淺析斷層對采煤生產(chǎn)的影響與對策

1、 淺析斷層對采煤生產(chǎn)的影響與對策摘要：煤礦生產(chǎn)主要是井下作業(yè),由于其作業(yè)環(huán)境的特殊性,安全生產(chǎn)至關(guān)重要,而影響煤礦安全生產(chǎn)的突出隱患為水、火、瓦斯、煤塵、頂板。其中水、瓦斯、頂板又與地質(zhì)構(gòu)造的變化有著直接的關(guān)系。斷層是影響煤礦安全生產(chǎn)的重要地質(zhì)因素,關(guān)系到礦井的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。鑒于此，本文對斷層對采煤生產(chǎn)的影響與對策進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞：斷層；采煤生產(chǎn)；地質(zhì)一、前言巖體是經(jīng)過漫長的地質(zhì)演化過程而形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體，由于地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動的影響，地質(zhì)體發(fā)生了彎曲變形和斷裂變形，前者使地層產(chǎn)生了不同程度的傾斜和彎曲，而后者使巖體內(nèi)部存在大量的斷層、節(jié)理等地質(zhì)弱面。事實(shí)證明:煤層的傾角、厚度等物理?xiàng)l件是影

2、響地表沉陷的主要因素。當(dāng)巖體內(nèi)不存在斷層時，巖層及地表移動可看成是梁板的彎曲，移動是連續(xù)的，不會形成臺階狀移動盆地。當(dāng)有斷層存在時，斷層處成為移動的界面，易在斷層露頭處形成臺階狀移動盆地，使地表形成不均勻下沉。由此可知，巖體內(nèi)存在斷層，可使巖體的力學(xué)性質(zhì)和地表變形產(chǎn)生明顯的異常。巖體的力學(xué)性質(zhì)和地表變形是否出現(xiàn)異常，主要取決于下列因素:斷層形成的時代，斷層面的性質(zhì)、斷層的產(chǎn)狀、斷層的組合形式、斷層的貫通性、斷層面傾向與開采方向的相對位置等。煤礦區(qū)地層形成以后，往往會經(jīng)歷多次地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動。斷層是由后期的構(gòu)造運(yùn)動作用在地層中產(chǎn)生的地質(zhì)不連續(xù)面，是巖體產(chǎn)生相對運(yùn)動的結(jié)果。地層由原來的連續(xù)體被斷層切割

3、成大小不等的塊體，甚至于支離破碎，斷層是構(gòu)造運(yùn)動對地層最突出的改造作用之一，也是對巖體工程地質(zhì)性質(zhì)影響最大的地質(zhì)作用。煤層上覆巖體沒有被斷層切割時基本上可以被視為連續(xù)的介質(zhì)，而被斷層切割的情況下認(rèn)為是非連續(xù)的介質(zhì)，即斷層作為巖體介質(zhì)中的“缺陷”，其力學(xué)強(qiáng)度遠(yuǎn)低于周圍巖體的強(qiáng)度，因而在地下開采影響下，使巖體及地表移動規(guī)律非連續(xù)，使地表出現(xiàn)臺階和裂縫，建筑物遭到損壞，水體進(jìn)入井下，造成較大的危害。二、斷層對采煤沉陷的影響天然巖體是一個復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體，在地下開采之前，處在靜態(tài)平衡狀態(tài)。開采之后，這種平衡狀態(tài)遭到破壞，而破壞必然是從薄弱環(huán)節(jié)開始。當(dāng)巖體內(nèi)有斷層存在時，斷層處成為活動的界面。先開采斷層下盤

4、的煤層，斷層面因受拉而張開，斷層下盤失去支撐，易在斷層露頭處形成臺階狀移動盆地:先開采斷層上盤的煤層，上盤巖體在移動過程中，受到下盤巖體的擠壓作用，當(dāng)剪應(yīng)力小于斷層面的抗剪強(qiáng)度，則巖體不沿?cái)鄬用婊?，即斷層露頭處不會產(chǎn)生臺階。反之，在斷層露頭處將產(chǎn)生臺階。斷層的存在，破壞了煤層的連續(xù)性和完整性，對煤礦生產(chǎn)造成了很大影響。具體而言主要有以下幾點(diǎn)：1、斷層破壞了巖層的連續(xù)性，降低了巖石的強(qiáng)度，容易引起應(yīng)力集中。因此，當(dāng)有斷層存在時，地表沉陷或塌陷的幅度比較大。2、斷層的傾向?qū)Φ乇碜冃位驇r層移動具有重要的控制作用。斷層傾向與采煤工作面推進(jìn)方向一致，即先開采斷層下盤的煤層，斷層面受拉而張開，斷層下盤失

5、去支撐，下盤巖體移動可看成是懸臂梁式的彎曲，在斷層露頭處形成臺階狀移動盆地;當(dāng)開采方向與斷層面傾向相反時，若先開采斷層上盤的煤層，由于上盤巖體在移動過程中，受到下盤巖體的擠壓作用，則在斷層露頭處不會產(chǎn)生臺階，主要以簡支梁形式彎曲。若先開采斷層的下盤，當(dāng)工作面推進(jìn)到一定程度時，離層擴(kuò)展到斷層附近，沿?cái)鄬用娈a(chǎn)生裂縫。此時斷層相當(dāng)屏障，阻礙破壞向?qū)ΡP擴(kuò)展。無論沿那個方向開采，由于斷層的屏障作用，阻礙了破壞向?qū)ΡP方向發(fā)展。3、相同的開采強(qiáng)度下，不同的斷層組合形式對采煤沉陷的作用也存在一定的差異。地壘組合形式下開采，由于被斷層切割的梯形巖塊與斷層面幾乎沒有摩擦阻力，因而巖塊容易向下跨落，從而在地表形成塌

6、陷坑，但是由于斷層的阻隔作用，地表下沉范圍較小;相反，地塹組合形式下開采，由于被斷層切割的巖塊與斷層面有較大的摩擦阻力，因此在覆巖中只出現(xiàn)離層，地表表現(xiàn)為彎曲下沉，而地表下沉范圍相對較大，但地表下沉值較小。4、影響巷道掘進(jìn)量。在巷道掘進(jìn)過程中，如果遇到斷層，則煤層在其一翼發(fā)生斷失。強(qiáng)行施工巖巷穿越斷層，如不能正確確定煤層位置，就有可能造成施工巷道報(bào)廢或拖延施工，而且在巖層中掘進(jìn)比在煤層中施工要慢，容易造成巷道施工緊張。同時，為尋找斷失翼的煤層，多掘進(jìn)的巷道也增加了掘進(jìn)量。5、影響煤礦安全生產(chǎn)。通常情況下，斷層面附近的煤層及其頂板較為破碎，容易發(fā)生冒頂、片幫事故，也給巷道的掘進(jìn)和支護(hù)帶來困難。當(dāng)

7、通過含水量較大和聚集大量瓦斯的斷層時，更易發(fā)生透水事故和瓦斯事故。這些都給煤礦生產(chǎn)埋下了安全隱患，嚴(yán)重影響煤礦的正常生產(chǎn)。6、影響煤炭資源儲量。在較大的斷層兩側(cè)需要留設(shè)保護(hù)煤柱，造成可采煤層的儲量損失，斷層越多，造成的煤炭儲量損失越大。在斷層密集發(fā)育的局部地帶，還可能造成不可開采區(qū)，使得大量煤炭資源損失。三、煤礦生產(chǎn)中對斷層的應(yīng)對措施1、提高對地質(zhì)工作重要性的認(rèn)識礦井地質(zhì)工作是煤礦生產(chǎn)、建設(shè)開發(fā)中至關(guān)重要的組成部分，他貫穿于煤礦設(shè)計(jì)開發(fā)、安全生產(chǎn)直至報(bào)廢的全過程。礦井地質(zhì)勘查研究、控制程度的高低，直接影響到煤礦生產(chǎn)發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在煤礦發(fā)生的各類安全事故中，約有 60% 70%為冒頂、瓦斯爆炸、

8、突水等惡性事故，而所有這些事故都與礦井地質(zhì)工作有很大的關(guān)聯(lián)性。礦井地質(zhì)工作在煤礦安全生產(chǎn)中起著重要的先導(dǎo)作用，做好礦井地質(zhì)工作，對瓦斯事故、水災(zāi)事故及頂板事故的發(fā)生具有重要作用，從而保證煤礦安全生產(chǎn)，提高煤礦生產(chǎn)效率及經(jīng)濟(jì)效益。因此，加強(qiáng)礦井地質(zhì)工作，可以有效預(yù)防或避免類似事故的發(fā)生，對促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)，增強(qiáng)礦井防災(zāi)抗災(zāi)能力，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會效益非常重要。在煤礦企業(yè)中，只有正確認(rèn)識礦井地質(zhì)工作的性質(zhì)和特點(diǎn)，才能對本企業(yè)進(jìn)行科學(xué)的管理和決策，把工作開展的更好。2、加強(qiáng)對斷層針對性的處理礦井地質(zhì)人員熟悉掌握本礦井內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育規(guī)律，加強(qiáng)對斷層針對性的處理。例如如果是巷道掘進(jìn)遇斷層，上山、下山等

9、傾斜巷道遇斷層后，可以根據(jù)生產(chǎn)的要求采取多種形式通過斷層。當(dāng)斷層落差較小時，根據(jù)斷失盤是上升盤還是下降盤分別采用挑頂、挖底或挑頂挖底相結(jié)合的方式通過斷層。當(dāng)斷層落差較大時，為了少掘巖巷和防止丟煤，可采用石門、反眼、立眼等方式進(jìn)入另一盤煤層。具體選擇那種方式過斷層，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)要求和實(shí)際地質(zhì)情況來決定。如果是回采階段，可以采用重開切眼的方法。當(dāng)斷層落差大于煤層厚度時，對于傾向斷層或斜交斷層可采用重開切眼的方法，即提前在斷層另一盤重新開掘切眼，待工作面推進(jìn)到斷層處，停止回采，工作面搬家到新切眼內(nèi)繼續(xù)開采。也可以采用劃小工作面的方法。當(dāng)斷層落差大于煤層厚度時，對于走向斷層，可在斷層兩側(cè)補(bǔ)掘中間平巷，把原來一個采區(qū)工作面劃分為兩個工作面分別回采。對于落差一端大、一端小的斜交斷層，可采用合采與分采相結(jié)合的方法，把斷層上、下盤煤層結(jié)合起來開采。值得注意的是，在選擇和布置綜采工作面時應(yīng)盡量避開斷層。當(dāng)斷層落差小于煤層厚度且頂?shù)装鍘r石堅(jiān)固時，可采用鉆眼爆破法或挑頂通過斷層。當(dāng)斷層落差較大且大于煤層厚度時，需要先掘出跳眼切面，綜采面全部或部分搬家通過斷層?？傊?，斷層的存在，使得礦山在采區(qū)劃分上、礦井設(shè)計(jì)上、井巷施工上、煤炭資源儲量上均受到很大影響，同時，它還威脅著礦山生產(chǎn)的安全性。這對煤礦綜合經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生重要的影響。大量事實(shí)證明，礦井地質(zhì)既是一項(xiàng)專業(yè)技術(shù)工作，同時，又與生產(chǎn)實(shí)