薛俊升

摘 要：在煤炭形成的漫長(zhǎng)地質(zhì)時(shí)期，煤層受到沉積作用、煤化作用和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等影響，在煤體內(nèi)部產(chǎn)生大量的裂隙、孔隙、褶皺和斷層等構(gòu)造類型。煤層的自燃主要經(jīng)過(guò)氧化放熱、蓄熱散熱和蔓延擴(kuò)展等環(huán)節(jié)，裂隙、孔隙、褶皺和斷層通過(guò)影響各個(gè)環(huán)節(jié)的發(fā)展，從而影響煤層的自燃。構(gòu)造應(yīng)力是控制礦區(qū)采動(dòng)損害的一個(gè)不容忽視的因素。

關(guān)鍵詞：煤礦;地質(zhì)構(gòu)造;安全生產(chǎn)

在煤礦生產(chǎn)活動(dòng)中，保障安全是基礎(chǔ)。對(duì)于煤礦地質(zhì)構(gòu)造的研究和監(jiān)控非常有必要。這樣做可以積極的預(yù)防事故的發(fā)生。通過(guò)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造的研究，可以對(duì)煤與瓦斯突出影響、對(duì)煤層自燃、對(duì)礦區(qū)采動(dòng)損害作定量化分析。積極采取相應(yīng)措施，保證煤礦生產(chǎn)的安全。

1 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤與瓦斯突出的影響

1.1 褶皺對(duì)煤與瓦斯突出的影響

背斜傾伏端：在背斜傾伏端，煤層埋深增加，瓦斯在煤層中更加容易保存;褶皺作用發(fā)生時(shí)，背斜傾伏端巖層經(jīng)過(guò)劇烈的層間錯(cuò)動(dòng)，甚至伴隨著順傾伏方向的逆斷層，導(dǎo)致煤變得十分破碎，軟分層發(fā)育。所以，背斜傾伏端發(fā)生煤與瓦斯突出的可能性極大。

向斜軸部：在向斜軸部，壓性和壓扭性節(jié)理處于主導(dǎo)地位，導(dǎo)致圍巖封閉瓦斯的能力明顯增強(qiáng);經(jīng)過(guò)褶皺作用，巖層發(fā)生劇烈的層間錯(cuò)動(dòng)，使得煤層產(chǎn)生塑性變形，褶皺軸部加厚，軟分層厚度和分布范圍都很大。所以，向斜軸部發(fā)生煤與瓦斯突出的可能性很大。背斜軸部：在背斜軸部，張性節(jié)理處于主導(dǎo)地位，并且埋深相對(duì)較淺，導(dǎo)致圍巖封閉瓦斯的能力明顯減弱，煤層中瓦斯不易保存下來(lái);背斜軸部圍巖處于拉張狀態(tài)，巖層相對(duì)錯(cuò)動(dòng)不劇烈，形成的軟分層厚度和分布范圍一般很小。所以，背斜軸部發(fā)生煤與瓦斯突出的可能性相對(duì)較小。

1.2 斷層作用對(duì)煤與瓦斯突出的影響

壓性斷層：壓性斷層導(dǎo)致圍巖結(jié)構(gòu)致密，透氣性比較差，瓦斯沿?cái)鄬尤魏畏较虻倪\(yùn)移都比較困難，對(duì)煤層中的瓦斯保存最為有利;壓性斷層兩盤(pán)發(fā)生劇烈的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，同時(shí)周?chē)簩影l(fā)生劇烈的層間錯(cuò)動(dòng)，導(dǎo)致壓性斷層控制形成的軟分層厚度大，分布范圍廣，強(qiáng)度大。所以，在壓性斷層附近，發(fā)生煤與瓦斯突出的可能性極大。例如：2004年10月20日，鄭州煤電公司大平煤礦特大煤與瓦斯突出，21軌道下山巖石掘進(jìn)工作面遇到強(qiáng)烈的擠壓性逆斷層，落差高達(dá)10m，斷層下盤(pán)煤層下滑，掘進(jìn)工作面距離煤層較近，斷層破碎帶是泥質(zhì)巖層，堅(jiān)固性差，從而導(dǎo)致了特大煤與瓦斯突出事故的發(fā)生。

張性斷層：張性斷層導(dǎo)致圍巖結(jié)構(gòu)疏松，透氣性比較好，瓦斯沿?cái)鄬尤魏畏较虻倪\(yùn)移都比較容易，不利于煤層中的瓦斯保存;張性斷層兩盤(pán)發(fā)生微弱的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，同時(shí)周?chē)簩影l(fā)生輕微的層間錯(cuò)動(dòng)，導(dǎo)致壓性斷層控制形成的軟分層厚度小，分布范圍小，強(qiáng)度小。

2 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤層自燃的影響

2.1 褶皺對(duì)煤層自燃的影響

褶皺通過(guò)控制煤層氧化釋放出的熱量的運(yùn)移方向和聚集狀況來(lái)影響煤層的自燃。在背斜位置，煤層低溫氧化釋放出的熱量就會(huì)運(yùn)移到背斜的核部，如果核部的煤層頂板是滲透性較差的泥巖、頁(yè)巖，那么核部處就會(huì)集聚大量的熱量，從而使煤體溫度升高，繼而發(fā)生自燃。在向斜位置，煤層中集聚的熱量向上擴(kuò)散，一般不會(huì)在核部周?chē)l(fā)生自燃。另外，倒轉(zhuǎn)褶皺可以使煤層厚度變大，有利于熱量的集聚，并且增加了燃燒物質(zhì)的數(shù)量，容易誘發(fā)大規(guī)模的煤層自燃。

2.2 斷層對(duì)煤層自燃的影響

在沒(méi)有受到采動(dòng)影響的煤層中，斷層的數(shù)量、規(guī)模、性質(zhì)和走向?qū)γ簩油夤┭跤绊懞艽?，直接影響到煤層的自燃。煤層自燃后，火焰蔓延的方向受斷層的性質(zhì)和斷距大小的影響。在正斷層位置，煤層被斷開(kāi)，阻止了火焰向煤層深部蔓延。當(dāng)火焰蔓延到正斷層處時(shí)，由于煤層已經(jīng)被斷層切斷，火焰在此結(jié)束蔓延趨勢(shì)。當(dāng)正斷層完全切斷煤層時(shí)，斷層位置成為天然的防火墻。在逆斷層附近，一旦斷距較小，就會(huì)使煤層發(fā)生重復(fù)，煤層厚度增大，而厚度又是煤層自燃的一個(gè)必不可少的條件，所以煤層自燃會(huì)在逆斷層處發(fā)展和蔓延。當(dāng)有多個(gè)煤層且間距較小時(shí)，斷層的存在則會(huì)引起不同煤層之間的煤火相互貫通，燃燒煤層可導(dǎo)致不同層的煤燃燒。

2.3 裂隙對(duì)煤層自燃的影響

煤層中的裂隙主要是內(nèi)生裂隙和外生裂隙。內(nèi)生裂隙：煤層在煤化作用過(guò)程中因成煤物質(zhì)結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等的變化而產(chǎn)生的裂隙，一般面平且直，一般不切入到其它煤層中。外生裂隙：煤層形成后，由于區(qū)域構(gòu)造變動(dòng)而在煤層中發(fā)育的裂縫。通常成組出現(xiàn)，方向性明顯，裂隙面較平直，延伸遠(yuǎn)，可切入其它煤層，甚至煤的頂?shù)装鍘r層。裂隙影響煤層的供氧條件，它們的存在可以增大煤氧接觸面積，從而導(dǎo)致煤層自燃初期的低溫氧化階段順利進(jìn)行。

2.4 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(kāi)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。

煤礦區(qū)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，不同的地質(zhì)構(gòu)造其巖石組成成分、硬度、強(qiáng)度都有很大的差異，因此，引發(fā)采煤沉陷的幾率也有所區(qū)別。

針對(duì)這一主要原因，在煤礦區(qū)設(shè)立時(shí)就要可采取如下措施：1、煤炭礦區(qū)管理人員和技術(shù)人員要對(duì)礦區(qū)實(shí)地情況進(jìn)行系統(tǒng)、科學(xué)的研究與勘查;2、逐步制定一套或多套詳盡、合理、科學(xué)的煤炭開(kāi)采計(jì)劃和開(kāi)采組織形式;3、在煤炭開(kāi)采中一定要盡量避開(kāi)較易發(fā)生采煤沉陷的地區(qū)。

3 構(gòu)造應(yīng)力對(duì)礦區(qū)采動(dòng)損害的影響

礦區(qū)采動(dòng)損害，是因煤炭井工開(kāi)采對(duì)覆巖和地表地質(zhì)環(huán)境造成的損害。從構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，礦區(qū)采動(dòng)損害是在地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力作用、巖體本身重力以及地下開(kāi)采活動(dòng)聯(lián)合影響下發(fā)生的主采煤層上覆巖、土體的一種特殊的表生構(gòu)造現(xiàn)象。對(duì)于一個(gè)具體的煤礦區(qū)來(lái)說(shuō)，要么處于擠壓構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)，要么處于拉張構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。擠壓與拉張是煤礦區(qū)常見(jiàn)的兩種最基本的構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)。由于構(gòu)造應(yīng)力的作用，可以改變采動(dòng)影響下的巖層移動(dòng)方向和移動(dòng)量的大小，同時(shí)也影響井下巷道的變形破壞模式。如果煤礦區(qū)處于擠壓構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)中，在煤層未開(kāi)采之前，側(cè)向擠壓應(yīng)力早已存在，它使煤層覆巖有向上彎曲的趨勢(shì);在煤層被采出后，覆巖重力首先克服側(cè)向力造成的向上的彎矩，剩余的垂向力才引起煤層頂板向下彎曲變形。

4 提高煤炭礦井開(kāi)采的利用率，回收率

隨著開(kāi)采水平的延深，煤層產(chǎn)狀及地質(zhì)構(gòu)造發(fā)生了很大的變化，地質(zhì)構(gòu)造非常復(fù)雜，所以對(duì)煤的有效開(kāi)采與回收也變得困難起來(lái)，如何提高煤炭礦井開(kāi)采的利用率，回收率，提高經(jīng)濟(jì)效益是我們當(dāng)前礦業(yè)工作的一個(gè)重要挑戰(zhàn)，面對(duì)這一挑戰(zhàn)，我們提出了以下應(yīng)對(duì)辦法：1、進(jìn)行補(bǔ)充礦井地質(zhì)勘探、巷探，調(diào)查研究煤系地層中伴生礦產(chǎn)的儲(chǔ)存情況和能利用價(jià)值;2、計(jì)算和核實(shí)礦井儲(chǔ)量，掌握儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)，提高儲(chǔ)量級(jí)別，設(shè)法擴(kuò)大礦井儲(chǔ)量，及時(shí)提出合理開(kāi)采和利用煤炭資源的意見(jiàn);3、研究地質(zhì)構(gòu)造、煤層和煤質(zhì)的變化規(guī)律;4、長(zhǎng)期堅(jiān)持井下現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)收集掌握第一手資料。對(duì)煤系地層觀測(cè)時(shí)，對(duì)一切穿過(guò)煤系地層的井巷均應(yīng)逐層觀測(cè)其巖性特征和厚度，對(duì)煤層、標(biāo)志層和煤層頂?shù)装逍枳鲋攸c(diǎn)觀測(cè)。對(duì)煤層觀測(cè)時(shí)不論是否可采，都必須進(jìn)行觀測(cè)和描述。嚴(yán)格按照以上應(yīng)對(duì)辦法才能有效的判斷出斷層的構(gòu)造形態(tài)及分布規(guī)律和發(fā)展方向，減少煤炭資源的丟失，提高煤炭的回收率。

結(jié)論

在煤礦的開(kāi)采活動(dòng)中，探明地質(zhì)構(gòu)造的類型和規(guī)模是保障安全生產(chǎn)的第一步。時(shí)刻注意地質(zhì)構(gòu)造的變化，預(yù)防煤礦重大事故的發(fā)生。關(guān)于地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的研究，今后將主要集中在以下幾個(gè)方面：地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤與瓦斯突出影響的定量化分析;地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤層自燃的定量化分析;地質(zhì)構(gòu)造對(duì)礦區(qū)采動(dòng)損害的定量化分析。

參考文獻(xiàn)

[1]尉茂河。煤層自燃的內(nèi)外因分析及其預(yù)防對(duì)策。煤礦安全，2011.

[2]周世寧，何學(xué)秋。煤和瓦斯突出機(jī)理的流變假。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014.

[3]華星。煤型氣地質(zhì)綜合研究思路與方法。地質(zhì)出版社，2016.