利用斷層影響帶理論判斷采掘工作面前方隱伏斷層的應用

曾耀輝（兗礦貴州大方煤業有限公司地測科,貴州大方551600）

利用斷層影響帶理論判斷采掘工作面前方隱伏斷層的應用

曾耀輝
（兗礦貴州大方煤業有限公司地測科,貴州大方551600）

本文從斷層對煤礦生產的影響談起，介紹了斷層影響帶理論，對該理論依據相關的特點和工作方法作了詳細介紹，通過實際的例子論證了該理論生產應用上可行性，指出了該理論應用過程中應注意的問題，對斷層的預測具有實際的應用意義。

斷層；相關褶皺；相關斷裂

斷裂構造是煤礦中最常見的、最重要的地質構造。所謂斷裂構造是指巖體在外力作用下發生變形，當力在作用超過巖體的抵抗力時，巖層就會發生斷裂或錯位，未發生位移的斷裂叫節理或裂隙，發生位移的斷裂叫斷層。

斷層對煤礦生產有重要的影響，主要有以下幾個方面：

（1）影響回采工作：回采工作面內出現斷層，會給生產條件造成困難，影響正規循環，甚至造成生產中斷。

（2）造成掘進率增高：構造復雜的地段，工作面的布置往往不正規，而且要多掘巷道，甚至會造成無效進尺，使掘進率增大。

（3）造成煤炭資源損失：構造的破壞，特別是斷層的大量出現，會影響煤層的開采價值、損失煤炭資源和增加煤炭成本影響機械化采煤；影響煤礦的安全生產。

因此，斷層對煤礦生產極其重要，斷層的判斷是礦井地質的核心工作，對斷層的判斷主要是指斷層是否存在的判斷。常規的斷層預計方法很多，這里主要闡述利用斷層相關褶皺和斷層相關斷裂預測斷層的方法。

1　斷層影響帶理論

斷層影響帶指的是伴隨斷層產生和受斷層位移活動而在離開斷層主斷面一定距離內出現的不同于正常煤（巖）層分布特征的異常帶。包括異常的構造褶皺、斷裂，在斷層兩側一定范圍內出現煤或巖層的物理、化學性質和工藝性質不同于背景區的異常變化。這些異常的構造褶皺、斷裂，就是斷層的相關褶皺和斷層的相關斷裂。它是在深入研究構造地質學與地質軟科學的基礎上提出來的一個新的理論，也是煤礦地質預測的一個新的方法。對這二個方面的深入研究，是實現巷道前方隱伏斷層預測的基礎工作。

2　斷層相關褶皺、相關斷裂的特點

2.1斷層相關褶皺的特點

斷層相關褶皺的特點為是①曲率半徑小，r＜100m或r=100～200m，區別于區域上的非斷層褶皺；②煤層的頂、底板一起褶皺與層間滑動構造相區別；③遠離斷層，一般地斷層相關褶皺距離斷層較遠，區別于斷層派生的牽引褶皺。

2.2斷層相關斷裂的特點

斷層相關斷裂是指斷裂構造與斷層存在著空間分布上的相關和斷裂構造與斷層成因上的相關。它象。

空間分布上相關是斷層影響帶內產狀與斷層一致或相近，即大致平等于斷層、位錯方式與斷層移位形式一致的或小斷層，它在斷層影響帶內分布寬度僅次于相關褶皺。與斜切層理的突出特征區別于正常地段的背景節理。與斷層同時形成，屬于斷層伴生的次級斷裂，是在構造應力場條件下形成的，是任何一條斷層都會有的一種構造現象。

相關斷裂的形成與斷層二盤的位移活動有關。由于斷層的位移，產生了局部應力場，并在局部應力場的作用下，煤巖層發生破裂和小的錯位，它是斷層派生的低序次斷裂構造，在斷層影響帶內靠近斷層分布且范圍狹窄。

節理或小斷層，在離主斷層較遠的距離就表現出來，這些節理在井下容易辨認：①斜切層理，②長度很大，③產狀穩定，④裂隙壁上常見擦痕，⑤經常見有幾cm的斷距，⑥離開斷層較遠處就出現，且有近斷層增加的趨勢，⑦產狀與主斷層一致或相近。

在離開主干斷層出現的、走向與主斷層一致，傾向相反或相同的或小斷層，可以用之判斷主斷層的走向；另外就是小斷層的位移方式與主斷層相反，用這個特點可以判斷隱伏斷層的位移方式。

節理系數增加，越靠近斷層，節理系數量越大，不管斷層落差如何，都有這個特點；節理強度增加，越靠近斷層，節理強度也越大。

3　利用斷層相關褶皺、相關斷裂的工作方法

3.1利用斷層相關褶皺

利用斷層相關斷裂理論進行實際工作的時候，隨時注意煤層產狀的變化情況，通過在井下揭露的煤巖層中多觀測其產狀變化情況，上井后及時整理編錄資料，做出地質素描剖面圖，就能夠及時發現巷道揭露范圍內是否存在有褶皺，進而分析判斷這些褶皺是不是斷層相關褶皺，從而達到及時預測掘進工作面前方有無斷層的的存在，為指揮生產提供可行的地質依據。

3.2斷層相關斷裂的判斷

斷層相關斷裂的存在是通過在井下仔細觀察及實測有關煤巖層的抗壓強度來實現的。觀察的項目主要有煤層的顏色、光澤有無變化，不同的煤巖組份表現出來的顏色不同，造成了煤層具有不同的條帶狀結構，通過觀察這些條帶的完整性，可以判斷出煤層是否完整。煤層節理（裂隙）發育情況，實測煤層的節理條數，如果煤層中的數量突然增加，很可能是斷層相關斷裂存在的證據。

4　相關褶皺、相關斷裂在煤礦生產中的應用

例：在7302探煤巷施工過程時，巷道沿3煤頂板掘進，掘進至

0240點以后，煤層產狀變化較大，巷道亦發生相應的起伏，經及時實測巷道素描剖面后，可以看出是一系列褶曲所組成的小型褶皺構造，而且隨著巷道的繼續掘進，煤層及其頂板破碎越來越明顯，表現為節理增多，頂板破碎易冒落，出現淋水現象，繼而揭露了一個落差3m的斷層，又向前掘進了40m后，揭露了一個落差為13.5m的正斷層。

5　應注意的問題

在巷道揭露煤層的同時要做到每天進行觀測而不能間斷，這樣才不至于失去對煤層的控制，觀測的連續性對預計資料的正確性有著決定性作用，而只有資料正確，才能得出正確的預計結果。因此，掌握第一手地質資料，確保這些地質資料的正確性至關重要。

在巷道中有小褶皺，即曲率半徑小于100m的小褶皺的出現，說明掘進巷道的前方極有可能有隱伏斷層的存在；相反，沒有小褶皺，不能說明前方沒有斷層的存在。小褶皺與斷層出現的關系是相對的，而不是絕對的。

6　結論

斷層相關褶皺出現的最早，始見點距離斷層最遠；接著出現的與斷層產狀一致，位錯相同的節理或小斷層；在離斷層較近，又有一定距離的區段，可出現與走向一致，傾向相反或相同但位錯相反的節理或小斷層；最后在斷層面附近出現與斷層有成因關系的其它各種低序次的節理、小斷層或牽引褶皺。這些相關構造中，真正對預測斷層有意義的是斷層相關小褶皺、節理或小斷層。相關褶皺可以確定前方很大可能有隱伏斷層的存在，節理或小斷層所有斷層所共有的特點，對斷層預測來說有重要意義。

斷層相關斷裂與斷層規模的大小有關，斷層規模越大，斷裂帶寬度也越大。

與斷層成因有聯系的相關褶皺和相關斷裂，占據很寬的區域，有很寬的邊界，在井下巷道中可以直接觀測，其方法簡單，效果明顯，不需要過多的投入就能取得很好的效果。

對于斷層構造帶寬度與斷層規模的關系的定量描述，還有待于做更多的工作進行研究。