論煤礦地質(zhì)構(gòu)造情況對安全生產(chǎn)的影響

薛俊升

摘 要：在煤炭形成的漫長地質(zhì)時期，煤層受到沉積作用、煤化作用和構(gòu)造運動等影響，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)過氧化放熱、蓄熱散熱和蔓延擴展等環(huán)節(jié)，裂隙、孔隙、褶皺和斷層通過影響各個環(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)采動損害的一個不容忽視的因素。

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

在煤礦生產(chǎn)活動中，保障安全是基礎(chǔ)。對于煤礦地質(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。通過對地質(zhì)構(gòu)造的研究，可以對煤與瓦斯突出影響、對煤層自燃、對礦區(qū)采動損害作定量化分析。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)造對煤與瓦斯突出的影響

1.1 褶皺對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，背斜傾伏端巖層經(jīng)過劇烈的層間錯動，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;經(jīng)過褶皺作用，巖層發(fā)生劇烈的層間錯動，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;背斜軸部圍巖處于拉張狀態(tài)，巖層相對錯動不劇烈，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較小。

1.2 斷層作用對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，瓦斯沿斷層任何方向的運移都比較困難，對煤層中的瓦斯保存最為有利;壓性斷層兩盤發(fā)生劇烈的相對錯動，同時周圍煤層發(fā)生劇烈的層間錯動，導(dǎo)致壓性斷層控制形成的軟分層厚度大，分布范圍廣，強度大。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軌道下山巖石掘進工作面遇到強烈的擠壓性逆斷層，落差高達(dá)10m，斷層下盤煤層下滑，掘進工作面距離煤層較近，斷層破碎帶是泥質(zhì)巖層，堅固性差，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，瓦斯沿斷層任何方向的運移都比較容易，不利于煤層中的瓦斯保存;張性斷層兩盤發(fā)生微弱的相對錯動，同時周圍煤層發(fā)生輕微的層間錯動，導(dǎo)致壓性斷層控制形成的軟分層厚度小，分布范圍小，強度小。

2 地質(zhì)構(gòu)造對煤層自燃的影響

2.1 褶皺對煤層自燃的影響

褶皺通過控制煤層氧化釋放出的熱量的運移方向和聚集狀況來影響煤層的自燃。在背斜位置，煤層低溫氧化釋放出的熱量就會運移到背斜的核部，如果核部的煤層頂板是滲透性較差的泥巖、頁巖，那么核部處就會集聚大量的熱量，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散，一般不會在核部周圍發(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 斷層對煤層自燃的影響

在沒有受到采動影響的煤層中，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，阻止了火焰向煤層深部蔓延。當(dāng)火焰蔓延到正斷層處時，由于煤層已經(jīng)被斷層切斷，火焰在此結(jié)束蔓延趨勢。當(dāng)正斷層完全切斷煤層時，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必不可少的條件，所以煤層自燃會在逆斷層處發(fā)展和蔓延。當(dāng)有多個煤層且間距較小時，斷層的存在則會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行。

2.4 采煤沉陷

采煤沉陷是我國煤炭礦區(qū)現(xiàn)存的最大安全隱患之一，如果不能完全對其進行有效的管理和控制，就難以保證煤炭開采工作的安全、穩(wěn)定、有序進行，甚至有可能造成大規(guī)模的人員傷亡，對于社會的安定也會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。

針對這一主要原因，在煤礦區(qū)設(shè)立時就要可采取如下措施：1、煤炭礦區(qū)管理人員和技術(shù)人員要對礦區(qū)實地情況進行系統(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)的煤炭開采計劃和開采組織形式;3、在煤炭開采中一定要盡量避開較易發(fā)生采煤沉陷的地區(qū)。

3 構(gòu)造應(yīng)力對礦區(qū)采動損害的影響

礦區(qū)采動損害，是因煤炭井工開采對覆巖和地表地質(zhì)環(huán)境造成的損害。從構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的觀點來看，礦區(qū)采動損害是在地殼構(gòu)造運動產(chǎn)生的應(yīng)力作用、巖體本身重力以及地下開采活動聯(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。對于一個具體的煤礦區(qū)來說，要么處于擠壓構(gòu)造應(yīng)力場，要么處于拉張構(gòu)造應(yīng)力場。擠壓與拉張是煤礦區(qū)常見的兩種最基本的構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)。由于構(gòu)造應(yīng)力的作用，可以改變采動影響下的巖層移動方向和移動量的大小，同時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)力場中，在煤層未開采之前，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;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 提高煤炭礦井開采的利用率，回收率

隨著開采水平的延深，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，所以對煤的有效開采與回收也變得困難起來，如何提高煤炭礦井開采的利用率，回收率，提高經(jīng)濟效益是我們當(dāng)前礦業(yè)工作的一個重要挑戰(zhàn)，面對這一挑戰(zhàn)，我們提出了以下應(yīng)對辦法：1、進行補充礦井地質(zhì)勘探、巷探，調(diào)查研究煤系地層中伴生礦產(chǎn)的儲存情況和能利用價值;2、計算和核實礦井儲量，掌握儲量動態(tài)，提高儲量級別，設(shè)法擴大礦井儲量，及時提出合理開采和利用煤炭資源的意見;3、研究地質(zhì)構(gòu)造、煤層和煤質(zhì)的變化規(guī)律;4、長期堅持井下現(xiàn)場觀測收集掌握第一手資料。對煤系地層觀測時，對一切穿過煤系地層的井巷均應(yīng)逐層觀測其巖性特征和厚度，對煤層、標(biāo)志層和煤層頂?shù)装逍枳鲋攸c觀測。對煤層觀測時不論是否可采，都必須進行觀測和描述。嚴(yán)格按照以上應(yīng)對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

在煤礦的開采活動中，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)造對煤礦安全生產(chǎn)的研究，今后將主要集中在以下幾個方面：地質(zhì)構(gòu)造對煤與瓦斯突出影響的定量化分析;地質(zhì)構(gòu)造對煤層自燃的定量化分析;地質(zhì)構(gòu)造對礦區(qū)采動損害的定量化分析。

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