利用斷層影響帶理論判斷采掘工作面前方隱伏斷層的應(yīng)用

曾耀輝（兗礦貴州大方煤業(yè)有限公司地測(cè)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(yīng)用

曾耀輝
（兗礦貴州大方煤業(yè)有限公司地測(cè)科,貴州大方551600）

本文從斷層對(duì)煤礦生產(chǎn)的影響談起，介紹了斷層影響帶理論，對(duì)該理論依據(jù)相關(guān)的特點(diǎn)和工作方法作了詳細(xì)介紹，通過實(shí)際的例子論證了該理論生產(chǎn)應(yīng)用上可行性，指出了該理論應(yīng)用過程中應(yīng)注意的問題，對(duì)斷層的預(yù)測(cè)具有實(shí)際的應(yīng)用意義。

斷層；相關(guān)褶皺；相關(guān)斷裂

斷裂構(gòu)造是煤礦中最常見的、最重要的地質(zhì)構(gòu)造。所謂斷裂構(gòu)造是指巖體在外力作用下發(fā)生變形，當(dāng)力在作用超過巖體的抵抗力時(shí)，巖層就會(huì)發(fā)生斷裂或錯(cuò)位，未發(fā)生位移的斷裂叫節(jié)理或裂隙，發(fā)生位移的斷裂叫斷層。

斷層對(duì)煤礦生產(chǎn)有重要的影響，主要有以下幾個(gè)方面：

（1）影響回采工作：回采工作面內(nèi)出現(xiàn)斷層，會(huì)給生產(chǎn)條件造成困難，影響正規(guī)循環(huán)，甚至造成生產(chǎn)中斷。

（2）造成掘進(jìn)率增高：構(gòu)造復(fù)雜的地段，工作面的布置往往不正規(guī)，而且要多掘巷道，甚至?xí)斐蔁o效進(jìn)尺，使掘進(jìn)率增大。

（3）造成煤炭資源損失：構(gòu)造的破壞，特別是斷層的大量出現(xiàn)，會(huì)影響煤層的開采價(jià)值、損失煤炭資源和增加煤炭成本影響機(jī)械化采煤；影響煤礦的安全生產(chǎn)。

因此，斷層對(duì)煤礦生產(chǎn)極其重要，斷層的判斷是礦井地質(zhì)的核心工作，對(duì)斷層的判斷主要是指斷層是否存在的判斷。常規(guī)的斷層預(yù)計(jì)方法很多，這里主要闡述利用斷層相關(guān)褶皺和斷層相關(guān)斷裂預(yù)測(cè)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(chǎn)生和受斷層位移活動(dòng)而在離開斷層主斷面一定距離內(nèi)出現(xiàn)的不同于正常煤（巖）層分布特征的異常帶。包括異常的構(gòu)造褶皺、斷裂，在斷層兩側(cè)一定范圍內(nèi)出現(xiàn)煤或巖層的物理、化學(xué)性質(zhì)和工藝性質(zhì)不同于背景區(qū)的異常變化。這些異常的構(gòu)造褶皺、斷裂，就是斷層的相關(guān)褶皺和斷層的相關(guān)斷裂。它是在深入研究構(gòu)造地質(zhì)學(xué)與地質(zhì)軟科學(xué)的基礎(chǔ)上提出來的一個(gè)新的理論，也是煤礦地質(zhì)預(yù)測(cè)的一個(gè)新的方法。對(duì)這二個(gè)方面的深入研究，是實(shí)現(xiàn)巷道前方隱伏斷層預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)工作。

2　斷層相關(guān)褶皺、相關(guān)斷裂的特點(diǎn)

2.1斷層相關(guān)褶皺的特點(diǎn)

斷層相關(guān)褶皺的特點(diǎn)為是①曲率半徑小，r＜100m或r=100～200m，區(qū)別于區(qū)域上的非斷層褶皺；②煤層的頂、底板一起褶皺與層間滑動(dòng)構(gòu)造相區(qū)別；③遠(yuǎn)離斷層，一般地?cái)鄬酉嚓P(guān)褶皺距離斷層較遠(yuǎn)，區(qū)別于斷層派生的牽引褶皺。

2.2斷層相關(guān)斷裂的特點(diǎn)

斷層相關(guān)斷裂是指斷裂構(gòu)造與斷層存在著空間分布上的相關(guān)和斷裂構(gòu)造與斷層成因上的相關(guān)。它象。

空間分布上相關(guān)是斷層影響帶內(nèi)產(chǎn)狀與斷層一致或相近，即大致平等于斷層、位錯(cuò)方式與斷層移位形式一致的或小斷層，它在斷層影響帶內(nèi)分布寬度僅次于相關(guān)褶皺。與斜切層理的突出特征區(qū)別于正常地段的背景節(jié)理。與斷層同時(shí)形成，屬于斷層伴生的次級(jí)斷裂，是在構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)條件下形成的，是任何一條斷層都會(huì)有的一種構(gòu)造現(xiàn)象。

相關(guān)斷裂的形成與斷層二盤的位移活動(dòng)有關(guān)。由于斷層的位移，產(chǎn)生了局部應(yīng)力場(chǎng)，并在局部應(yīng)力場(chǎng)的作用下，煤巖層發(fā)生破裂和小的錯(cuò)位，它是斷層派生的低序次斷裂構(gòu)造，在斷層影響帶內(nèi)靠近斷層分布且范圍狹窄。

節(jié)理或小斷層，在離主斷層較遠(yuǎn)的距離就表現(xiàn)出來，這些節(jié)理在井下容易辨認(rèn)：①斜切層理，②長(zhǎng)度很大，③產(chǎn)狀穩(wěn)定，④裂隙壁上常見擦痕，⑤經(jīng)常見有幾cm的斷距，⑥離開斷層較遠(yuǎn)處就出現(xiàn)，且有近斷層增加的趨勢(shì)，⑦產(chǎn)狀與主斷層一致或相近。

在離開主干斷層出現(xiàn)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(gè)特點(diǎn)可以判斷隱伏斷層的位移方式。

節(jié)理系數(shù)增加，越靠近斷層，節(jié)理系數(shù)量越大，不管斷層落差如何，都有這個(gè)特點(diǎn)；節(jié)理強(qiáng)度增加，越靠近斷層，節(jié)理強(qiáng)度也越大。

3　利用斷層相關(guān)褶皺、相關(guān)斷裂的工作方法

3.1利用斷層相關(guān)褶皺

利用斷層相關(guān)斷裂理論進(jìn)行實(shí)際工作的時(shí)候，隨時(shí)注意煤層產(chǎn)狀的變化情況，通過在井下揭露的煤巖層中多觀測(cè)其產(chǎn)狀變化情況，上井后及時(shí)整理編錄資料，做出地質(zhì)素描剖面圖，就能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)巷道揭露范圍內(nèi)是否存在有褶皺，進(jìn)而分析判斷這些褶皺是不是斷層相關(guān)褶皺，從而達(dá)到及時(shí)預(yù)測(cè)掘進(jìn)工作面前方有無斷層的的存在，為指揮生產(chǎn)提供可行的地質(zhì)依據(jù)。

3.2斷層相關(guān)斷裂的判斷

斷層相關(guān)斷裂的存在是通過在井下仔細(xì)觀察及實(shí)測(cè)有關(guān)煤巖層的抗壓強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)的。觀察的項(xiàng)目主要有煤層的顏色、光澤有無變化，不同的煤巖組份表現(xiàn)出來的顏色不同，造成了煤層具有不同的條帶狀結(jié)構(gòu)，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(jié)理（裂隙）發(fā)育情況，實(shí)測(cè)煤層的節(jié)理?xiàng)l數(shù)，如果煤層中的數(shù)量突然增加，很可能是斷層相關(guān)斷裂存在的證據(jù)。

4　相關(guān)褶皺、相關(guān)斷裂在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用

例：在7302探煤巷施工過程時(shí)，巷道沿3煤頂板掘進(jìn)，掘進(jìn)至

0240點(diǎn)以后，煤層產(chǎn)狀變化較大，巷道亦發(fā)生相應(yīng)的起伏，經(jīng)及時(shí)實(shí)測(cè)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(gòu)造，而且隨著巷道的繼續(xù)掘進(jìn)，煤層及其頂板破碎越來越明顯，表現(xiàn)為節(jié)理增多，頂板破碎易冒落，出現(xiàn)淋水現(xiàn)象，繼而揭露了一個(gè)落差3m的斷層，又向前掘進(jìn)了40m后，揭露了一個(gè)落差為13.5m的正斷層。

5　應(yīng)注意的問題

在巷道揭露煤層的同時(shí)要做到每天進(jìn)行觀測(cè)而不能間斷，這樣才不至于失去對(duì)煤層的控制，觀測(cè)的連續(xù)性對(duì)預(yù)計(jì)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(yù)計(jì)結(jié)果。因此，掌握第一手地質(zhì)資料，確保這些地質(zhì)資料的正確性至關(guān)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(xiàn)，說明掘進(jìn)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?jīng)]有斷層的存在。小褶皺與斷層出現(xiàn)的關(guān)系是相對(duì)的，而不是絕對(duì)的。

6　結(jié)論

斷層相關(guān)褶皺出現(xiàn)的最早，始見點(diǎn)距離斷層最遠(yuǎn)；接著出現(xiàn)的與斷層產(chǎn)狀一致，位錯(cuò)相同的節(jié)理或小斷層；在離斷層較近，又有一定距離的區(qū)段，可出現(xiàn)與走向一致，傾向相反或相同但位錯(cuò)相反的節(jié)理或小斷層；最后在斷層面附近出現(xiàn)與斷層有成因關(guān)系的其它各種低序次的節(jié)理、小斷層或牽引褶皺。這些相關(guān)構(gòu)造中，真正對(duì)預(yù)測(cè)斷層有意義的是斷層相關(guān)小褶皺、節(jié)理或小斷層。相關(guān)褶皺可以確定前方很大可能有隱伏斷層的存在，節(jié)理或小斷層所有斷層所共有的特點(diǎn)，對(duì)斷層預(yù)測(cè)來說有重要意義。

斷層相關(guān)斷裂與斷層規(guī)模的大小有關(guān)，斷層規(guī)模越大，斷裂帶寬度也越大。

與斷層成因有聯(lián)系的相關(guān)褶皺和相關(guān)斷裂，占據(jù)很寬的區(qū)域，有很寬的邊界，在井下巷道中可以直接觀測(cè)，其方法簡(jiǎn)單，效果明顯，不需要過多的投入就能取得很好的效果。

對(duì)于斷層構(gòu)造帶寬度與斷層規(guī)模的關(guān)系的定量描述，還有待于做更多的工作進(jìn)行研究。