小構(gòu)造對(duì)煤礦掘進(jìn)和采煤的影響分析

李 強(qiáng)

(山西陽(yáng)煤五礦，山西 陽(yáng)泉 045209)

0 引言

在煤礦的掘進(jìn)和采煤的過程當(dāng)中，經(jīng)常會(huì)碰到小地質(zhì)構(gòu)造。小地質(zhì)構(gòu)造對(duì)于煤礦的安全性無疑造成了極大的威脅，“煤礦頂板事故”就是由于未能及時(shí)處理小地質(zhì)構(gòu)造而造成的。所謂的“煤礦頂板事故”，其實(shí)就是指在采煤的過程中，煤層頂板突然坍塌而導(dǎo)致的正常生產(chǎn)被打斷，造成井下設(shè)備的損毀或是人員的傷亡，煤礦頂板事故不僅危害大，且突發(fā)性強(qiáng)。因此，研究地質(zhì)小結(jié)構(gòu)對(duì)煤礦掘進(jìn)和采煤是非常有意義的。

1 常見的幾種小地質(zhì)構(gòu)造

在煤礦的正常生產(chǎn)過程中，經(jīng)常遇到的小地質(zhì)構(gòu)造主要有小斷層、小褶皺以及復(fù)合頂板。

1.1 小斷層

小斷層可謂是煤礦在掘進(jìn)和采煤的過程中最容易碰到的小地質(zhì)構(gòu)造了，若是出現(xiàn)以下幾種情況，一般來說就標(biāo)志著小斷層的出現(xiàn)：①煤層頂、底板處出現(xiàn)大幅度位移；②煤層順著巷道突然變厚甚至出現(xiàn)石楔；③煤層厚度急劇減小；④煤層出現(xiàn)斷裂處，由巖層銜接；⑤煤層頂、底板顯現(xiàn)巖性特征；⑥出現(xiàn)呈褶皺狀態(tài)的巖帶；⑦巷道兩壁的裂縫處有劃痕[1]。小斷層的落差通常在5 m以內(nèi)，較為常見的形態(tài)有破碎帶、正態(tài)斷層、逆態(tài)斷層和層滑結(jié)構(gòu)。

正態(tài)斷層：正態(tài)斷層一般的特點(diǎn)為上部上抬、下部下沉的特點(diǎn)，斷層面較為平整，傾斜方向同煤層相反。跟逆態(tài)斷層相比，正態(tài)斷層周圍巖石更為穩(wěn)定，危險(xiǎn)性也要小一些[2]。

逆態(tài)斷層：逆態(tài)斷層的最主要形態(tài)就是同傾向的小型逆態(tài)斷層，斷層面不平整，斷層傾斜角度大而不光滑，逆態(tài)斷層的上下煤層之間有大量的小褶皺，使得巷道支護(hù)工作無比困難，穩(wěn)定性特別差。

層滑結(jié)構(gòu)：層滑結(jié)構(gòu)是巖層在外力擠壓的作用下發(fā)生滑動(dòng)，于是產(chǎn)生了層滑結(jié)構(gòu)。層滑結(jié)構(gòu)中不論煤還是巖石，其強(qiáng)度均較小，且分層較為混亂。

破碎帶：破碎帶其實(shí)就是煤層或是巖層，受到局部應(yīng)力的影響，發(fā)生了小范圍的破裂但沒有產(chǎn)生位移。破碎帶與層滑結(jié)構(gòu)有些類似，內(nèi)含的煤或者巖石的強(qiáng)度均較低，不利于巷道支護(hù)。

1.2 小褶皺

小褶皺的常見形式主要有煤層頂板小型向斜或背斜，以及撓曲結(jié)構(gòu)3種[3]，而煤層頂板撓曲結(jié)構(gòu)是實(shí)際生活中最常見的。煤層頂板撓曲結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)主要有不規(guī)則性和成規(guī)模性兩點(diǎn)。小褶皺極其容易對(duì)巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，甚至出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象。

1.3 復(fù)合頂板

煤層頂板一般來說是由老頂、偽頂和直接頂3部分組成的，但有時(shí)直接頂和偽頂之中會(huì)存在薄煤線。所謂的復(fù)合頂板就是多層巖層和多層煤線交替出現(xiàn)而造成的，對(duì)巷道支護(hù)非常不利[4]。

2 小地質(zhì)構(gòu)造對(duì)掘進(jìn)和采煤的影響

2.1 回采時(shí)突發(fā)冒頂現(xiàn)象，有可能造成倒架的危險(xiǎn)

若是小地質(zhì)構(gòu)造未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，在煤炭回采時(shí)，煤層頂板在局部應(yīng)力和壓力的雙重作用下，就會(huì)產(chǎn)生部分的破碎或是變形，這時(shí)非常容易出現(xiàn)局部冒頂。在放頂煤的時(shí)候，煤層頂板壓力太大，就有可能導(dǎo)致局部坍塌，造成煤層支架部分懸空，很有可能發(fā)生倒架，這對(duì)于工人、設(shè)備都會(huì)造成很嚴(yán)重的危害。

2.2 掘進(jìn)時(shí)突發(fā)冒頂現(xiàn)象，有可能發(fā)生爆炸

若是小地質(zhì)構(gòu)造未能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，在煤礦掘進(jìn)的時(shí)候，對(duì)前方煤層影響范圍一般會(huì)達(dá)到30 m，這時(shí)就非常容易出現(xiàn)局部冒頂，在巷道中間存留大量的瓦斯，若是瓦斯的壓力突然因采掘活動(dòng)發(fā)生急劇的變化，就容易發(fā)生爆炸，造成十分嚴(yán)重的后果。

2.3 隱蔽小地質(zhì)構(gòu)造突然出現(xiàn)，突發(fā)冒頂現(xiàn)象

小地質(zhì)構(gòu)造并不都是容易發(fā)現(xiàn)的，有些小地質(zhì)構(gòu)造的隱蔽性非常強(qiáng)，在采掘過程中非常不容易發(fā)現(xiàn)，僅僅從外觀上觀察煤層頂板基本看不出什么區(qū)別，而只有在頂板打錨桿和錨索的時(shí)候，才有可能發(fā)現(xiàn)其中隱藏的小地質(zhì)構(gòu)造。若是在工作中，發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)的速度突然急劇變快，就非常有可能是遇到了隱蔽性極強(qiáng)的隱藏于煤層頂部的小地質(zhì)構(gòu)造，該小地質(zhì)構(gòu)造如不及時(shí)處理，就會(huì)引發(fā)冒頂，甚至造成煤礦頂板事故，造成極大的安全隱患。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2010年發(fā)生的所有煤礦事故中，煤礦頂板事故竟占了50%[5]，如圖1所示。因此，在整個(gè)煤炭采掘的工作過程中，一定要及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理這些小地質(zhì)構(gòu)造，才能使得井下的工人和設(shè)備的安全不受到威脅。

圖1 2010年煤礦事故原因統(tǒng)計(jì)

3 發(fā)生事故的前期征兆和預(yù)防方法

3.1 回采時(shí)突發(fā)冒頂?shù)恼髡缀皖A(yù)防

回采時(shí)突發(fā)冒頂現(xiàn)象的前期征兆較為明顯，如：煤層頂板突然出現(xiàn)大量裂縫，而且裂縫存在不斷增多和擴(kuò)大的現(xiàn)象；頂板原有裂縫內(nèi)發(fā)現(xiàn)活矸石，同時(shí)出現(xiàn)矸石脫落、石渣脫落的情況；頂板和煤層之間存在矸石并且脫落，淋水突然加大等等。

為防止回采時(shí)突發(fā)冒頂導(dǎo)致倒架，在回采的過程中，盡量要采用淺截深割法，每次截煤的深度要控制在半米以下；在割煤完成之后，一定要減少采煤機(jī)頂?shù)木嚯x，或者及時(shí)移開支架，或者做臨時(shí)支護(hù)工作；輸送機(jī)換位的時(shí)候，要嚴(yán)格遵守規(guī)定，盡量使空頂時(shí)間減少，移動(dòng)輸送機(jī)的時(shí)候加裝臨時(shí)支柱，若發(fā)現(xiàn)頂板碎裂，一定要安裝托板，然后再進(jìn)行移動(dòng)。

3.2 掘進(jìn)時(shí)突發(fā)冒頂?shù)恼髡缀皖A(yù)防

掘進(jìn)時(shí)突發(fā)冒頂現(xiàn)象的前期征兆也較為明顯，如：煤層頂板突然出現(xiàn)大量裂縫，而且裂縫存在不斷增多和擴(kuò)大的現(xiàn)象；敲擊頂板時(shí)聲音出現(xiàn)異常；頂板原有裂縫內(nèi)發(fā)現(xiàn)活矸石，同時(shí)出現(xiàn)矸石脫落，石渣脫落的情況；頂板出現(xiàn)淋水滴落的情況等等。

為了防止掘進(jìn)時(shí)突發(fā)冒頂現(xiàn)象導(dǎo)致的爆炸危險(xiǎn)，在掘進(jìn)的過程中，要保證迎頭、巷幫和頂板支護(hù)的一致性，杜絕延后現(xiàn)象的發(fā)生，支護(hù)材料的規(guī)格必須符合實(shí)際情況和國(guó)家規(guī)定，不要為了節(jié)約成本而降低支護(hù)材料的質(zhì)量；對(duì)于礦壓的檢測(cè)要做到次數(shù)多、精確度高。

3.3 隱蔽小地質(zhì)構(gòu)造突然出現(xiàn)的征兆和預(yù)防

隱蔽小地質(zhì)構(gòu)造突然出現(xiàn)的前期征兆不太明顯，因此需要提高注意力，若是發(fā)現(xiàn)在頂板打錨桿和錨索的時(shí)候，鉆機(jī)工作效率突然大幅提升，那就很有可能是遇到了隱蔽小地質(zhì)結(jié)構(gòu)，若是此時(shí)又出現(xiàn)了一定程度上的淋水現(xiàn)象，那么就一定是遇到了隱蔽小地質(zhì)構(gòu)造。

為了防止隱蔽小地質(zhì)構(gòu)造突然出現(xiàn)而產(chǎn)生的冒頂現(xiàn)象，在整個(gè)工作過程之前，要做好預(yù)案，一旦發(fā)現(xiàn)隱蔽小地質(zhì)構(gòu)造，要及時(shí)記錄并匯報(bào)，然后由專業(yè)人士前來處理并做好臨時(shí)支護(hù)。

4 結(jié)語

煤炭開采工程對(duì)能源保障十分重要，但不能一味的追求產(chǎn)量而忽視了煤炭開采的安全性。我國(guó)煤礦發(fā)生的各項(xiàng)事故中，因?yàn)楹鲆暳说刭|(zhì)小構(gòu)造而引發(fā)的礦難所占比例絕不在少數(shù)，因此要重視地質(zhì)小構(gòu)造對(duì)煤礦掘進(jìn)和采煤的影響，找出預(yù)防和解決的辦法，才能使井下的工人和設(shè)備不再受到威脅。