煤礦巷道掘進中斷層識別方法研究

張亞文

(七臺河精煤集團公司新建煤礦)

詳細可靠的地質資料是煤礦采掘工作的依據，而巷道掘進中的斷層識別不僅是獲取可靠地質資料的基礎，還是礦井安全生產的基礎工作，隨著煤礦開采深度不斷的延伸，地質條件越來越復雜，因而對斷層的識別與分析判斷直接影響礦井開采的真實可靠性，如果識別與分析判斷不準確或不真實，會給礦井帶來嚴重的經濟損失和安全事故。

七臺河精煤集團公司新建煤礦，礦井內已探明的大型斷層(垂直斷距?40 m)只有5條，但落差?5 m的斷層較多，對礦井巷道掘進影響較大。隨著生產水平的延伸，礦井地質條件越來越復雜，掘進過程中遇斷層幾率也越大，正確識別斷層類型，對保證該礦正常掘進施工顯得尤其重要。由于地質條件的復雜多樣性，運用單一方法很難判斷斷層的特性，本文結合該礦掘進，運用多種方法，對在實際生產過程中斷層的識別與判斷進行了綜合分析。

1 斷層描述

巷道內發現煤巖層的特征(如：厚度、光澤、硬度、煤巖成分)發生變化等，通常預示著有斷層出現。

1) 斷層位置。通常是通過斷層附近的測量點或井巷開口點的位置來確定斷層面的具體位置。

2) 斷層面。主要描述斷層面的形態特征是張性狀，還是壓性狀，斷層面的受擠壓狀況。斷層面的產狀確定，在現場可直接用地質羅盤測量斷層面的走向和傾向。

3) 斷層帶。主要描述斷層帶的寬度及變化情況，破碎帶充填物的巖性特征，碎裂塊狀的大小排列及膠結情況。

4) 斷層落差。斷層落差指的是斷層兩盤同一煤層之間的標高差。如斷層的落差不大，可以用尺直接量斷層的落差。如斷層的落差大，通常是通過生產勘探法或作圖法分析斷層落差。

2 斷層判斷

確定斷層的性質和落差是確定巷道掘進方向首要的基礎工作，其斷層判斷方法可分為直接法和間接法。

2.1 直接法

通過總結，在實際生產過程中確定斷層的性質和判斷斷層落差的直接方法通常有以下幾種：

1) 煤巖層對比法。根據巷道揭露的斷層兩盤的煤巖層位巖性來確定斷層的性質，尋找斷失的煤層。

2) 伴生派生構造判斷法。斷層面附近常伴生派生一些小型及微型的次生構造，在成因上與斷層有聯系，在分布上與斷層相伴，它們既可以作為斷層存在的標志，也可以作為判斷斷層的性質。

3) 標志層對比法，所謂標志層就是容易辨認的特點，而且分布廣泛，層位較為穩定的煤巖層。一般情況下，依據標志就能解決煤層的對比問題，為找斷失的煤層提供了可靠的對比。

4) 煤層特征對比法。各個煤層的厚度、結構和物理性質具有不同的特征，可以利用厚度大小、夾石層數、出現的部位和形態或夾有特殊類型的煤作為對比，利用煤層本身特征，可以直接識別層位。

5) 煤巖層組合特征對比法。在礦區范圍內，煤巖層組合特征比較明顯時，煤層與標志層的組合關系進行煤層對比，可利用層間距進行煤層對比尋找對盤煤層。

6) 古生物化石層對比法。通過古生物化石的組合特征可確定煤層的層位，采用古生物化石層對比，也可以解決尋煤的基本問題。

7) 生產勘探法： a) 在斷層性質已確定，而落差不能確定的時候，采用巷探。b) 在落差和性質都不能確定的時候，在生產中又需要先查明斷層的性質和落差才能確定巷道的掘進方向時，采用鉆探。

2.2 間接法

結合其他學者的研究成果和實際經驗，在實際生產中確定斷層的性質及落差的間接方法有以下幾種：

1) 規律類推法。在小區域范圍內，在同一構造應力作用下形成的成組派生小斷層的性質與同生的主斷層的性質相同。可以利用這些小斷層的性質來預測主斷層的性質。

2) 作圖分析法。當遇到大斷層時，可充分利用各種礦圖，將新揭露的斷層位置點畫在圖上，根據斷層的產狀進行上下左右的對比連接，推斷新斷層的性質和落差及延伸長度。

3) 反射波法。依據波動理論，當波在傳播過程中遇見斷層時，發生反射，其發射波的能量、頻率和相位均發生變化，利用這些變化特征可以判斷斷層類別。

4) 專家系統。專家系統是一個智能計算機程序系統，其內部含有大量的某個領域專家水平的知識與經驗，能夠利用人類專家的知識和解決問題的方法來處理該領域問題。

3 斷層處理

主要根據斷層和巷道掘進方向、斷層的性質、落差大小、巷道的用途、運輸方式等綜合考慮處理斷層。一般采用改變巷道的掘進方向或改變巷道的掘進坡度方法處理斷層。

1) 改變巷道的掘進方向。當工作面的運輸巷遇到落差大于3～5 m的斷層，如已掘的運輸巷長度符合正常生產的工作面運輸巷長度，可把斷層作為回采工作面的自然邊界處理，巷道不過斷層，退后一定距離沿煤層做切眼。如44采區的43運輸巷(見圖1)掘進100 m時，遇到垂直斷距為5 m的正斷層，由于斷層附近圍巖不穩定，處于應力集中區，還存在淋水現象， 43運輸巷先不改變掘進方向，而是直接過斷層，進入到另一盤15 m后，再平行斷層走向掘石門，尋找缺失煤層。

圖1 4443運輸巷過斷層示意圖

2) 改變巷道的掘進坡度。當上下山巷道遇斷層時，通常采用降低或加大巷道掘進坡度過斷層，尋找另一盤煤層。落差比掘進巷道高度低或相差較小的斷層，采用臥底和挑頂相結合的方法來降低和加大巷道坡度，如52探煤下山過斷層(見圖2)，42探煤上山過斷層(見圖3)。對落差較大的斷層，先掘石門過斷層，后再降低或加大巷道坡度進入另一盤煤層，如4l探煤下山過H=15 m的大斷層，見圖4。

圖2 52探煤下山過斷層示意圖

通常斷層附近圍巖不穩定，處于應力集中區，無論采取那種方法過斷層，均需要根據現場實際情況，加強巷道的支護。通常采取錨噴支護，同時在頂幫打錨索加強支護，對頂板破碎、圍巖壓力大的巷道，除采取前述一般措施外，還需采用全封閉U型棚進行第二次支護。

圖3 42探煤上山過斷層示意圖

圖4 41探煤下山過斷層示意圖

4 結 論

由于地質條件的復雜多樣性，運用單一方法往往很難判斷斷層的特性，本文結合現場實踐，研究了斷層的識別，得到了以下幾點結論：

1) 巷道中出現煤巖層層序重復，煤巖層缺失等現象；巷道中發現煤巖層錯位，煤巖層產狀發生激烈變化；巷道內發現煤巖層的特征發生變化，通常預示著有斷層出現。

2) 識別斷層通常有直接法和間接法。直接法包括煤巖層對比、伴生派生構造判斷、標志層對比、煤層特征對比、煤巖層組合特征對比、古生物化石層對比、生產勘探等方法；間接法包括規律類推、作圖分析、反射波、專家系統等方法。為準確識別斷層，在生產實踐中常采用前述幾種方法綜合進行分析判斷，以便互相補充驗證。

3) 綜合考慮斷層和巷道掘進方向、斷層的性質、落差大小、巷道的用途、運輸方式等內容，采用改變巷道的掘進方向、掘進坡度處理斷層，同時，巷道過斷層還需要根據現場實際情況，加強巷道的支護。

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