掘進(jìn)中的斷層判斷與處理

文/聶其能，淮南礦業(yè)集團(tuán)色連二礦

1 前言

某煤礦礦井內(nèi)已探明的大型斷層(垂直斷距大于40m)只有5條,但落差小于5m的斷層較多,對(duì)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(lái)越復(fù)雜,掘進(jìn)過(guò)程中遇斷層幾率也越大,正確識(shí)別斷層類型,對(duì)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(duì)在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中斷層的識(shí)別與判斷進(jìn)行了綜合分析。

2 斷層描述

在井巷掘進(jìn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)只要存在這些現(xiàn)象之一：巷道中出現(xiàn)煤巖層層序重復(fù)或煤巖層缺失；巷道中發(fā)現(xiàn)煤巖層錯(cuò)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(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).

2.1 斷層位置

通常是通過(guò)斷層附近的測(cè)量點(diǎn)或井巷開(kāi)口點(diǎn)的位置來(lái)確定斷層面的具體位置.

2.2 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，在巷道內(nèi)斷層的兩盤均見(jiàn)同一層煤，可以用尺直接量斷層的落差.如斷層的落差大，通常是通過(guò)生產(chǎn)勘探法或作圖法分析斷層落差.

2.3 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.斷層面兩盤的擦痕，牽引，伴生小斷層的發(fā)育情況，兩盤的煤巖層特征，煤巖層組合關(guān)系等.斷層面的產(chǎn)狀確定，在現(xiàn)場(chǎng)可直接用地質(zhì)羅盤測(cè)量斷層面的走向和傾向.

2.4 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.

3 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。

3.1 直接法

通過(guò)總結(jié),在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)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∶

3.1.1 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)。

3.1.2 標(biāo)志層對(duì)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。

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

3.1.4 煤層特征對(duì)比法。各個(gè)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(duì)比,利用煤層本身特征,可以直接識(shí)別層位。

3.1.5 煤巖層組合特征對(duì)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(duì)比,可利用層間距進(jìn)行煤層對(duì)比尋找對(duì)盤煤層。

3.1.6 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。

3.1.7 古生物化石層對(duì)比法。通過(guò)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(duì)比,也可以解決尋煤的基本問(wèn)題。

3.2 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∶

3.2.1 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(huà)在圖上,根據(jù)斷層的產(chǎn)狀進(jìn)行上下左右的對(duì)比連接,推斷新斷層的性質(zhì)和落差及延伸長(zhǎng)度。

3.2.2 反射波法。依據(jù)波動(dòng)理論,當(dāng)波在傳播過(guò)程中遇見(jiàn)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。

3.2.3 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。

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

4 過(guò)斷層的方法

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.

4.1 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3～5m的斷層，如已掘的運(yùn)輸巷長(zhǎng)度符合正常生產(chǎn)的工作面運(yùn)輸巷長(zhǎng)度，可把斷層作為回采工作面的自然邊界處理，巷道不過(guò)斷層，退后一定距離(留一定煤柱)沿煤層作切眼.如本礦4441運(yùn)輸巷，沿四煤走向掘進(jìn)到400m處，遇一垂直斷距為6m正斷層，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和理論計(jì)算，巷道退后10m，改變方向，沿四煤頂板掘進(jìn)作切眼布置工作面.如已掘巷道長(zhǎng)度不夠滿足生產(chǎn)需要，巷道過(guò)斷層后需改變掘進(jìn)方向?qū)ふ颐簩?，?4采區(qū)的4443運(yùn)輸巷掘進(jìn)100m時(shí)，遇到垂直斷距H=5m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).

4.2 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(guò)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(lái)降低和加大巷道坡度，對(duì)落差較大的斷層，先掘石門過(guò)斷層，后再降低或加大巷道坡度進(jìn)入另一盤煤層。

通常斷層附近圍巖不穩(wěn)定，處于應(yīng)力集中區(qū)，無(wú)論采取那種方法過(guò)斷層，均需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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).另外，對(duì)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)。

5 結(jié)束語(yǔ)

以上幾種遇斷層的判斷及處理方法,各有其局限性。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,在生產(chǎn)實(shí)踐中,經(jīng)常采用以上幾種方法綜合進(jìn)行分析判斷,以便互相補(bǔ)充驗(yàn)證,避免因斷層判斷處理不當(dāng)而造成無(wú)效進(jìn)尺或安全問(wèn)題。