浅谈影响煤炭开采的地质因素

秦小刚 毕慧杰 杨振华

(辽宁工程技术大学 矿业学院，辽宁 阜新 123000)

煤炭的安全生产一直是我国坚决执行的一项决策，是保护矿井工人生命和保持高效发展一项的重要工作，同时对于促进国民经济稳定、持续、健康发展发挥着极其重要的作用。安全生产的本质是要在矿井建设和投入生产过程中积极地防止各种事故的发生。所以，深入研究影响煤炭开采的一些地质因素十分必要。煤层厚度及其煤层厚度变化、煤田地质构造、瓦斯及煤层气、煤层顶底板、矿井的水文地质条件等因素在矿井建设和煤矿生产过程中对于煤炭的开采有着重要的影响。伴随着21 世纪煤炭综合机械化开采的程度越来越高，只有不断地加强对于复杂的地质条件的积极勘测，才能够提高生产效率和经济效益。

1 煤层厚度及其煤层厚度变化

煤层是含煤岩系中赋存的层状媒体。煤层厚度是指煤层顶、底板岩层之间的垂直距离。由于成煤过程中聚煤自然条件的不同，煤层厚度的变化很大。有的煤层仅有几厘米，而有的则多达至几百米。为了便于计算，把煤层可以分为总厚度、有益厚度、可采厚度、最低可采厚度。

根据我国煤炭开采方式和条件的不同，露天开采煤层厚度具体可以分为薄煤层(＜3.5 米)、中厚煤层(3.5－10 米)、厚煤层(＞10 米)，井工开采可分为薄煤层(＜1.3 米)、中厚煤层(1.3－3.5 米)、厚煤层(＞3.5 米)。

根据引起煤层厚度变化的地质因素，煤层形态和煤层厚度变化区分为原生变化和后生变化。原生变化是指由于各种地质作用而引起的煤层形态和厚度的变化;后生变化指的是泥炭层背新的沉积物覆盖后，由于构造变动、河流冲蚀等后期地质作用引起的煤层形态和厚度变化。

煤层厚度及其变化是影响煤炭开采的主要地质因素之一。煤层发生分岔、变形、尖灭等厚度变化，直接影响煤炭储量和正常生产。一、影响开采设计和采掘部署。二、影响原有的计划生产。三、掘进率增高。四、回采率降低。

2 煤田的地质构造

层状岩石经过塑性变形后仍然保持其连续稳定性，形成弯弯曲曲的形态的构造称为褶皱。褶曲是褶皱形态的单个弯曲，分为背斜和向斜。背斜核心部位岩层老，两侧新，新岩层重复出现，两翼岩层倾向相背。向斜特点与之相反。构造运动产生的地应力超过组成地壳岩石的强度极限时，岩石发生断裂，断裂后的岩块沿破裂面发生相对运动的构造称为断层。

回采过程中遇到背斜和向斜，对顶板的稳定性有较大的影响。背斜和向斜区域积聚着很大的弹性能容易产生冲击地压和冒顶事故，比如阜新矿区，小型褶皱较多，各煤层顶板多为高岭石泥岩、粉砂质泥岩等，煤层顶板平整性较差，裂隙发育，岩性松软很容易导致冒顶事故。褶皱构造形成过程中常常伴随着不同类型的断裂构造，使节理发育，岩石的整体性和完整性变差，成为导水通道。褶皱是地应力作用的产物，影响了煤层厚度的变化，在一些地区会出现煤层变薄带，岩床和岩墙的侵入作用甚至导致局部不可开采的现象，因此，导致了矿井巷道掘进的难度增加。

3 瓦斯及煤层气

煤层气也叫矿井瓦斯，它是煤炭形成过程中的伴生物，主要成分是随煤炭赋存于煤层中的甲烷气体，在采煤过程中常作为有害气体采用通风的方式排放到大气环境中。煤矿瓦斯自有采煤业以来就为世人所熟知，被视为一种对煤矿安全构成重大威胁的可怕气体。我国是一个煤炭资源较丰富的大国，其资源量位于世界前列，煤层气十分丰富。为此，有关专家自1992年以来，一直从事这方面的研究工作，通过实地调查发现，煤层气在勘探，开采，生产过程中会对大气、水以及周围土壤和植被产生一系列不利的影响。其地面开发一般可划分为:钻井、完井、煤层压裂、采气四个阶段，这四个阶段都对环境都有很大的影响。

所以要研究煤层气开采对环境的影响并正确权衡能源效应与环境负效应之间的轻重，从而制定出合理的开采计划以及规章制度，达到经济与环境协调发展。更重要的是，煤层气是一种宝贵的资源，开发煤层气可以缩小能源供需的缺口，它有利于改善能源供给结构，促进煤炭开采的发展。

4 煤层顶底板

煤层顶板是赋存在煤层之上的邻近岩层，顶板可以分为伪顶、基本顶、直接顶。煤层底板是赋存在煤层之下的邻近岩层，底板可分为直接顶、基本顶。当回采工作面遇到断层后，一般采用挑顶挖底的方式通过断层，如果断层使得煤层与砂岩和砾岩顶底板接触，不仅割煤机难以通过，甚至炮采也得终止推进而另开切眼。当煤层开采遇到含有石灰岩的顶底板，煤层开采后顶底板遭到破坏，可能导致地下水分布变化，诱发透水事故。顶板的类型会影响到其支护密度和支护形式，在底板松软的情况下，支柱很容易插入底板，从而失去对顶板的支护作用，并且可能会使采煤机和刮板输送机下沉，影响生产的正常进行。

5 矿井的水文地质条件

矿井的水文地质工作主要是研究煤炭资源开发过程中防治地下水危害的有效措施和合理利用地下水资源的方法。近些年来，我国煤矿透水事故时有发生，尤其2010年中煤集团一建公司63 处碟子沟项目部施工的华晋公司王家岭矿北翼盘区101 回风顺槽发生透水事故，初步判断为小窑老空水。因此，加强矿井水文地质观测是一项十分关键的工作，主要包括地面水文地质观测和井下水文地质观测。矿井涌水量预计是矿井水文地质基础工作，同时是确定矿床水文地质类型、矿床水文地质条件复杂程度和评价矿床开发经济技术条件的重要指标之一。预测矿井涌水量必须建立在查明水文地质条件的基础上，才能准确地预测涌水量。

矿井水害的防治工作主要包括地面防水、井下防水、设置防水闸门与防水墙、矿井排水与注浆堵水等有力措施。小窑老空水的探放，巷道的掘进方向和距离，隔水煤柱的留设等措施都对于矿井建设和生产都具有重大意义。

6 结论

煤层厚度及其煤层厚度变化不仅影响着矿井的采区和工作面的划分和布置，还影响矿井的工作效率;地质构造对矿区设计、建设与生产有着重要参考意义;瓦斯煤层气是安全生产的重大隐患;确保顶底板的支护强度有利于工作面的顺利生产;矿井水文地质条件的研究保证煤矿安全生产，改善工人的劳动条件，同时合理利用地下水资源。