煤礦掘進中小型地質構造的識別及處理對策

張亞文

(七臺河精煤集團公司新建煤礦)

煤礦掘進中小型地質構造的識別及處理對策

張亞文①

(七臺河精煤集團公司新建煤礦)

結合新建煤礦生產實踐,介紹了常見的中小型地質構造的類型,探討了不同地質構造下巷道掘進對策,闡述了中小型斷層的定向預測方法和回采工作面中小斷層的定位預測方法。

巷道掘進;地質構造;斷層定向預測

研究地質小構造類型和相應的過構造的掘進對策,對煤礦安全生產有一定的現實意義。在煤礦設計中大型地質構造往往作為井田邊界和采區邊界,掘進中經常遇見的地質構造主要是出現在煤層頂底板中的各種小型地質構造,如小斷層、小褶皺。這些小型地質構造由于構造類型不同,加之所處的煤層開采地質條件不同,其掘進過構造時所采取的方式也應不同。首先,要搞清楚礦井內部構造分布的區域特征,根據已施工的掘進和開拓巷道實際揭露斷層資料對正施工巷道的前方隱伏斷層進行定向預測;其次,依據實測斷層對回采工作面的中小斷層進行定位預測;最后,將井下物探資料進行綜合分析,提供預測圖紙,保證生產順利進行。

1 常見的地質小構造類型

煤礦地質小構造主要是伴生、次生、派生于大型地質構造之中,受大型地質構造控制的次一級的小型地質構造,主要包括小斷層、小褶皺、復合頂板等。

1)小斷層。

a)掘進過程出現小斷層的標志。掘進過程可能出現小斷層的標志主要有:煤層頂板或底板移位,在順著煤層的巷道中出現煤厚急劇增大而后出現巖石楔子,煤層厚度減小甚至出現尖滅,煤層突然被巖石取代,煤層頂板或底板出現巖性變化,出現被揉皺的巖石帶,裂隙壁有滑動痕跡等現象。這些現象表明巷道前方可能有斷層出現。

b)小斷層類型。掘進中常見的小斷層有正斷層、逆斷層、層滑構造、小裂隙(破碎帶)。小斷層一般落差在5 m以內。小型正斷層以反傾正斷層居多,一般來說上盤下降,下盤上升,斷層面傾向和煤層面傾向相反。斷層面一般較平整,上下兩盤煤層和煤層頂底板往往比較完整,圍巖穩定性往往相對于逆斷層要好。小型逆斷層以同傾逆斷層居多,一般來說上盤上升,下盤下降,斷層面傾向和煤層面傾向相同。斷層面一般不太平整,地層傾角較大。逆斷層上下兩盤煤層常常伴有引捩小褶皺,造成巷道支護條件進一步惡化,給巷道過構造增加難度。層滑構造主要表現為巖層受到外力的作用后,發生巖層間滑動,層滑構造附近煤巖層層理常常表現混亂,煤、巖強度變弱。小裂隙(破碎帶)主要是受區域地質構造影響,造成局部煤巖層應力集中,煤巖層發生破裂,但未發生位移。小裂縫造成巖石強度變弱,給巷道支護增加了難度。

2)小褶皺。小褶皺常見有小型向斜、小型背斜、煤層頂板撓曲構造,其中以煤層頂板撓曲構造為主。頂板撓曲構造往往規模不大,影響范圍也就20 rfl左右,主要表現為不規則的小褶皺。這些小褶皺造成附近煤巖層發生塑性變形,巷道支護環境破壞,嚴重時會造成冒頂傷人事故。

3)復合頂板。煤層頂板一般由偽頂、直接頂和老頂組成。有些煤層頂板在偽頂與直接頂之間有1層薄煤線,有時有多層煤線與薄巖層互層,組成復合頂板。該頂板給巷道支護增加了難度。

2 不同地質構造下的巷道掘進對策

1)巷道過正斷層的掘進對策。掘進巷道過正斷層有兩種情形:

a)巷道由斷層上盤向下盤掘進。掘進見斷層后表現沿頂板掘進過程中突然煤層頂板上升,往往造成冒頂事故的發生。巷道掘進過程中一旦煤層傾角發生急變,或煤巖層層理紊亂,巷道前方有可能揭露斷層,應做好過斷層前準備工作,用煤電鉆向前上方探煤層頂板位置,防止一旦揭露斷層造成上頂抽冒。過斷層時應采用棚子支護,并對棚距進行適當加密。

b)巷道由斷層下盤向上盤掘進。巷道見斷層后煤層頂板下移,巷道過斷層時需打板,巷道坡度需向下調整。

2)巷道過逆斷層的掘進對策。巷道過逆斷層時主要表現為煤層重疊。當巷道由斷層下盤向上盤通過時,應注意上頂重疊煤層冒頂事故的發生,應加強頂板支護工作,通常采用加密棚距通過。當巷道由斷層上盤向下盤通過斷層時,需要調大巷道坡度打板通過。

3)巷道在復合頂板煤層中的掘進對策。復合頂板易冒頂,難支護,巷道掘進時應盡可能地沿直接頂掘進。

4)巷道遇見磺板撓曲構造的掘進對策。應根據頂板撓曲構造特征進行預測,一旦煤層傾角突然變大,應該采用接桿釬子向前探測煤層頂板位置。巷道過頂板撓曲構造時應加密支護。

5)巷道過頂板裂隙或特厚煤層底板的掘進對策。巷道過頂板裂隙或特厚煤層底板巷道沿底掘進時,上頂破碎,巷道掘進時應加強支護。

3 中小型斷層的定向預測方法

在礦井生產的掘進工作中,前方的隱伏斷層往往造成另一盤煤層或者巖層的變化,使沿煤層的巷道迷失方向。定向預測就是為了尋找斷失翼的煤層并及時確定巷道掘進的方向。七臺河精煤集團公司新建煤礦通常采用下列幾種預測方法:

1)煤巖層層位對比法。依據巷道已揭露的斷層另一盤煤巖層的層位,結合礦井的標志層、煤層及煤層頂底板特征,通過層位對比確定斷層的性質和斷距,以此尋找斷失的煤層,達到對煤層定向預測的目的。例如:在西翼7451工作面風道掘進時。開始為沿著3#煤層頂板掘進遇一斷層,另一盤巖性為灰白色細砂巖,具有炭化面和水平層理,由于3#煤層頂底板中都有這一層砂巖,很難確定斷層的性質和落差,為此,在巷道迎頭布置一垂直的下孔,鉆孔揭露礦井標志層,結合斷層產狀確定了本斷層為正斷層,也為掘進指出了方向,見圖1。

圖1 7451風道利用標志層確定斷層落差示意圖

2)規律類推法。王莊煤礦是一個具有40年開采歷史的老煤礦。積累了大量的地質資料,通過對資料的分析整理,找出其中的規律。依此規律可以幫助確定正在施工巷道所遇斷層的性質,從而指導尋找斷失的煤層和巷道施工的方向。

3)構造對比法。構造對比法就是在新掘巷道遇斷層后與相鄰巷道或鄰近的上下煤層所掘巷道已經揭露的實測斷層的性質相對比,從而確定新揭露斷層的性質,達到定向尋找斷失煤層的目的。

4)根據派生的小型構造及斷層面特征尋找斷失的煤層?？拷鼣鄬痈浇拿簬r層由于斷層的影響,發生變形,常常形成彎曲,這種彎曲稱為牽引褶曲。牽引褶曲弧形彎曲突起方向指示本盤的移動方向,牽引褶曲一翼與斷層面交一銳角,銳角方向指示另一盤移動的方向,即為找煤方向。

5)作圖分析法。作圖分析法就是把新揭露的斷層產狀資料填繪到礦井地質剖面、煤層底板等高線圖、煤層立面投影圖和水平切面圖上,然后把這個斷層與同煤層、同水平、不同煤層、不同水平的巷道已經查明的斷層進行綜合分析對比,如果新揭露的斷層與已經查明的斷層產狀一致或相似且特征相似,并且能夠自然連接,那么可認為新斷層就是已經查明的斷層的延伸,因此,該斷層的性質和規模即可確定,從而指示尋找斷失的煤層,達到定向預測的目的。

6)生產勘探法。在遇斷層后,通過觀測和分析仍不能確定斷層的性質或斷層性質已查明,但是斷距無法確定,而生產上又需要查明斷距時,就要用生產勘探的方法來解決。該法包括井下鉆探和巷探。當斷層性質和斷距都不清楚,而生產上又需查明后才能確定巷道掘進方向時,一般用鉆探,當斷層性質已經確定,而生產上又需過斷層掘進巷道時,一般用巷探。

4 回采工作面中小斷層的定位預測

定向預測是為了保證掘進開拓工作的順利進行。當該項工作結束,采區工作面形成以后就要求對采區工作面的中小斷層進行定位預測。特別是隨著回采機械化程度的提高,對工作面中斷層定位預測的準確性要求也越來越高,準確的定位預測能為確定采煤方法和采煤機械提供保證,從而保證生產的順利進行。

5 結 語

掘進巷道所見地質小構造比較復雜,但常見地質小構造類型卻只有幾種,總結過地質小構造的掘進對策,可以指導現場掘進支護,確保掘進安全生產。

[1] 柴登榜.礦井地質工作手冊[M].北京:煤炭工業出版社,1999:35-80.

[2] 李元利.煤層斷裂[M].阜新:阜新礦業學院出版社,2004:102-110.

Recognition and Processing Countermeasure on Middle and Small Scale Geologic Structure in Coal mine Tunneling

Zhang Ya-wen

This article combines the new build coal mine production practice,introduces the common middle and small scale geologic structure’s type,discusses under the different geologic structure the driving countermeasure,elaborates the middle and small scale fault direction detection forecast technique and in the stopping working surface the minor fault localization forecast technique.

Drift driving;Geologic structure;Fault detection forecast

book=3,ebook=85

TD132

B

1672-0652(2010)03-0038-03

2010-01-17

張亞文 男 1974年出生 2005年畢業于長春工業大學 工程師 七臺河 154600