斷層對煤炭開采的影響因素及處理方法

劉興全

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國東北、華東地區(qū)的煤炭資源日益枯竭，在當(dāng)下國家壓縮產(chǎn)能、煤炭行業(yè)大調(diào)整的背景下，煤炭企業(yè)不得不對斷層附近煤炭資源進(jìn)行開采，而回收斷層附近煤炭資源又面臨著多種重大的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，斷層附近煤炭資源的利用成為亟待解決的問題。斷層對于煤炭開采的影響既有積極作用又有消極影響，但是其構(gòu)造特征及產(chǎn)生機(jī)理又未能有確切揭示，斷層對煤炭資源開采的影響因素成為利用其附近煤炭資源的重中之重，文章就斷層對煤炭資源開采的影響因素及處理方法進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：采空區(qū)；采動沉陷；建（構(gòu)）筑物；治理

中圖分類號：F407.21 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）23-0089-02

我國是一個富煤少氣貧油的國家，中國能源消耗一直以煤炭資源為主，隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源消耗急劇增加，對于煤炭資源的依賴性越來越強(qiáng)，由于煤炭資源屬于不可再生資源，隨資源保有量的減少，煤炭行業(yè)形勢下滑，相當(dāng)多的煤炭企業(yè)迫切需要對斷層附近的煤炭資源進(jìn)行回收，而近斷層煤炭資源的開采又面臨著許多不安全因素，增加了開采的難度。

1 斷層

斷層是有一種由巖層沿破裂面滑動發(fā)生明顯位移的地質(zhì)構(gòu)造，由于地殼運(yùn)動，斷層在地殼中廣泛存在，是地殼中存在的重要構(gòu)造之一[1]。斷層作為一種斷裂構(gòu)造，切割地層并破壞了其連續(xù)性和完整性，形成了斷層破碎帶，使周圍地質(zhì)條件及巖層力學(xué)特征發(fā)生了較大的變化，并使其周圍空間應(yīng)力場、能量場等產(chǎn)生重新分布。斷層形成的形貌差異較大，規(guī)模不等，小的不足一米，大到數(shù)百、上千千米。對于斷層的形成的假說存在很多，一般現(xiàn)在比較認(rèn)可的假說是：斷層的形成是由于地殼在移動過程中產(chǎn)生了強(qiáng)大的壓、張力，使得原巖超過其本身的強(qiáng)度使得巖層斷裂、錯位而產(chǎn)生。巖層斷裂滑移的面稱斷層面。斷層從其運(yùn)動方式來分，一般認(rèn)為可分為兩種：正斷層、逆斷層。正斷層是斷層形成后，上盤相對下降，下盤相對上升的斷層，逆斷層是為上盤上升，下盤相對下降的斷層。正是由于斷層由復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造形成，其內(nèi)蘊(yùn)含有大量能量，在斷層附近施工時(shí)，工程擾動易引起斷層活化，從而使得工程擾動與斷層巖層相應(yīng)能量疊加誘發(fā)工程地質(zhì)災(zāi)害。

2 斷層對煤炭資源開采的影響因素

井田中斷層的出現(xiàn)機(jī)有其積極的作用又有其消極的影響，一方面斷層的存在使的上升盤的煤層埋深變淺，礦井開拓距離大大縮短，礦井前期投資、生產(chǎn)費(fèi)用等都大大減少，對于煤炭企業(yè)而言能夠快速回籠資金，進(jìn)行下一步開拓建設(shè)；對于某些特殊地質(zhì)而言，在其特定的條件下，煤層中瓦斯通過斷層產(chǎn)生的通道，沿破裂面釋放出來，在礦井生產(chǎn)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)更加安全的生產(chǎn)工作； 另一方面，斷層破壞了煤層的連續(xù)性和完整性，對煤礦在生產(chǎn)過程中提出了巨大的挑戰(zhàn)。

2.1 斷層影響井田及采區(qū)劃分

大斷層是井田劃分過程中的最主要依據(jù)之一，當(dāng)采礦工作擾動影響波及至大斷層時(shí)，極易誘發(fā)斷層的活化失穩(wěn)，導(dǎo)致斷層滑移，不僅破壞煤層位置分布，礦井地質(zhì)條件，并且易誘發(fā)沖擊地壓、突水潰砂等重大安全事故，對于礦井生產(chǎn)存在重大威脅。因此在劃分井田或采區(qū)時(shí)，通長考慮把大斷層作為邊界來進(jìn)行井田境界的劃分。斷層附近通常要留設(shè)大的保安煤柱以防止出現(xiàn)礦井安全事故，在留設(shè)煤柱時(shí)以斷層作為邊界的劃分把邊界保護(hù)煤柱與井田或采區(qū)邊界煤柱合二為一，能夠大大減少煤炭資源的損失。

2.2 斷層影響開拓系統(tǒng)布置

開拓巷道要長久的服務(wù)礦井，當(dāng)開拓巷道遇到斷層時(shí)，需要考慮斷層落差，合理布置巷道位置，若開拓巷道傾角過大使得皮帶機(jī)無法正常下延，開拓布置不能最優(yōu)化安排，增加了運(yùn)輸路線，影響礦井正常生產(chǎn)安排，增加礦井基建投資，使得礦井在通風(fēng)、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)不能夠穩(wěn)定持續(xù)進(jìn)行。

2.3 斷層影響巷道掘進(jìn)

當(dāng)掘進(jìn)至斷層附近時(shí)，需要對巷道位置重新進(jìn)行標(biāo)定，開掘巷道尋找另一盤中的煤層位置進(jìn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備，若定位不準(zhǔn)確易造成巖巷掘進(jìn)過長，找不到煤層，從而無法進(jìn)行下一步工作，或者不能找到煤層從而不能進(jìn)行工作面布置，這樣不僅延誤了工作計(jì)劃而且掘進(jìn)的巷道廢棄造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。

2.4 斷層影響煤炭資源回收

特大及大型斷層需要留設(shè)足夠大的保護(hù)煤柱以保證工作安全，舍棄了大量優(yōu)質(zhì)煤炭資源，對于日益減少的資源現(xiàn)狀，對于斷層附近煤柱的回收實(shí)踐研究工作勢在必行；斷層發(fā)育密集的地區(qū)由于煤層過于破碎，頂?shù)装鍘r層不完整，采煤時(shí)無法對頂?shù)装暹M(jìn)行有效支護(hù)，導(dǎo)致資源不可回收；此外對于薄煤層而言，遇到斷層后易停產(chǎn)，從而丟失大量煤炭資源。

2.5 斷層影響生產(chǎn)成本

斷層的存在使得煤炭儲量、井巷施工等收到很大影響，巷道的無效進(jìn)尺，運(yùn)輸、通風(fēng)路線的延長等都會增加礦井生產(chǎn)成本，煤炭資源的丟失、工作面停產(chǎn)等更會使煤礦增加生產(chǎn)成本。

2.6 斷層影響生產(chǎn)安全

當(dāng)采掘工作面過斷層時(shí)，由于斷層兩側(cè)受斷層作用而形成的斷裂破碎帶十分破碎，加之采掘工程擾動，極易出現(xiàn)冒頂、片幫的安全事故[2]；當(dāng)采掘工作擾動形成的裂縫導(dǎo)通上覆承壓水或者地表水時(shí)，極易使水順斷層滑移區(qū)突入礦井，惡化工作條件，更甚者形成突水事故；當(dāng)采掘工作擾動致使斷層處巖層失穩(wěn)，極易引起沖擊地壓與煤與瓦斯突出等安全事故。因此，在采掘工作接近斷層處應(yīng)隨時(shí)觀察周圍情況并制定相應(yīng)規(guī)程預(yù)防各種事故發(fā)生。

3 采掘過程中對斷層的處理方法

面對復(fù)雜的地質(zhì)開采條件，首先應(yīng)該強(qiáng)化技術(shù)及管理人員對地質(zhì)工作重要性的認(rèn)識，清楚并掌握復(fù)雜地質(zhì)條件的地質(zhì)構(gòu)造特征及辨別方式，提前做好地質(zhì)分析并對不同的地質(zhì)條件提出相應(yīng)的具體處理方案，并有針對性的學(xué)習(xí)掌握復(fù)雜地質(zhì)條件處理的基本手段，提高管理人員處理安全事故的應(yīng)急能力，在保證人員、財(cái)產(chǎn)安全的前提下合理安排采掘工作，有序地進(jìn)行采煤活動，對于處理斷層地質(zhì)條件的采掘工作時(shí)應(yīng)該在熟悉已有工作經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，采取有效合理的創(chuàng)新手段對煤炭資源合理回收，在保障工作計(jì)劃有序進(jìn)行的前提下，最大程度地開采煤炭。

3.1 掘進(jìn)過程中對斷層的處理

（1）掘進(jìn)平巷時(shí)[3]，可根據(jù)其具體地質(zhì)情況，在斷層落差較小時(shí)采取穿頂、穿底等方式直接通過斷層來進(jìn)行掘進(jìn)工作作業(yè)，如圖1（a）、（b）所示。

（2）在掘進(jìn)平巷時(shí)遇到落差較大的斷層，直接穿過斷層不能保證安全生產(chǎn)時(shí)，可采用順斷層面掘進(jìn)穿過斷層進(jìn)行掘進(jìn)工作，如圖1（c）所示。

（3）掘進(jìn)斜巷時(shí)，可根據(jù)生產(chǎn)要求采用靈活的方式進(jìn)行掘進(jìn)作用。當(dāng)斷層較小時(shí)，可直接采區(qū)挑頂、臥底的方式橫穿斷層，如圖1（d）、（e）所示。

（4）當(dāng)斜巷掘進(jìn)遇斷層較大時(shí)，直接過斷層不能保證安全生產(chǎn)，可采用石門、立眼等技術(shù)手段穿過斷層進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)，如圖1（f）、（g）所示。

3.2 回采過程中對斷層的處理

（1）當(dāng)回采過程中遇到斷層落差較小，可直接采取強(qiáng)行穿過斷層的方式進(jìn)行回采作業(yè)，如圖2（a）所示。

（2）當(dāng)斷層落差較大，大于開采厚度，可采取重開切眼，回采面搬家的方式進(jìn)行回采作業(yè)，如圖2（b）所示。

（3）若采掘接替緊張且采區(qū)較大時(shí)，可將一個采區(qū)以斷層為界限劃分為兩個小的采區(qū)分別進(jìn)行回采工作，如圖2（c）所示。

4 結(jié)束語

斷層在地殼中廣泛分布，對于采掘工作的順利開展有著重大影響作用，明白并掌握其構(gòu)造特征及發(fā)育情況可以更加合理地安排采掘工作計(jì)劃，通過研究其對采掘工作的影響因素，技術(shù)及管理工作人員可以指定相應(yīng)的規(guī)程及安全措施以保證采掘工作的順利進(jìn)行，掌握并合理使用各種條件下斷層的處理手段，可以更有效的進(jìn)行采掘活動，增加企業(yè)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]車樹成，張榮偉.煤礦地質(zhì)學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2006.

[2]秦忠誠，等.構(gòu)造煤層開采方法[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[3]徐永圻.煤礦開采學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2009.endprint