淺談礦井地質(zhì)構(gòu)造及采煤工作面回采的危害

周江濤

摘 要：為了提高煤礦開采的安全性、可靠性和穩(wěn)定性，應(yīng)認(rèn)真分析地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤礦開采的影響，根據(jù)分析結(jié)果采取相應(yīng)的措施，盡可能地避免地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤礦開采工作造成影響。地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤礦開采的影響非常大，工作面地質(zhì)構(gòu)造主要包括巖漿巖侵入體、陷落柱、褶曲構(gòu)造和斷層等。研究地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤礦開采的影響，對(duì)促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)具有極其重要的意義，對(duì)保證開采的安全性和提高開采效率具有非常重要的作用，可以有效避免很多事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)構(gòu)造；地質(zhì)資料；煤層；構(gòu)造

煤炭是一種不可再生資源，隨著開采年限的增加，煤炭資源開始急劇減少。礦井的地質(zhì)構(gòu)造影響礦井開發(fā)遠(yuǎn)景規(guī)劃、礦區(qū)總體設(shè)計(jì)、礦井建設(shè)和礦井生產(chǎn)。地質(zhì)構(gòu)造主要分為兩大類，四小類：一是褶皺，包括背斜和向斜兩種形態(tài)；其中巖層向上拱起的是背斜，向下彎曲的是向斜，二是斷裂，包括裂隙和斷層兩大類。

一、地質(zhì)構(gòu)造的判斷

（一）從形態(tài)上看，向斜一般是巖層向下彎曲。因此，從地形的原始形態(tài)看，向斜往往會(huì)成為谷地。但是，由于向斜槽部受到擠壓，物質(zhì)堅(jiān)實(shí)不易被侵蝕，經(jīng)長(zhǎng)期侵蝕后反而可能成為山嶺，相應(yīng)的背斜卻會(huì)因巖石拉張易被侵蝕而形成山谷。因此，我們應(yīng)該根據(jù)巖層新老關(guān)系來(lái)確定一個(gè)褶皺是背斜還是向斜（參看褶曲詞條），而不能單憑地表形態(tài)來(lái)判斷。

1、背斜：煤巖層凸起向上彎曲。其地層特點(diǎn)是核心部位是老巖層，兩側(cè)是新巖層，新巖層呈對(duì)稱重復(fù)出現(xiàn)，兩翼巖層的傾向相背。

2、向斜：煤巖層向下凹的彎曲。其地層特點(diǎn)是核心部位是新巖層，兩側(cè)是老巖層，老巖層呈對(duì)稱重復(fù)出現(xiàn)，兩翼巖層的傾向相向。

在我國(guó)煤炭資源的開發(fā)和利用受著褶皺構(gòu)造的影響，褶皺構(gòu)造也不可避免的影響煤層瓦斯賦存。在褶皺構(gòu)造發(fā)育地區(qū)發(fā)生的瓦斯災(zāi)害很多。大量研究表明，褶皺構(gòu)造對(duì)煤層瓦斯的賦存，煤體結(jié)構(gòu)的改變和破壞，煤層滲透性的改變，以及對(duì)斷裂構(gòu)造的控制，都有著極其重要的作用。煤層處于中和面上下的不同位置對(duì)煤層瓦斯的賦存控制。背斜中和面以下、向斜中和面以上受擠壓力作用有利于瓦斯的保存；背斜中和面以上、向斜中和面以下受拉張力作用有利于瓦斯的釋放。縱彎褶皺首先在翼部形成片狀和鱗片狀的構(gòu)造煤，隨著褶皺進(jìn)一步發(fā)展，構(gòu)造煤流向褶皺軸部部，從而軸部構(gòu)造煤增厚。從縱彎褶曲軸向壓應(yīng)力，縱向壓應(yīng)力、縱向張應(yīng)力、橫向剪應(yīng)力、縱向剪應(yīng)力分析了縱彎作用下形成的橫張性斷裂、壓剪性斷裂、壓性逆沖斷裂、縱張性斷裂、張剪性斷裂及其這些斷裂對(duì)構(gòu)造煤、瓦斯賦存的影響。

（二）煤巖層受地殼運(yùn)動(dòng)的作用力而發(fā)生斷裂，失去了完整性和連續(xù)性，這種構(gòu)造形態(tài)稱為斷裂構(gòu)造。根據(jù)巖層斷裂后兩側(cè)巖塊有無(wú)顯著位移，可把斷裂構(gòu)造分為裂隙和斷層兩大類：

裂隙。斷裂面兩側(cè)巖層沒有發(fā)生明顯位移的斷裂構(gòu)造稱為裂隙。裂隙的分類。根據(jù)裂隙形成的原因，裂隙可分為三類：

（1）原生裂隙。在沉積巖成巖作用階段，主要是由于沉積物脫水和壓縮而形成，一般肉眼不易發(fā)現(xiàn)。煤層中都有原生裂隙。

（2）構(gòu)造裂隙。受構(gòu)造變動(dòng)作用力形成，也叫外裂隙。在煤層和圍巖中常見，且與原生裂隙斜交。在褶皺的煤層中可見到多組構(gòu)造裂隙，且常為兩組彼此相互垂直，但其中一組往往發(fā)育不好。在斷層附近常有與斷層面平行或斜交的裂隙發(fā)育。

（3）壓力裂隙。在巷道和采煤工作面附近，原有應(yīng)力平衡狀態(tài)發(fā)生破壞，由礦山壓力作用而產(chǎn)生，又稱為地壓裂隙。壓力裂隙平行于工作面而略向采空區(qū)傾斜，與其他裂隙相交。壓力裂隙與埋藏深度關(guān)系密切，埋藏深度越大，裂隙分布越廣泛。

斷裂后，如果斷裂面兩側(cè)的煤巖層沒有發(fā)生顯著的位置錯(cuò)動(dòng)時(shí)，稱為節(jié)理或裂隙；如果發(fā)生了顯著的位置錯(cuò)動(dòng)。則稱為斷層。節(jié)理和斷層普遍存在于地層之中，和礦井建設(shè)與生產(chǎn)關(guān)系十分密切，尤其是斷層的影響更為顯著。

斷層及其要素如下：是指斷裂面兩側(cè)巖層產(chǎn)生明顯位移的構(gòu)造變動(dòng)。斷層部位巖層的完整性和連續(xù)性遭到破壞，是一種常見的主要地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象。斷層在地殼中分布廣，形態(tài)和類型多，規(guī)模與分布因地而因異。在煤田地質(zhì)勘探與煤礦生產(chǎn)中，查明斷層的特征和分布規(guī)律，對(duì)于尋找斷失的煤層，合理安排巷道布置，預(yù)防災(zāi)害發(fā)生都具有重要意義。

因?yàn)橛写笮蛿鄬影l(fā)育的地方，煤層走向、傾向、傾角均發(fā)生較大變化，采區(qū)及階段劃分只能按照地質(zhì)構(gòu)造的區(qū)塊劃定，給開拓開采布置帶來(lái)很大困難。因此，在開拓設(shè)計(jì)中，對(duì)于斷距較大的斷層，開拓巷道盡量應(yīng)避開斷層破碎帶，尤其是應(yīng)避開與巷道平行或成小角度斜交的斷層破碎帶，盡可能將斷層作為采區(qū)劃分的邊界。

二、地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的主要威脅

1、小型褶曲常常造成煤層厚度、產(chǎn)狀的較大變化，給生產(chǎn)及安全造成困難。大型褶曲的核部一般裂隙發(fā)育，巖石破碎，易冒落，必須加強(qiáng)支護(hù)，否則很容易發(fā)生冒頂事故，給頂板管理帶來(lái)困難。瓦斯礦井的褶曲核部，瓦斯極易在此積聚，可能會(huì)造成瓦斯突出，給安全生產(chǎn)帶來(lái)威脅。

2、地質(zhì)構(gòu)造所呈現(xiàn)出的變化因素是對(duì)出水事故造成影響的一個(gè)關(guān)鍵所在，而對(duì)于地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行分析預(yù)測(cè)的相關(guān)工作，也就成為了落實(shí)防治措施的一個(gè)重要基礎(chǔ)。針對(duì)回采率進(jìn)行提升，能夠極大的延長(zhǎng)礦井自身所具有的生產(chǎn)壽命，緩解資源枯竭的速度起到了極其重要的作用。

3、瓦斯事故與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系。我國(guó)地質(zhì)條件復(fù)雜，是受瓦斯災(zāi)害威脅最嚴(yán)重的國(guó)家之一。瓦斯生于煤層，儲(chǔ)于煤層，受地質(zhì)條件和歷史演化作用控制。地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度控制著煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，構(gòu)造煤的發(fā)育特征控制著瓦斯抽采和瓦斯治理的難度。多年的實(shí)踐證明，只有綜合運(yùn)用板塊構(gòu)造理論、區(qū)域地質(zhì)演化理論、瓦斯賦存構(gòu)造逐級(jí)控制理論，才能揭示構(gòu)造煤的發(fā)育規(guī)律并揭示煤與瓦斯突出機(jī)理，才能進(jìn)行更為準(zhǔn)確的瓦斯預(yù)測(cè)。

4、采煤沉陷，采煤沉陷是我國(guó)煤炭礦區(qū)現(xiàn)存的最大安全隱患之一，如果不能完全對(duì)其進(jìn)行有效的管理和控制，就難以保證煤炭開采工作的安全、穩(wěn)定、有序進(jìn)行，甚至有可能造成大規(guī)模的人員傷亡，對(duì)于社會(huì)的安定也會(huì)造成一定程度的影響。煤礦地質(zhì)構(gòu)造的不同是引起采煤沉陷事故發(fā)生的根本原因之一，如煤層厚度、埋深、傾角及覆巖結(jié)構(gòu)等。

5、水害事故，在礦井出現(xiàn)水害現(xiàn)象的情況下，通常都是出現(xiàn)在巷道的迎頭位置之上，由于勘探工作的不及時(shí)準(zhǔn)確，其導(dǎo)致的根本因素就是由于進(jìn)行掘進(jìn)的過程中，遭遇到了地質(zhì)水源現(xiàn)象，并且破壞了地質(zhì)結(jié)構(gòu)，最終引發(fā)出水；另外，在多雨季節(jié)的“三防”工作也不容忽視。

煤礦在進(jìn)行開采的過程中，所涉及到的地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象，而部分事故的發(fā)生，也恰恰是由于這部分構(gòu)造所呈現(xiàn)出的問題而引發(fā)。礦區(qū)受地質(zhì)構(gòu)造影響，總體煤層走向、傾向、傾角，由于受地質(zhì)構(gòu)造的影響和破壞，礦區(qū)井田內(nèi)煤層產(chǎn)狀與厚度變化較大，受地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的作用，形成局部采區(qū)煤層出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象，并使煤層厚度賦存發(fā)生較大變化，在煤層設(shè)計(jì)與開采上受很大限制，造成開采過程中的分層不合理，丟底煤或末分層局部不夠厚無(wú)法開采，使煤炭資源損失，造成資源浪費(fèi)，煤炭資源回采率下降。

近些年來(lái)，盡管開始重視煤礦采集工作中地質(zhì)構(gòu)造的影響，并且提出了安全生產(chǎn)理念，但對(duì)地質(zhì)構(gòu)造的預(yù)防與鑒別能力還有待加強(qiáng)，只有積極轉(zhuǎn)變思想，才可以切實(shí)貫徹相關(guān)策略，以此減小相關(guān)因素的影響，有效提高煤礦生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊孟達(dá).《煤礦地質(zhì)學(xué)》.煤炭工業(yè)出版社出版的圖書，2006。

[2]李書剛.如何應(yīng)對(duì)小地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤礦掘進(jìn)和采煤的影響研究[J].科技信息，2009，（01）.

[3]范啟煒，王魁軍，曹林.我國(guó)煤礦瓦斯災(zāi)難事故頻發(fā)的原因分析.中國(guó)煤炭，2003（7）.