)禁斷面空頂距＞0.3m。③工作面在揭露斷層時(shí)，應(yīng)安排專職瓦斯檢測員對現(xiàn)場有害氣體進(jìn)行檢查，防止斷層裂隙帶瓦斯涌出，當(dāng)斷層處瓦斯?jié)舛龋?.8%時(shí)，必須立即停止作業(yè)，并加強(qiáng)工作面通風(fēng)，防止瓦斯積聚。④由于在揭露斷層時(shí)受構(gòu)造應(yīng)力、回采應(yīng)力等集中影響，當(dāng)斷層處頂板出現(xiàn)破碎、煤壁片幫等應(yīng)力顯現(xiàn)現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)采取合理有效的技術(shù)措施進(jìn)行維護(hù)，如頂板可采用撞楔超前支護(hù)、錨索吊棚加強(qiáng)支護(hù)，煤壁采用注漿加固等。⑤在過斷層期間，應(yīng)采用分段式帶壓擦頂移架，即工作面過斷層時(shí)采煤機(jī)每割煤30m，應(yīng)及時(shí)將支架移架到位，保證支架對斷層處頂板及時(shí)支護(hù)，防止頂板冒落。在斷層處移架時(shí)采用帶壓擦頂移架方式，支架在斷層處頂板初撐力、工作阻力不得低于85%。

（二）加強(qiáng)斷層控制措施

在煤層開采中，經(jīng)常出現(xiàn)落差＜5.0 m的斷層，且該類斷層多以斜交、垂直形式存在，所以，工作面在過斷層期間應(yīng)加強(qiáng)斷層處圍巖控制措施。①當(dāng)掘進(jìn)工作面過斷層時(shí)，需加強(qiáng)斷層處圍巖的控制，因?yàn)榫蜻M(jìn)巷道在過斷層期間煤巖體結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，在斷層帶處煤巖體穩(wěn)定性變差，需對斷層前后不穩(wěn)定圍巖進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，如撞楔超前支護(hù)、錨索吊棚、鋼棚等，同時(shí)應(yīng)根據(jù)斷層走向及傾角合理變化巷道掘進(jìn)坡度。②當(dāng)綜采工作面過斷層時(shí)，由于工作面回采長度大，斷層侵入回采煤層后對工作面回采影響也較大，破壞了回采煤層連續(xù)穩(wěn)定性及力學(xué)性質(zhì)，不利于工作面安全高效回采。所以，綜采工作面在揭露斷層前應(yīng)合理分析斷層落差、走向、傾角等參數(shù)，準(zhǔn)確掌握斷層對工作面的影響范圍，然后采取合理有效的回采工藝。同時(shí)，工作面在揭露斷層期間，應(yīng)對斷層帶處的破碎煤巖體采取注漿、超前支護(hù)、卸壓等技術(shù)手段加強(qiáng)支護(hù)。

（三）螺旋鉆機(jī)采煤技術(shù)

在煤層綜采機(jī)械采煤技術(shù)中，螺旋鉆機(jī)也是常用的一種采煤機(jī)械，相比于滾筒式采煤機(jī)與刨煤機(jī)這兩種采煤技術(shù)，螺旋鉆機(jī)有著明顯的不同，開采人員在使用螺旋鉆機(jī)過程中并不需要安裝配套設(shè)備，只需利用螺旋鉆機(jī)即可獨(dú)立完成煤炭的開采、裝卸與運(yùn)輸，而且可以在巷道中實(shí)現(xiàn)對螺旋鉆機(jī)的維修與養(yǎng)護(hù)。如果煤層的煤層厚度為0.4m至0.7m 時(shí)，便非常適合采用螺旋鉆機(jī)來進(jìn)行采煤，其不僅具有良好的巷道支護(hù)，而且采煤作業(yè)非常安全，不需要對薄煤層進(jìn)行回采，螺旋鉆機(jī)所需的操作人員也較少。

（四）斷層構(gòu)造與沖擊礦壓

當(dāng)工作面接近斷裂破碎帶時(shí)，由于頂板巖層被切斷，失去了傳遞力的作用，在工作面前方的頂板巖層將使得工作面和斷層間的煤柱所受壓應(yīng)力高度集中，引起大范圍的頂板運(yùn)動，常會產(chǎn)生較大強(qiáng)度的沖擊礦壓，釋放出較大能量。一般來說，斷層帶附近的沖擊礦壓主要來自頂板，因?yàn)轫敯宓倪B續(xù)性遭到斷層破壞，加速頂板下沉，進(jìn)而導(dǎo)致頂板型沖擊礦壓。斷層傾向也影響頂板的穩(wěn)定性，當(dāng)斷層傾向采空區(qū)方向，回采工作面位于斷層的下盤時(shí)，斷層受采動的影響易于“活化”，頂板巖體易沿?cái)嗔呀Y(jié)構(gòu)面發(fā)生滑移、回轉(zhuǎn)而破壞失穩(wěn)，頂板結(jié)構(gòu)難以平衡，礦壓顯現(xiàn)就比較嚴(yán)重。斷層附近存在殘余構(gòu)造應(yīng)力，開采過程中和超前支承壓力疊加，也會造成斷層附近煤體局部應(yīng)力高度集中，易發(fā)生沖擊礦壓危險(xiǎn)。這就需要對斷層構(gòu)造準(zhǔn)確預(yù)測，對沖擊礦壓有影響的斷層構(gòu)造要重點(diǎn)對待，合理治理和及時(shí)的監(jiān)測，是保障煤礦免受沖擊礦壓的威脅和煤礦經(jīng)濟(jì)不受損失的重要措施。

三、結(jié)語

礦井水、瓦斯、沖擊礦壓等是威脅礦井安全生產(chǎn)的主要因素，直接影響礦井的開拓與煤層開采。斷層構(gòu)造在地殼中分布十分廣泛，規(guī)模大小不一，形態(tài)、種類繁多。它們的存在對煤層的保存和破壞是一種影響重大的因素，容易導(dǎo)致巖層錯(cuò)動、不連續(xù)，對煤礦的生產(chǎn)和安全管理都帶來了很多難度。因此，本文對斷層構(gòu)造進(jìn)行分析研究，分析斷層構(gòu)造與影響煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵因素的關(guān)系，介紹了斷層識別標(biāo)志以及幾種經(jīng)濟(jì)、高效、可靠的斷層預(yù)測方法和有效的斷層構(gòu)造處理方式，對保障煤炭高效生產(chǎn)、煤礦成本的節(jié)約、煤礦安全管理都有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。