地質(zhì)構(gòu)造對煤層厚度的影響及復(fù)雜煤礦地質(zhì)條件下的斷層處理方法

孫慶榮

(黑龍江龍煤雙鴨山礦業(yè)有限公司東榮三礦，黑龍江 雙鴨山155100)

煤層厚度是影響煤礦開采的重要因素之一。為了提升煤礦開采的效率和質(zhì)量，需要預(yù)先對煤層厚度進(jìn)行有效統(tǒng)計(jì)計(jì)算，以便快速、準(zhǔn)確獲取煤礦的儲存量和排采布局。

1 地質(zhì)構(gòu)造對煤層厚度的影響

1.1 褶皺構(gòu)造對煤層厚度的影響

褶皺構(gòu)造是由于地殼運(yùn)動時(shí)長時(shí)間受到巖層的擠壓力而產(chǎn)生塑性形變、進(jìn)而出現(xiàn)的一種波狀彎曲構(gòu)造狀態(tài)，它對于煤層厚度變化的影響最為明顯，原因就是該煤層本身結(jié)構(gòu)疏松，在長期的擠壓力下發(fā)生流動與變形，使煤層厚度薄厚不一，從而區(qū)域性地影響煤層厚度變化特征。褶皺構(gòu)造一般是由多褶曲狀態(tài)構(gòu)成，褶曲分為背斜和向斜兩種基本形態(tài)，它是由向斜、背斜和軸部三個(gè)部分組成的。當(dāng)煤層受到的擠壓力來自水平方向時(shí)，褶曲兩翼的擠壓力大于軸部的擠壓力，此時(shí)煤層就會從壓力大的地方流向壓力小的地方，導(dǎo)致軸向、背斜和軸部的煤層會增厚，兩翼煤層變薄。如果煤層受到的擠壓力來自垂直方向，則恰恰相反，軸向、背斜和軸部的煤層會增薄，兩翼煤層的厚度就會增加。煤層褶皺越劇烈，煤層厚度變化就越明顯。

1.2 斷層構(gòu)造對煤層厚度的影響

煤層結(jié)構(gòu)會隨著巖層擠壓力的變化而產(chǎn)生形變或流動，當(dāng)這個(gè)力達(dá)到一定程度或超過其巖層所能承受的極限強(qiáng)度時(shí)，巖層就會表現(xiàn)出不連續(xù)性，也就是斷裂結(jié)構(gòu)。在斷裂面兩側(cè)會有巖塊不在同一平面結(jié)構(gòu)上，會有一定的位移被稱為斷層，相反，沒有位移或者位移不顯著的被稱為節(jié)理，斷層和節(jié)理都被統(tǒng)稱為斷裂構(gòu)造。斷層結(jié)構(gòu)是將原來連續(xù)的煤層結(jié)構(gòu)間斷分開，破壞其連續(xù)性，斷層所產(chǎn)生的斷層分布、斷層產(chǎn)狀和斷層性質(zhì)均會直接影響煤層厚度，但相比于褶皺構(gòu)造所產(chǎn)生的影響較小。被斷開的煤層夾雜著不同厚度的煤層，直接影響了煤礦開采難度、成本、效率，等等。

煤層經(jīng)過斷層后，最直接的影響就是煤層厚度會發(fā)生比較大的變化，或薄或厚。當(dāng)煤層發(fā)生褶曲伴生的斷層時(shí)，褶曲會作為斷層的主要構(gòu)造，斷層會作為伴生構(gòu)造，這對于煤層影響極為顯著，主要從兩個(gè)因素來影響煤層厚度：第一，當(dāng)主構(gòu)造為向斜時(shí)就會產(chǎn)生閉合性的裂縫，這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是完整性較好、破碎性較小、膠結(jié)性較好、含水量較少、影響煤層頂板能力小。第二，當(dāng)主構(gòu)造為背斜時(shí)就會產(chǎn)生明顯的張性裂隙，這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是完整性較差、破碎性較大、含水量較大、影響煤層頂板能力大。

煤層斷層結(jié)構(gòu)又可以分為正斷層結(jié)構(gòu)、逆斷層結(jié)構(gòu)和層間滑動結(jié)構(gòu)。煤層厚度變化一般發(fā)生在斷層區(qū)域附近，正斷層會使上下煤層變薄，這是由于煤層受到了外力的拉拖作用。而逆斷層會使煤層變厚，這是由于煤層受到了逆掩重疊或擠壓聚集的作用。層間滑動結(jié)構(gòu)發(fā)生在較疏松、軟性的巖層，當(dāng)它受到側(cè)向壓力產(chǎn)生的柔性流動和層間滑動時(shí)就會形成雞窩狀煤層。煤層滑動主要從提升煤層灰分和原生構(gòu)造破壞煤層滑動鏡面兩個(gè)方面來影響煤層性質(zhì)。當(dāng)發(fā)生煤層間滑動時(shí)，煤層會受到擠壓力，這種擠壓直接導(dǎo)致煤層厚度表薄，擠壓嚴(yán)重時(shí)就會產(chǎn)生褶皺構(gòu)造，甚至破壞煤層間結(jié)構(gòu)，這就是煤層間滑動會導(dǎo)致煤層厚度變薄的主要原因。即便是煤層被層間滑動所破壞，但破壞的方式和結(jié)果仍有不同，可以分為三種類型，即滑動切蝕型、剪切壓薄型、滑褶穿刺型。煤層厚度受斷層影響變化具有一定規(guī)律，斷層的落差高度越大，煤層擴(kuò)展拉伸的范圍越大，其變薄范圍也越大，煤層就會變薄。

1.3 沉積環(huán)境對煤層厚度的影響

地形是在一直發(fā)生變化的，煤層厚度也會隨著定性、地勢而發(fā)生較大變化，它對煤層厚度的影響較為顯著，在煤層產(chǎn)狀變化的同時(shí)，底板變得極為不平整，但頂板卻恰恰相反，極為平整。另外，由于巖層不斷生長，煤層一直處于一個(gè)動蕩期，這種活動會形成斷裂構(gòu)造，斷裂后，兩端的煤層同時(shí)還會受到煤層活動的影響，兩端會出現(xiàn)不同程度的沉降，形成斷層差，下降的斷層一般來自比較厚的煤層，上升的煤層一般來自比較薄的煤層。

1.4 巖漿巖入侵對煤層厚度的影響

巖漿入侵是一種對煤層破壞性極強(qiáng)的情況，我國煤炭又有30%發(fā)生了巖漿巖入侵，破壞力巨大，不僅使煤層的完整性、連續(xù)性被破壞，還會吞噬煤層，使煤層厚度變薄，使煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，侵入嚴(yán)重時(shí)還會形成堅(jiān)硬致密、無光澤的犬齒煤，直接影響了煤炭的開采發(fā)掘工作。而且開采出的煤自身物理性質(zhì)也受到了極大影響，這種煤的黏性低，失去了工業(yè)價(jià)值，對煤礦選址影響較大。但巖漿入侵也會有一定益處，部分煤層受到入侵后會發(fā)生熱變質(zhì)，產(chǎn)生了多種不同的煤，豐富了煤的種類，當(dāng)熱變質(zhì)適度時(shí)會產(chǎn)生工業(yè)價(jià)值很高的煉焦煤。總之，巖漿入侵對煤層影響極大，會直接影響煤層的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、厚度、性質(zhì)。

2 復(fù)雜煤礦地質(zhì)條件下的斷層處理方法

2.1 后退臥底法

在煤礦資源開采工作中，煤礦巷道斷面都存在比較明顯的下滑問題。可以采用后退臥底的方式來對斷層結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)，通過這種方式可以有效提高煤礦巷道斷層開采的穩(wěn)定性。如果煤礦巷道內(nèi)部的斷層相互之間的高度差值超過了2.5 m，那么在煤礦巷道的頂板支護(hù)強(qiáng)度上就需要充分滿足斷層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定要求。可以通過錨網(wǎng)索支護(hù)的方式對巷道周圍的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定，這樣可以最大限度提高煤礦巷道內(nèi)部周圍的穩(wěn)定程度。在進(jìn)行煤礦巷道圍巖支護(hù)工作中，需要保證整個(gè)開采和掘進(jìn)工作是通過后退移動的方式來進(jìn)行開挖的。因?yàn)槊旱V巷道的掘進(jìn)設(shè)備在工作面上需要的坡度要比土坡的坡度更小，因此，在進(jìn)行煤礦巷道的開發(fā)工作中，需要運(yùn)用12°左右的斜坡作為臥底，這樣才可以充分保證整個(gè)煤礦斷層下方部分的傾斜度能夠符合掘進(jìn)工作的標(biāo)準(zhǔn)要求。在實(shí)際的施工當(dāng)中，因?yàn)槊旱V斷層的發(fā)育不良問題造成整個(gè)煤層出現(xiàn)下滑，可通過后退臥頂?shù)姆绞絹韺鄬酉禄瑔栴}加以解決。煤礦斷層整體掘進(jìn)到斷面層的區(qū)域時(shí)，在頂部的位置上會和上方的煤層頂板進(jìn)行銜接，通過錨桿支護(hù)的作用能夠保證每一層頂板的穩(wěn)定性，最終可以對整個(gè)頂板斷面層進(jìn)行有效固定。煤礦斷層是井下地質(zhì)環(huán)境當(dāng)中比較常見的施工類型，在煤礦斷層施工當(dāng)中，需要通過臥底之后的方式來進(jìn)行施工，有效保證煤礦巷道頂板的支護(hù)穩(wěn)定性，使整個(gè)巷道周圍的支護(hù)穩(wěn)定性更加優(yōu)良。

2.2 直接割頂法

在煤礦開采工作當(dāng)中，經(jīng)常會遇到一些非常復(fù)雜的地下地質(zhì)條件。若地下煤層的斷層落差值超過2m，那么在煤層的結(jié)構(gòu)性質(zhì)上就會出現(xiàn)整體的下滑問題。如果斷層頂板的支護(hù)強(qiáng)度較低，那么頂板區(qū)域會因受到強(qiáng)大的壓力沖擊而產(chǎn)生破裂，對整個(gè)開采工作的安全性造成了嚴(yán)重影響。在此過程中，需要通過掘進(jìn)設(shè)備直接對頂部的巖石進(jìn)行隔斷和打碎，然后再進(jìn)行頂板維護(hù)和加固操作，這種方式可以提高頂板的支護(hù)強(qiáng)度。通過直接割頂?shù)牟僮鞣椒梢杂行Ы档拖锏乐ёo(hù)工作的難度，在大面積斷層的煤礦巷道當(dāng)中具有非常廣泛的應(yīng)用，并且取得了良好的使用效果。

3 結(jié)語

在進(jìn)行后退臥底法的操作當(dāng)中，由于實(shí)際工作量相對較大，在整個(gè)支護(hù)巷道的高度上需要適當(dāng)提高。通過錨網(wǎng)索支護(hù)的方式可以有效解決在臥底施工過程當(dāng)中產(chǎn)生的巷道高度超標(biāo)問題，能夠?qū)ο锏乐車牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定，進(jìn)而充分保證整個(gè)煤礦巷道的安全性和穩(wěn)定性。