斷層構造對煤層開采的影響及技術措施

馬剛 寧夏寶豐能源集團股份有限公司四股泉煤礦

我國煤礦地質條件復雜，各類地質構造廣泛發育，造成煤層賦存條件發生變化，對煤礦巷道掘進、綜采工作面回采、瓦斯防治以及礦井水害防治等都有較大的影響，極易引起安全事故。

一、斷層分類及對煤層回采影響分析

一是斷層分類。地殼巖體在地應力作用下發生斷裂現象，并在力的長期作用下，巖體在斷裂處發生位置上的相對移動，從而形成斷層。斷層按空間位置可分為正斷層、逆斷層和平移斷層；按與巖體走向關系可分為走向斷層、斜交斷層以及傾斜斷層。二是斷層對煤層回采影響。當煤層不受地質構造影響時處于連續穩定狀態，當煤層受到斷層構造影響后，煤層穩定性結構被破壞，包括力學性質結構及物理性質結構。①力學性質結構變化。在原煤巖體應力處于平衡狀態時，當出現斷層后在斷層處形成卸壓裂隙，在煤層開采以及上覆巖層重力作用下，集中應力向裂隙釋放，造成斷層附近煤體產生剪切、拉伸應力作用，導致煤層破壞，在回采中主要表現為煤層破碎、冒落等。②物理性質結構變化。由于斷層的存在，穩定的煤層發生斷裂、位移，同時斷層附近帶的煤體產生發育裂隙帶，使得原穩定煤體成層狀、片狀結構，降低了煤層結構的穩定性。

二、斷層構造對煤層開采技術措施

（一）安全技術措施

①8201 工作面在揭露斷層前30m 時，鉆探隊每天應進行鉆探施工，實時掌握斷層具體位置及走向變化，從而為工作面安全回采提供依據。②工作面在揭露斷層前5.0m處，應及時調整工作面偽斜，并適當降低采煤機采煤深度，單茬采煤深度控制在0.5m以內，工作面回采后及時進行移架，嚴禁斷面空頂距＞0.3m。③工作面在揭露斷層時，應安排專職瓦斯檢測員對現場有害氣體進行檢查，防止斷層裂隙帶瓦斯涌出，當斷層處瓦斯濃度＞0.8%時，必須立即停止作業，并加強工作面通風，防止瓦斯積聚。④由于在揭露斷層時受構造應力、回采應力等集中影響，當斷層處頂板出現破碎、煤壁片幫等應力顯現現象時，應采取合理有效的技術措施進行維護，如頂板可采用撞楔超前支護、錨索吊棚加強支護，煤壁采用注漿加固等。⑤在過斷層期間，應采用分段式帶壓擦頂移架，即工作面過斷層時采煤機每割煤30m，應及時將支架移架到位，保證支架對斷層處頂板及時支護，防止頂板冒落。在斷層處移架時采用帶壓擦頂移架方式，支架在斷層處頂板初撐力、工作阻力不得低于85%。

（二）加強斷層控制措施

在煤層開采中，經常出現落差＜5.0 m的斷層，且該類斷層多以斜交、垂直形式存在，所以，工作面在過斷層期間應加強斷層處圍巖控制措施。①當掘進工作面過斷層時，需加強斷層處圍巖的控制，因為掘進巷道在過斷層期間煤巖體結構發生了變化，在斷層帶處煤巖體穩定性變差，需對斷層前后不穩定圍巖進行加強支護，如撞楔超前支護、錨索吊棚、鋼棚等，同時應根據斷層走向及傾角合理變化巷道掘進坡度。②當綜采工作面過斷層時，由于工作面回采長度大，斷層侵入回采煤層后對工作面回采影響也較大，破壞了回采煤層連續穩定性及力學性質，不利于工作面安全高效回采。所以，綜采工作面在揭露斷層前應合理分析斷層落差、走向、傾角等參數，準確掌握斷層對工作面的影響范圍，然后采取合理有效的回采工藝。同時，工作面在揭露斷層期間，應對斷層帶處的破碎煤巖體采取注漿、超前支護、卸壓等技術手段加強支護。

（三）螺旋鉆機采煤技術

在煤層綜采機械采煤技術中，螺旋鉆機也是常用的一種采煤機械，相比于滾筒式采煤機與刨煤機這兩種采煤技術，螺旋鉆機有著明顯的不同，開采人員在使用螺旋鉆機過程中并不需要安裝配套設備，只需利用螺旋鉆機即可獨立完成煤炭的開采、裝卸與運輸，而且可以在巷道中實現對螺旋鉆機的維修與養護。如果煤層的煤層厚度為0.4m至0.7m 時，便非常適合采用螺旋鉆機來進行采煤，其不僅具有良好的巷道支護，而且采煤作業非常安全，不需要對薄煤層進行回采，螺旋鉆機所需的操作人員也較少。

（四）斷層構造與沖擊礦壓

當工作面接近斷裂破碎帶時，由于頂板巖層被切斷，失去了傳遞力的作用，在工作面前方的頂板巖層將使得工作面和斷層間的煤柱所受壓應力高度集中，引起大范圍的頂板運動，常會產生較大強度的沖擊礦壓，釋放出較大能量。一般來說，斷層帶附近的沖擊礦壓主要來自頂板，因為頂板的連續性遭到斷層破壞，加速頂板下沉，進而導致頂板型沖擊礦壓。斷層傾向也影響頂板的穩定性，當斷層傾向采空區方向，回采工作面位于斷層的下盤時，斷層受采動的影響易于“活化”，頂板巖體易沿斷裂結構面發生滑移、回轉而破壞失穩，頂板結構難以平衡，礦壓顯現就比較嚴重。斷層附近存在殘余構造應力，開采過程中和超前支承壓力疊加，也會造成斷層附近煤體局部應力高度集中，易發生沖擊礦壓危險。這就需要對斷層構造準確預測，對沖擊礦壓有影響的斷層構造要重點對待，合理治理和及時的監測，是保障煤礦免受沖擊礦壓的威脅和煤礦經濟不受損失的重要措施。

三、結語

礦井水、瓦斯、沖擊礦壓等是威脅礦井安全生產的主要因素，直接影響礦井的開拓與煤層開采。斷層構造在地殼中分布十分廣泛，規模大小不一，形態、種類繁多。它們的存在對煤層的保存和破壞是一種影響重大的因素，容易導致巖層錯動、不連續，對煤礦的生產和安全管理都帶來了很多難度。因此，本文對斷層構造進行分析研究，分析斷層構造與影響煤礦安全生產的關鍵因素的關系，介紹了斷層識別標志以及幾種經濟、高效、可靠的斷層預測方法和有效的斷層構造處理方式，對保障煤炭高效生產、煤礦成本的節約、煤礦安全管理都有十分重要的現實意義。