蔡 波

（西山煤電安全監(jiān)督檢查中心，山西 太原 030053）

引言

在近些年，煤炭行業(yè)作為國內(nèi)的龍頭企業(yè)，在發(fā)展的同時也帶動了整個社會的發(fā)展進步，成為了眾多行業(yè)領(lǐng)域不可或缺的一部分。目前隨著煤炭出采的越來越多，以及眾多私有企業(yè)煤礦的相應(yīng)關(guān)閉，我國煤炭行業(yè)面臨的問題是煤炭資源的利用率越來越少，煤炭的采出率也越來越低。社會的發(fā)展迫切需要更多的煤炭來支持，所以為了增加煤炭的采出率，我們就需要解決眾多影響煤礦生產(chǎn)方面的問題，其中主要是關(guān)于地質(zhì)構(gòu)造方面的問題，在地質(zhì)構(gòu)造方面具有代表性的當(dāng)屬斷層[1]。因此，我們主要需要解決的就是如何高效率的開采斷層構(gòu)造多的煤礦。就斷層與煤礦生產(chǎn)的關(guān)系，我們展開了本文的研究。

1 斷層成因及判別依據(jù)

幾千萬年前，地表植被埋入地層中形成含煤系地層，在煤系地層沉降形成煤的過程中，地殼是不斷運動的，煤系地層就會由于地殼運動產(chǎn)生的地應(yīng)力而發(fā)生拉伸或者擠壓。當(dāng)巖層發(fā)生錯斷的時候，就形成了斷層，如圖1 所示。另一種情況，如果地應(yīng)力的強度大小不足以將地表巖層產(chǎn)生斷裂結(jié)構(gòu)，那么煤巖層就會發(fā)生應(yīng)力彎曲，從而產(chǎn)生一種叫撓曲的地質(zhì)構(gòu)造，當(dāng)應(yīng)力的強度非常小，小到使煤巖層只出現(xiàn)了裂隙，就會產(chǎn)生另一種地質(zhì)構(gòu)造—節(jié)理。根據(jù)斷層、撓曲以及節(jié)理三種地質(zhì)構(gòu)造的成因，我們可以總結(jié)出這三種地質(zhì)構(gòu)造總是相伴而生，一起出現(xiàn)。但是關(guān)于對煤礦生產(chǎn)的影響，斷層結(jié)構(gòu)和撓曲結(jié)構(gòu)對回采工作面的影響效果是一樣的，都嚴(yán)重阻礙了工作面的推進效率，反而節(jié)理的影響對比前兩者相對較小。

圖1 斷層示意圖

煤礦的斷層一般都有其存在的依據(jù)，我們可以通過斷層的總標(biāo)志，來判別該地理位置是否存在斷層，包括以下幾點：首先，說明斷層存在的最基本的標(biāo)志就是含煤巖層的不連續(xù)。如果在井下發(fā)現(xiàn)煤層或巖層從連續(xù)變得突然中斷或者相互交錯，就可以判斷出該處一定存在斷層。其次，地質(zhì)的構(gòu)造不連續(xù)同樣可以說明該處存在斷層。構(gòu)造不連續(xù)即斷層軸線在其發(fā)展方向發(fā)生突然的中斷或者兩端斷開。然后，在野外或者井下如果出現(xiàn)了含煤巖層某一段的重復(fù)或者缺失同樣是斷層存在的依據(jù)，根據(jù)斷層與巖層的傾角不同，會出現(xiàn)上述重復(fù)或者缺失的情況。再者，斷層面具有很多特征，比如會存在一些擦痕。最后，破碎的巖石依然是斷層存在的標(biāo)志。斷層存在破碎帶，地殼在運動中，巖石會受到壓力的作用而破碎成大小不等的碎塊兒。

2 斷層對煤礦生產(chǎn)的影響工程實例

2.1 煤礦地質(zhì)概況

以山西某井田為研究對象，該井田位于整片煤田的正中央，井田的大小為92 km2左右，主要的含煤地層為山西組和太原組，井田內(nèi)主要的可采煤層有5 層，目前正在開采3#煤層。井田的煤層傾角為8°，該煤層屬于近水平煤層，煤層呈現(xiàn)南北走向。該井田的地質(zhì)構(gòu)造主要是褶曲，褶曲的軸向主要是沿東北方向，少部分為西北方向。井田的西部邊界主要受到斷層的控制，斷層的走向呈SSW 發(fā)育。井田內(nèi)的大斷層大都是向東傾斜，自西向東呈階梯狀下降的趨勢，除去大斷層外，井田內(nèi)還存在著許多落差比較小的斷層帶。斷層F1 屬于該井田內(nèi)最大的斷層，其落差達到了700 m。斷層F2 存在于井田的中央位置，其走向呈SSE，穿過了整個井田[2]，落差為250 m。斷層F3 呈東北走向，該斷層位于井田的東北部，其落差也達到了160 m。以上三條斷層就是該井田的主要斷層，它們的存在嚴(yán)重影響了煤礦的生產(chǎn)。

2.2 斷層對煤礦生產(chǎn)的影響

由于斷層的存在，使得上壁煤層埋深變淺，斷層錯動也能釋放煤層中的瓦斯氣體。這種斷層構(gòu)造對整個煤層開采過程有積極影響，有助于煤層的開采。但斷層的存在終究會破壞煤層的完整性和連續(xù)性，這在工作面的回采階段是很不利的。斷層的大小不同，對煤礦生產(chǎn)產(chǎn)生的影響也不盡相同。在我國，劃分?jǐn)鄬拥臉?biāo)準(zhǔn)也不盡相同，根據(jù)斷層的落差可以進行以下劃分：斷層的落差如果在50 m 以上，我們可以稱作為特大型斷層；落差如果在20 m～50 m 之間，我們可以稱作為大型斷層；如果落差在5 m～20 m 之間，我們可以稱作是中型斷層；落差在5 m 以下則被叫作小型斷層。

本井田內(nèi)，由于三條特大型斷層的存在，對煤礦的生產(chǎn)有很大影響。在回采工作面過斷層時，設(shè)備過斷層的能力都比較弱，也就使得工作面在遇到斷層時一定要提前剎刀，剎刀的角度一般在10°以下。工作面的平均推進長度不過30 m，在整個煤層開采的過程中，工作面從回采到停采，幾乎每一天都會遇到或多或少的斷層，最嚴(yán)重的時候，在回采過程中會遇到5 條斷層，造成了設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p害。據(jù)統(tǒng)計，整個工作面在回采時，工作面的月推進距離也只有60 m，斷層的存在已經(jīng)嚴(yán)重的阻礙了該井田的煤礦生產(chǎn)工作進程，為工作面過斷層示意圖，如圖2 所示。

圖2 工作面過斷層示意圖

3 斷層的處理方案分析

從上述案例中可以看出斷層對煤礦生產(chǎn)的影響還是很大的，所以要綜合考慮地質(zhì)構(gòu)造因素與經(jīng)濟因素來選擇合理的開采方法。若在開鑿巷道的過程中遇到了斷層結(jié)構(gòu)，要根據(jù)煤礦的生產(chǎn)要求合情合理處置斷層。如果在工作面的開采過程中遇到了斷層，對于落差比較小的斷層，工作面可以強行通過[3]。然而對于那些向本案例中落差很大的斷層，已經(jīng)嚴(yán)重的影響了煤礦的生產(chǎn)進度，則需要重新布置開切眼，將工作面移至新布置的開切眼處繼續(xù)采礦工作。在安排綜采工作面時，要注意檢查工作面周圍是否有斷層的存在，如果斷層落差較小，則可以采用爆破技術(shù)來過斷層，如果斷層比較大，采用爆破技術(shù)不能奏效時，我們需要將工作面進行搬家。

3.1 直接割煤法

如果遇到斷層的落差在一半兒煤厚以下，割完煤層時整個橫截面都是煤，那么綜采設(shè)備就能夠完全通過，綜采工作面可以直接通過斷層進行采煤。在綜采工作面過斷層之前，要制定周全的安全措施，在割煤時，為了控制工作面推進的速度同時又防止割煤機割到巖石上，施工人員要及時調(diào)整好煤溜的坡度。在割底煤時，為了防止頂板冒落，一定要安排好頂板的頂板的管理相關(guān)工作。

3.2 割頂?shù)装宸?/h3>

如果遇到斷層的落差超過了一半兒的煤厚，回采部分顯示割到了頂?shù)装宓那闆r，煤層的頂?shù)装逶诔练e過程中，都是由泥巖或者砂質(zhì)泥巖組成的，這種巖石顧名思義就是具有硬度小的特點，割煤機在回采過程中可以進行一個割頂板或者割底板的方式來完成工作面通過斷層的一個過程。

就本文所研究的井田而言，查明井下的地質(zhì)構(gòu)造同樣是一項必要的工程，該井田長期受到地質(zhì)作用的影響，分布著大大小小的很多斷層，在開采之前也要做好物探工作。國內(nèi)的物探手段有很多種，比如瞬變電磁法、三維地震技術(shù)以及坑透技術(shù)。采用三維地震技術(shù)能夠大致摸清哪些斷層會影響工作面的布置；采用坑透技術(shù)能很好的查出哪些小型斷層存在于工作面內(nèi)。合理采用現(xiàn)有的物探技術(shù)以及處理斷層的方法，調(diào)整斷層與煤礦生產(chǎn)之間的關(guān)系。

4 結(jié)語

在煤礦工作的施工人員一定要重視煤礦的生產(chǎn)及安全的工作，關(guān)乎人身安全以及財產(chǎn)安全，提前做好勘探工作并第一時間摸清地質(zhì)構(gòu)造。由于地殼的運動，斷層在煤礦的分布范圍還是很廣泛的，由于斷層的存在，斷層的連續(xù)性遭到了破壞，給工作面過斷層增加了困難，阻礙了煤礦的生產(chǎn)。因此，一定要對井下的各個斷層都有所了解，分析這些斷層會對煤礦的開采有什么影響，做出合理的斷層處理措施，才能將斷層對煤礦的安全生產(chǎn)影響程度降到最低。