煤矿掘进中小型地质构造的识别及处理对策

张亚文

(七台河精煤集团公司新建煤矿)

煤矿掘进中小型地质构造的识别及处理对策

张亚文①

(七台河精煤集团公司新建煤矿)

结合新建煤矿生产实践,介绍了常见的中小型地质构造的类型,探讨了不同地质构造下巷道掘进对策,阐述了中小型断层的定向预测方法和回采工作面中小断层的定位预测方法。

巷道掘进;地质构造;断层定向预测

研究地质小构造类型和相应的过构造的掘进对策,对煤矿安全生产有一定的现实意义。在煤矿设计中大型地质构造往往作为井田边界和采区边界,掘进中经常遇见的地质构造主要是出现在煤层顶底板中的各种小型地质构造,如小断层、小褶皱。这些小型地质构造由于构造类型不同,加之所处的煤层开采地质条件不同,其掘进过构造时所采取的方式也应不同。首先,要搞清楚矿井内部构造分布的区域特征,根据已施工的掘进和开拓巷道实际揭露断层资料对正施工巷道的前方隐伏断层进行定向预测;其次,依据实测断层对回采工作面的中小断层进行定位预测;最后,将井下物探资料进行综合分析,提供预测图纸,保证生产顺利进行。

1 常见的地质小构造类型

煤矿地质小构造主要是伴生、次生、派生于大型地质构造之中,受大型地质构造控制的次一级的小型地质构造,主要包括小断层、小褶皱、复合顶板等。

1)小断层。

a)掘进过程出现小断层的标志。掘进过程可能出现小断层的标志主要有:煤层顶板或底板移位,在顺着煤层的巷道中出现煤厚急剧增大而后出现岩石楔子,煤层厚度减小甚至出现尖灭,煤层突然被岩石取代,煤层顶板或底板出现岩性变化,出现被揉皱的岩石带,裂隙壁有滑动痕迹等现象。这些现象表明巷道前方可能有断层出现。

b)小断层类型。掘进中常见的小断层有正断层、逆断层、层滑构造、小裂隙(破碎带)。小断层一般落差在5 m以内。小型正断层以反倾正断层居多,一般来说上盘下降,下盘上升,断层面倾向和煤层面倾向相反。断层面一般较平整,上下两盘煤层和煤层顶底板往往比较完整,围岩稳定性往往相对于逆断层要好。小型逆断层以同倾逆断层居多,一般来说上盘上升,下盘下降,断层面倾向和煤层面倾向相同。断层面一般不太平整,地层倾角较大。逆断层上下两盘煤层常常伴有引捩小褶皱,造成巷道支护条件进一步恶化,给巷道过构造增加难度。层滑构造主要表现为岩层受到外力的作用后,发生岩层间滑动,层滑构造附近煤岩层层理常常表现混乱,煤、岩强度变弱。小裂隙(破碎带)主要是受区域地质构造影响,造成局部煤岩层应力集中,煤岩层发生破裂,但未发生位移。小裂缝造成岩石强度变弱,给巷道支护增加了难度。

2)小褶皱。小褶皱常见有小型向斜、小型背斜、煤层顶板挠曲构造,其中以煤层顶板挠曲构造为主。顶板挠曲构造往往规模不大,影响范围也就20 rfl左右,主要表现为不规则的小褶皱。这些小褶皱造成附近煤岩层发生塑性变形,巷道支护环境破坏,严重时会造成冒顶伤人事故。

3)复合顶板。煤层顶板一般由伪顶、直接顶和老顶组成。有些煤层顶板在伪顶与直接顶之间有1层薄煤线,有时有多层煤线与薄岩层互层,组成复合顶板。该顶板给巷道支护增加了难度。

2 不同地质构造下的巷道掘进对策

1)巷道过正断层的掘进对策。掘进巷道过正断层有两种情形:

a)巷道由断层上盘向下盘掘进。掘进见断层后表现沿顶板掘进过程中突然煤层顶板上升,往往造成冒顶事故的发生。巷道掘进过程中一旦煤层倾角发生急变,或煤岩层层理紊乱,巷道前方有可能揭露断层,应做好过断层前准备工作,用煤电钻向前上方探煤层顶板位置,防止一旦揭露断层造成上顶抽冒。过断层时应采用棚子支护,并对棚距进行适当加密。

b)巷道由断层下盘向上盘掘进。巷道见断层后煤层顶板下移,巷道过断层时需打板,巷道坡度需向下调整。

2)巷道过逆断层的掘进对策。巷道过逆断层时主要表现为煤层重叠。当巷道由断层下盘向上盘通过时,应注意上顶重叠煤层冒顶事故的发生,应加强顶板支护工作,通常采用加密棚距通过。当巷道由断层上盘向下盘通过断层时,需要调大巷道坡度打板通过。

3)巷道在复合顶板煤层中的掘进对策。复合顶板易冒顶,难支护,巷道掘进时应尽可能地沿直接顶掘进。

4)巷道遇见磺板挠曲构造的掘进对策。应根据顶板挠曲构造特征进行预测,一旦煤层倾角突然变大,应该采用接杆钎子向前探测煤层顶板位置。巷道过顶板挠曲构造时应加密支护。

5)巷道过顶板裂隙或特厚煤层底板的掘进对策。巷道过顶板裂隙或特厚煤层底板巷道沿底掘进时,上顶破碎,巷道掘进时应加强支护。

3 中小型断层的定向预测方法

在矿井生产的掘进工作中,前方的隐伏断层往往造成另一盘煤层或者岩层的变化,使沿煤层的巷道迷失方向。定向预测就是为了寻找断失翼的煤层并及时确定巷道掘进的方向。七台河精煤集团公司新建煤矿通常采用下列几种预测方法:

1)煤岩层层位对比法。依据巷道已揭露的断层另一盘煤岩层的层位,结合矿井的标志层、煤层及煤层顶底板特征,通过层位对比确定断层的性质和断距,以此寻找断失的煤层,达到对煤层定向预测的目的。例如:在西翼7451工作面风道掘进时。开始为沿着3#煤层顶板掘进遇一断层,另一盘岩性为灰白色细砂岩,具有炭化面和水平层理,由于3#煤层顶底板中都有这一层砂岩,很难确定断层的性质和落差,为此,在巷道迎头布置一垂直的下孔,钻孔揭露矿井标志层,结合断层产状确定了本断层为正断层,也为掘进指出了方向,见图1。

图1 7451风道利用标志层确定断层落差示意图

2)规律类推法。王庄煤矿是一个具有40年开采历史的老煤矿。积累了大量的地质资料,通过对资料的分析整理,找出其中的规律。依此规律可以帮助确定正在施工巷道所遇断层的性质,从而指导寻找断失的煤层和巷道施工的方向。

3)构造对比法。构造对比法就是在新掘巷道遇断层后与相邻巷道或邻近的上下煤层所掘巷道已经揭露的实测断层的性质相对比,从而确定新揭露断层的性质,达到定向寻找断失煤层的目的。

4)根据派生的小型构造及断层面特征寻找断失的煤层。靠近断层附近的煤岩层由于断层的影响,发生变形,常常形成弯曲,这种弯曲称为牵引褶曲。牵引褶曲弧形弯曲突起方向指示本盘的移动方向,牵引褶曲一翼与断层面交一锐角,锐角方向指示另一盘移动的方向,即为找煤方向。

5)作图分析法。作图分析法就是把新揭露的断层产状资料填绘到矿井地质剖面、煤层底板等高线图、煤层立面投影图和水平切面图上,然后把这个断层与同煤层、同水平、不同煤层、不同水平的巷道已经查明的断层进行综合分析对比,如果新揭露的断层与已经查明的断层产状一致或相似且特征相似,并且能够自然连接,那么可认为新断层就是已经查明的断层的延伸,因此,该断层的性质和规模即可确定,从而指示寻找断失的煤层,达到定向预测的目的。

6)生产勘探法。在遇断层后,通过观测和分析仍不能确定断层的性质或断层性质已查明,但是断距无法确定,而生产上又需要查明断距时,就要用生产勘探的方法来解决。该法包括井下钻探和巷探。当断层性质和断距都不清楚,而生产上又需查明后才能确定巷道掘进方向时,一般用钻探,当断层性质已经确定,而生产上又需过断层掘进巷道时,一般用巷探。

4 回采工作面中小断层的定位预测

定向预测是为了保证掘进开拓工作的顺利进行。当该项工作结束,采区工作面形成以后就要求对采区工作面的中小断层进行定位预测。特别是随着回采机械化程度的提高,对工作面中断层定位预测的准确性要求也越来越高,准确的定位预测能为确定采煤方法和采煤机械提供保证,从而保证生产的顺利进行。

5 结 语

掘进巷道所见地质小构造比较复杂,但常见地质小构造类型却只有几种,总结过地质小构造的掘进对策,可以指导现场掘进支护,确保掘进安全生产。

[1] 柴登榜.矿井地质工作手册[M].北京:煤炭工业出版社,1999:35-80.

[2] 李元利.煤层断裂[M].阜新:阜新矿业学院出版社,2004:102-110.

Recognition and Processing Countermeasure on Middle and Small Scale Geologic Structure in Coal mine Tunneling

Zhang Ya-wen

This article combines the new build coal mine production practice,introduces the common middle and small scale geologic structure’s type,discusses under the different geologic structure the driving countermeasure,elaborates the middle and small scale fault direction detection forecast technique and in the stopping working surface the minor fault localization forecast technique.

Drift driving;Geologic structure;Fault detection forecast

book=3,ebook=85

TD132

B

1672-0652(2010)03-0038-03

2010-01-17

张亚文 男 1974年出生 2005年毕业于长春工业大学 工程师 七台河 154600