煤礦地質構造分析在煤礦安全生產中的應用

王 磊

（平頂山天安煤業股份有限公司安全監管處，河南 平頂山 467000）

煤礦開采過程中，地質構造的分析和研究，對煤礦的安全生產有著重要影響。首先，地質構造的分析可以預測煤層的賦存條件和開采過程中可能出現的危險，斷層、褶皺、裂隙等地質構造對煤礦的開采具有一定的影響，需要分析斷層性質及性質變化對煤層賦存條件和開采過程中可能出現的危險。其次，地質構造能夠預測煤礦開采過程中可能遇到的瓦斯、煤塵等有害氣體，同時對采空區進行預測。再次，地質構造分析能夠預測煤層賦存條件和開采過程中可能出現的危險，從而對煤礦安全生產工作進行指導，采取相應措施確保煤礦安全生產。最后，通過分析可以預測煤礦開采過程中可能出現的自然災害和地質災害。

1 煤礦地質構造對煤礦安全生產的影響

地質結構對煤層中氣體賦存狀態及松散層位的形成起到了重要作用，從而對突出形成起到了重要作用。煤層在長期的發育過程中，受到沉積、煤化及構造活動的共同作用，會在煤層中發育出許多不同的結構，如裂隙、孔隙、褶皺及斷裂等。煤層的自然發火過程中，氧化放熱、蓄熱放熱和擴散是其關鍵過程，其中裂隙、孔隙、褶皺及斷裂等對各過程的發育起著重要作用，進而對煤層自然發火過程產生影響。在煤層開采過程中，構造應力場是影響煤層開采破壞的重要因素[1]。

1.1 裂隙對煤層自燃的影響

1.內生裂縫：在煤化過程中，由于煤的物質結構和構造等發生改變而形成的裂縫，通常具有平坦筆直的表面，且不會切入其他的煤層。

2.外生裂隙：指在成煤以后，因受地區地質運動影響而產生的一種斷裂形式。多呈群狀分布，具有一定的方向性，斷裂平面相對平坦，伸展距離很長，可以切入其他煤層，乃至頂部和底部。

裂縫對煤體供氧有重要作用，裂縫的出現會增加煤體與氧氣的接觸，使煤體在燃燒早期處于較低溫度下的氧化狀態。

1.2 孔隙對煤層自燃的影響

1.原生孔：在煤的沉積期，由沉積物中的粒間孔和不同植被中的細胞空洞構成的原生孔。

2.次生孔：由煤系地層中原始礦物晶體溶解所產生的孔，由淋濾、溶解等所產生的粒間孔和由瓦斯等氣體逸出所產生的孔等，構成了煤系地層中的次生孔。

通常情況下，當煤層中存在較多的孔隙時，有利于氧的滲入和較大的煤層與氧的接觸區域，從而使煤層更易于發生氧化和燃燒。由于孔隙在煤化過程中會逐漸減小，在高階煤中，其原始孔隙幾乎完全沒有，因此，由于劣質煤具有更大的孔隙度，其自然發火的可能性更大，其原因在于大的孔隙度有利于氧的富集，增加了與煤氧接觸的面積[2]。

1.3 褶皺對煤層自燃的影響

在煤層背斜部位，因低溫氧化而產生的熱能將被輸送至其核心部位，若其頂部為弱滲透的泥巖或頁巖，則可在核心部位聚集大量熱能，引起煤層升溫，進而引發自燃現象。在向斜位置，積累的熱能上升，通常不會在核心附近產生自燃。此外，逆向褶皺會增大煤的厚度，促進熱聚集，同時也會增大可燃物含量，極易引發大面積煤層自燃。

1.4 斷層對煤層自燃的影響

對于未受開采作用的煤層，斷層的數目、規模、性質及走向等都會對煤層的通風和氧氣供應產生重要的作用，進而對煤層的自燃產生重要影響。在自燃后，斷裂的屬性及斷裂距離都會影響到火勢的傳播方向。在正斷部位，由于煤系地層的斷裂，使得火不能深入到煤系地層深處。大火到達正斷層后，因其已被斷裂截斷，大火停止了蔓延。由于該斷裂將整個煤層切割開來，斷裂部位就形成了一道自然的阻隔墻。在逆斷裂周圍，當斷裂距離變短時，由于煤與煤之間的相互作用，導致了煤與煤的互覆，同時由于煤的厚度是影響煤的自然發火的重要因素，因此，在逆斷裂上，煤與火之間存在著一定的聯系。對于多個煤層間隙較小時，由于斷裂的存在，使各煤層間的煤火互相穿插，從而使各煤層的煤火發生變化。此外，因斷裂的出現，導致采動方式的選取需要采用各種穿越斷裂的手段，極大地阻礙了采動及巷道的推進，為殘留煤體的自燃提供了機會，增加了自燃的可能性[3]。

綜上所述，在自燃過程中，地質結構對自燃具有重要的作用。裂隙、孔隙、褶皺及斷裂的數量及尺度對煤層供氧有重要影響，并能增加煤體與氧氣的接觸面積，使煤體在自燃早期的低溫氧化期更順暢。在煤層中，斷裂與裂縫也是煤層燃燒時產生的物質與能量釋放的途徑；斷裂特征對煤火能否進一步深入煤層深處起著決定性作用；在背斜核心部位，若存在封閉程度較高但導熱性較弱的煤層，則該部位將成為煤層蓄熱升溫的理想區域，同時也極易發生自燃。

2 構造應力對礦區采動損害的影響

煤礦采動災變是指煤礦井下采礦引起的覆蓋巖層及地面地質環境破壞。在煤炭資源豐富的地區，擠壓和拉伸是兩種最主要的地質應力場。在開采過程中，受地質壓力的影響，煤層在開采過程中會發生位移的變化，進而對煤巷的變形與破壞方式產生一定的影響。若礦區處在一個擠出型應力場中，則在煤層尚未開發時就已經產生了橫向擠出作用，造成了覆蓋煤體的上傾；當煤被開采出來時，主要是由覆巖體的自重來抵消由橫向作用力所產生的上彎矩，而殘余的垂直作用力則是導致頂板下屈的主要原因。另一方面，通過橫向擠壓作用，提高了巖體圍壓力，降低了覆巖的破壞程度。

另外，因為巖體的拉伸強度是最小的，當受到拉伸的壓力時，極易形成張節理，從而導致巖體的連通性被打破，導致巖體的粘結力喪失；通過對巖石的拉伸，可以消除由于巖石自身自重引起的部分橫向相關應力，使得巖石所受的橫向剪切力變小，或完全不存在，巖石在自重效應下易于發生塌陷，即便張應力不能造成巖石破裂，也可能引起巖石圍壓力的降低，進而引起巖石的力學性能退化。要對煤礦區進行合理的采礦，就需要控制開發作業的“度”，使其在一定程度上不超過自然生態所能承載的限度[4]。

3 煤礦地質構造分析在煤礦安全生產中的具體應用

3.1 在開采過程中對地質構造的影響進行分析，找出問題所在

在對煤礦開采過程進行分析的過程中，需要對地質構造的影響進行有效的分析，并且還要了解在開采過程中地質構造的變化狀況，并找出地質構造變化所產生的問題，進而找到問題的根源所在。比如，在開采過程中由于地質構造不合理造成斷層問題時，就需要對斷層問題進行及時處理，并且還要根據斷層位置及形態，對其可能發生的災害進行預測，從而采取有效措施對其進行避免。并且在開采過程中還需要了解和掌握煤層的埋藏深度、煤層傾角、煤厚變化等情況，并針對這些情況對生產過程中所遇到的地質災害進行預測和預防，從而使生產活動能夠順利開展。

3.2 對地質構造進行詳細分析，找出構造的規律和特點

地質構造的規律和特點可以為煤礦安全生產提供相應的指導，在對地質構造進行分析時，首先要對影響煤礦安全生產的地質因素進行分析，如斷層、褶皺、巖層傾角等，找出影響因素，為煤礦安全生產提供指導。

1.斷層：斷層是一種常見的地質現象，其具體表現形式是兩組斷層間出現了一個小的缺口，即“斷口”，寬度在幾米到十幾米之間，并且不穩定。

2.褶皺：在煤礦開采過程中，經常會發生褶皺現象，褶皺一般表現為向斜或者逆時針旋轉。

3.巖層傾角是影響煤礦安全生產的一個重要因素，一般情況下在傾角為30 度左右時比較適合煤礦開采。

3.3 進行地質構造分析，能夠提升開采效率

煤礦開采工作，由于開采區域地質構造復雜，而受多種因素的影響，造成了煤礦開采工作的不安全因素，增加了開采難度。如果在實際的煤礦開采過程中，相關工作人員能夠對煤礦地質構造進行深入的分析，并結合具體的情況，制定出相應的處理措施，就能夠有效地降低煤礦開采過程中存在的不安全因素。例如：在某礦井進行生產時，可以采用地質構造分析法，對礦井內部存在的地質構造進行深入分析，根據具體的情況制定出相應的處理措施。當礦井內部存在較多的斷層時，相關工作人員可以在開采之前，先對斷層進行探查，了解斷層之間的關系以及斷層對煤礦開采工作帶來的影響，從而提升開采效率[5]。

3.4 利用地質構造分析，可以指導煤礦安全生產

煤礦在開采的過程中，往往會出現很多的問題，這些問題如果得不到及時有效的解決，就會影響到煤礦開采的正常進行。而地質構造分析則可以對煤礦開采過程中可能出現的問題進行提前預知，一旦發現問題及時處理，就能夠有效地提高煤礦生產的效率和安全性。對于地質構造復雜、容易出現瓦斯或煤塵爆炸現象的礦井來說，可以利用地質構造分析指導開采工作人員進行開采工作。在煤礦開采過程中，由于各種因素的影響，一些礦井會出現瓦斯或者煤塵爆炸現象。而利用地質構造分析，就可以提前預知這種情況出現的可能性和嚴重程度，然后再采取相應的措施來避免安全事故的發生。

4 在煤礦安全生產中加強煤礦地質構造分析的應用措施

4.1 加強地質勘探工作

在煤礦開采工作中，為了確保煤礦開采工作能夠順利進行，需要在實際開采過程中，對地質情況進行科學、合理的分析，并對地質情況進行勘探，從而有效獲取到各種有關煤礦生產的資料信息，為煤礦開采工作提供可靠、準確的基礎資料信息。在煤礦開采工作開展前，需要對地質勘探工作進行全面、科學的分析，進而獲取到詳細、準確的地質資料信息。例如：在煤礦開采中，需要對地質勘探資料進行合理的分析與應用，通過分析來掌握地質構造變化規律和趨勢，從而為煤礦生產提供可靠、準確的基礎資料信息，進而為煤礦安全生產提供可靠保障。在施工前，要根據煤礦地質構造的情況，做好地質勘探工作，尤其是要對煤層的厚度、走向、傾角等方面進行詳細的勘察。在勘探工作完成后，要將地質勘探報告交給上級領導審核，確保數據準確、可靠。

4.2 強化生產管理工作

在進行煤礦安全生產中加強煤礦地質構造分析的應用時，首先要對煤礦生產管理工作進行強化，其主要包括以下幾個方面：

1.煤礦企業要結合自身實際情況，制定出具有針對性的安全生產管理制度，并將其納入安全生產責任制當中，并嚴格執行。

2.在實際生產中，煤礦企業要加大對地質構造分析工作的重視力度，確保工作人員能夠全面掌握煤礦地質構造的特點及規律。

3.煤礦企業要加強對專業人員的培訓力度，使其能夠更好地掌握相關技術技能。

4.在實際生產中，煤礦企業要加大對地質構造分析設備及技術的投入力度，從而提升地質構造分析工作的科學性及可靠性。

4.3 加大對煤礦地質構造的研究力度

在進行煤礦開采時，要加強對煤礦地質構造的研究力度，通過先進的技術手段來及時發現并解決地質構造中存在的問題，避免煤礦安全生產事故發生。而在具體的研究過程中，要對地質資料進行整理與分析。通過對地質資料的整理與分析，能夠了解到不同類型地質構造在不同時期所表現出的特征，例如斷層在早期表現為向下傾伏，而在晚期表現為向上傾斜。

4.4 提升工作人員專業水平

為了提升煤礦地質構造分析工作的質量，應強化工作人員的專業素質，只有具備較高專業素質的人員才能夠在進行煤礦地質構造分析時充分發揮出自身的專業能力，才能夠真正地從源頭上確保煤礦安全生產。針對這一問題，首先應加強對工作人員專業知識與技能的培訓力度，通過定期的培訓工作提升其對煤礦地質構造分析工作的重視程度，同時在培訓中還應該注重對相關內容的考核，確保每一個煤礦工作人員都能夠通過考核達到合格水平。其次，企業應建立完善的培訓制度與獎懲制度，在培訓結束后組織考核，確保工作人員都能夠真正掌握相關知識，并且在實際工作中能夠熟練運用[6]。

5 結語

通過以上分析可知，煤礦的地質構造對煤礦開采的安全生產具有較大的影響，為了保證煤礦開采的安全，必須對地質構造進行全面分析，并采取相應措施進行控制，盡量避免和減少煤礦開采過程中地質構造的影響，進而降低煤礦事故發生的概率，保障煤礦生產安全。