張亞文

(七臺河精煤集團(tuán)公司新建煤礦)

詳細(xì)可靠的地質(zhì)資料是煤礦采掘工作的依據(jù)，而巷道掘進(jìn)中的斷層識別不僅是獲取可靠地質(zhì)資料的基礎(chǔ)，還是礦井安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)工作，隨著煤礦開采深度不斷的延伸，地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，因而對斷層的識別與分析判斷直接影響礦井開采的真實(shí)可靠性，如果識別與分析判斷不準(zhǔn)確或不真實(shí)，會給礦井帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和安全事故。

七臺河精煤集團(tuán)公司新建煤礦，礦井內(nèi)已探明的大型斷層(垂直斷距?40 m)只有5條，但落差?5 m的斷層較多，對礦井巷道掘進(jìn)影響較大。隨著生產(chǎn)水平的延伸，礦井地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，掘進(jìn)過程中遇斷層幾率也越大，正確識別斷層類型，對保證該礦正常掘進(jìn)施工顯得尤其重要。由于地質(zhì)條件的復(fù)雜多樣性，運(yùn)用單一方法很難判斷斷層的特性，本文結(jié)合該礦掘進(jìn)，運(yùn)用多種方法，對在實(shí)際生產(chǎn)過程中斷層的識別與判斷進(jìn)行了綜合分析。

1 斷層描述

巷道內(nèi)發(fā)現(xiàn)煤巖層的特征(如：厚度、光澤、硬度、煤巖成分)發(fā)生變化等，通常預(yù)示著有斷層出現(xiàn)。

1) 斷層位置。通常是通過斷層附近的測量點(diǎn)或井巷開口點(diǎn)的位置來確定斷層面的具體位置。

2) 斷層面。主要描述斷層面的形態(tài)特征是張性狀，還是壓性狀，斷層面的受擠壓狀況。斷層面的產(chǎn)狀確定，在現(xiàn)場可直接用地質(zhì)羅盤測量斷層面的走向和傾向。

3) 斷層帶。主要描述斷層帶的寬度及變化情況，破碎帶充填物的巖性特征，碎裂塊狀的大小排列及膠結(jié)情況。

4) 斷層落差。斷層落差指的是斷層兩盤同一煤層之間的標(biāo)高差。如斷層的落差不大，可以用尺直接量斷層的落差。如斷層的落差大，通常是通過生產(chǎn)勘探法或作圖法分析斷層落差。

2 斷層判斷

確定斷層的性質(zhì)和落差是確定巷道掘進(jìn)方向首要的基礎(chǔ)工作，其斷層判斷方法可分為直接法和間接法。

2.1 直接法

通過總結(jié)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中確定斷層的性質(zhì)和判斷斷層落差的直接方法通常有以下幾種：

1) 煤巖層對比法。根據(jù)巷道揭露的斷層兩盤的煤巖層位巖性來確定斷層的性質(zhì)，尋找斷失的煤層。

2) 伴生派生構(gòu)造判斷法。斷層面附近常伴生派生一些小型及微型的次生構(gòu)造，在成因上與斷層有聯(lián)系，在分布上與斷層相伴，它們既可以作為斷層存在的標(biāo)志，也可以作為判斷斷層的性質(zhì)。

3) 標(biāo)志層對比法，所謂標(biāo)志層就是容易辨認(rèn)的特點(diǎn)，而且分布廣泛，層位較為穩(wěn)定的煤巖層。一般情況下，依據(jù)標(biāo)志就能解決煤層的對比問題，為找斷失的煤層提供了可靠的對比。

4) 煤層特征對比法。各個煤層的厚度、結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)具有不同的特征，可以利用厚度大小、夾石層數(shù)、出現(xiàn)的部位和形態(tài)或夾有特殊類型的煤作為對比，利用煤層本身特征，可以直接識別層位。

5) 煤巖層組合特征對比法。在礦區(qū)范圍內(nèi)，煤巖層組合特征比較明顯時(shí)，煤層與標(biāo)志層的組合關(guān)系進(jìn)行煤層對比，可利用層間距進(jìn)行煤層對比尋找對盤煤層。

6) 古生物化石層對比法。通過古生物化石的組合特征可確定煤層的層位，采用古生物化石層對比，也可以解決尋煤的基本問題。

7) 生產(chǎn)勘探法： a) 在斷層性質(zhì)已確定，而落差不能確定的時(shí)候，采用巷探。b) 在落差和性質(zhì)都不能確定的時(shí)候，在生產(chǎn)中又需要先查明斷層的性質(zhì)和落差才能確定巷道的掘進(jìn)方向時(shí)，采用鉆探。

2.2 間接法

結(jié)合其他學(xué)者的研究成果和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際生產(chǎn)中確定斷層的性質(zhì)及落差的間接方法有以下幾種：

1) 規(guī)律類推法。在小區(qū)域范圍內(nèi)，在同一構(gòu)造應(yīng)力作用下形成的成組派生小斷層的性質(zhì)與同生的主斷層的性質(zhì)相同。可以利用這些小斷層的性質(zhì)來預(yù)測主斷層的性質(zhì)。

2) 作圖分析法。當(dāng)遇到大斷層時(shí)，可充分利用各種礦圖，將新揭露的斷層位置點(diǎn)畫在圖上，根據(jù)斷層的產(chǎn)狀進(jìn)行上下左右的對比連接，推斷新斷層的性質(zhì)和落差及延伸長度。

3) 反射波法。依據(jù)波動理論，當(dāng)波在傳播過程中遇見斷層時(shí)，發(fā)生反射，其發(fā)射波的能量、頻率和相位均發(fā)生變化，利用這些變化特征可以判斷斷層類別。

4) 專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)是一個智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量的某個領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R與經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類專家的知識和解決問題的方法來處理該領(lǐng)域問題。

3 斷層處理

主要根據(jù)斷層和巷道掘進(jìn)方向、斷層的性質(zhì)、落差大小、巷道的用途、運(yùn)輸方式等綜合考慮處理斷層。一般采用改變巷道的掘進(jìn)方向或改變巷道的掘進(jìn)坡度方法處理斷層。

1) 改變巷道的掘進(jìn)方向。當(dāng)工作面的運(yùn)輸巷遇到落差大于3～5 m的斷層，如已掘的運(yùn)輸巷長度符合正常生產(chǎn)的工作面運(yùn)輸巷長度，可把斷層作為回采工作面的自然邊界處理，巷道不過斷層，退后一定距離沿煤層做切眼。如44采區(qū)的43運(yùn)輸巷(見圖1)掘進(jìn)100 m時(shí)，遇到垂直斷距為5 m的正斷層，由于斷層附近圍巖不穩(wěn)定，處于應(yīng)力集中區(qū)，還存在淋水現(xiàn)象， 43運(yùn)輸巷先不改變掘進(jìn)方向，而是直接過斷層，進(jìn)入到另一盤15 m后，再平行斷層走向掘石門，尋找缺失煤層。

圖1 4443運(yùn)輸巷過斷層示意圖

2) 改變巷道的掘進(jìn)坡度。當(dāng)上下山巷道遇斷層時(shí)，通常采用降低或加大巷道掘進(jìn)坡度過斷層，尋找另一盤煤層。落差比掘進(jìn)巷道高度低或相差較小的斷層，采用臥底和挑頂相結(jié)合的方法來降低和加大巷道坡度，如52探煤下山過斷層(見圖2)，42探煤上山過斷層(見圖3)。對落差較大的斷層，先掘石門過斷層，后再降低或加大巷道坡度進(jìn)入另一盤煤層，如4l探煤下山過H=15 m的大斷層，見圖4。

圖2 52探煤下山過斷層示意圖

通常斷層附近圍巖不穩(wěn)定，處于應(yīng)力集中區(qū)，無論采取那種方法過斷層，均需要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，加強(qiáng)巷道的支護(hù)。通常采取錨噴支護(hù)，同時(shí)在頂幫打錨索加強(qiáng)支護(hù)，對頂板破碎、圍巖壓力大的巷道，除采取前述一般措施外，還需采用全封閉U型棚進(jìn)行第二次支護(hù)。

圖3 42探煤上山過斷層示意圖

圖4 41探煤下山過斷層示意圖

4 結(jié) 論

由于地質(zhì)條件的復(fù)雜多樣性，運(yùn)用單一方法往往很難判斷斷層的特性，本文結(jié)合現(xiàn)場實(shí)踐，研究了斷層的識別，得到了以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1) 巷道中出現(xiàn)煤巖層層序重復(fù)，煤巖層缺失等現(xiàn)象；巷道中發(fā)現(xiàn)煤巖層錯位，煤巖層產(chǎn)狀發(fā)生激烈變化；巷道內(nèi)發(fā)現(xiàn)煤巖層的特征發(fā)生變化，通常預(yù)示著有斷層出現(xiàn)。

2) 識別斷層通常有直接法和間接法。直接法包括煤巖層對比、伴生派生構(gòu)造判斷、標(biāo)志層對比、煤層特征對比、煤巖層組合特征對比、古生物化石層對比、生產(chǎn)勘探等方法；間接法包括規(guī)律類推、作圖分析、反射波、專家系統(tǒng)等方法。為準(zhǔn)確識別斷層，在生產(chǎn)實(shí)踐中常采用前述幾種方法綜合進(jìn)行分析判斷，以便互相補(bǔ)充驗(yàn)證。

3) 綜合考慮斷層和巷道掘進(jìn)方向、斷層的性質(zhì)、落差大小、巷道的用途、運(yùn)輸方式等內(nèi)容，采用改變巷道的掘進(jìn)方向、掘進(jìn)坡度處理斷層，同時(shí)，巷道過斷層還需要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，加強(qiáng)巷道的支護(hù)。

[1] 王廣闊，張西軍.平移斷層性質(zhì)的正確判斷及在生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].煤礦現(xiàn)代化，2006(1)：18-19.

[2] 侯守道.煤礦掘進(jìn)工作面小斷層識別及處理[J].煤礦開采．2007，12(2)：19-20，38.

[3] 何東印.掘進(jìn)工作面遇小斷層的判斷和處理方法田[J].中州煤炭.2006，141(3)：45-46.

[4] 丁 寬.利用派生成組性質(zhì)相同的小斷裂判斷主斷層的性質(zhì)[J].雁北師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，22(5)：55-57.