利用断层影响带理论判断采掘工作面前方隐伏断层的应用

曾耀辉（兖矿贵州大方煤业有限公司地测科,贵州大方551600）

利用断层影响带理论判断采掘工作面前方隐伏断层的应用

曾耀辉
（兖矿贵州大方煤业有限公司地测科,贵州大方551600）

本文从断层对煤矿生产的影响谈起，介绍了断层影响带理论，对该理论依据相关的特点和工作方法作了详细介绍，通过实际的例子论证了该理论生产应用上可行性，指出了该理论应用过程中应注意的问题，对断层的预测具有实际的应用意义。

断层；相关褶皱；相关断裂

断裂构造是煤矿中最常见的、最重要的地质构造。所谓断裂构造是指岩体在外力作用下发生变形，当力在作用超过岩体的抵抗力时，岩层就会发生断裂或错位，未发生位移的断裂叫节理或裂隙，发生位移的断裂叫断层。

断层对煤矿生产有重要的影响，主要有以下几个方面：

（1）影响回采工作：回采工作面内出现断层，会给生产条件造成困难，影响正规循环，甚至造成生产中断。

（2）造成掘进率增高：构造复杂的地段，工作面的布置往往不正规，而且要多掘巷道，甚至会造成无效进尺，使掘进率增大。

（3）造成煤炭资源损失：构造的破坏，特别是断层的大量出现，会影响煤层的开采价值、损失煤炭资源和增加煤炭成本影响机械化采煤；影响煤矿的安全生产。

因此，断层对煤矿生产极其重要，断层的判断是矿井地质的核心工作，对断层的判断主要是指断层是否存在的判断。常规的断层预计方法很多，这里主要阐述利用断层相关褶皱和断层相关断裂预测断层的方法。

1　断层影响带理论

断层影响带指的是伴随断层产生和受断层位移活动而在离开断层主断面一定距离内出现的不同于正常煤（岩）层分布特征的异常带。包括异常的构造褶皱、断裂，在断层两侧一定范围内出现煤或岩层的物理、化学性质和工艺性质不同于背景区的异常变化。这些异常的构造褶皱、断裂，就是断层的相关褶皱和断层的相关断裂。它是在深入研究构造地质学与地质软科学的基础上提出来的一个新的理论，也是煤矿地质预测的一个新的方法。对这二个方面的深入研究，是实现巷道前方隐伏断层预测的基础工作。

2　断层相关褶皱、相关断裂的特点

2.1断层相关褶皱的特点

断层相关褶皱的特点为是①曲率半径小，r＜100m或r=100～200m，区别于区域上的非断层褶皱；②煤层的顶、底板一起褶皱与层间滑动构造相区别；③远离断层，一般地断层相关褶皱距离断层较远，区别于断层派生的牵引褶皱。

2.2断层相关断裂的特点

断层相关断裂是指断裂构造与断层存在着空间分布上的相关和断裂构造与断层成因上的相关。它象。

空间分布上相关是断层影响带内产状与断层一致或相近，即大致平等于断层、位错方式与断层移位形式一致的或小断层，它在断层影响带内分布宽度仅次于相关褶皱。与斜切层理的突出特征区别于正常地段的背景节理。与断层同时形成，属于断层伴生的次级断裂，是在构造应力场条件下形成的，是任何一条断层都会有的一种构造现象。

相关断裂的形成与断层二盘的位移活动有关。由于断层的位移，产生了局部应力场，并在局部应力场的作用下，煤岩层发生破裂和小的错位，它是断层派生的低序次断裂构造，在断层影响带内靠近断层分布且范围狭窄。

节理或小断层，在离主断层较远的距离就表现出来，这些节理在井下容易辨认：①斜切层理，②长度很大，③产状稳定，④裂隙壁上常见擦痕，⑤经常见有几cm的断距，⑥离开断层较远处就出现，且有近断层增加的趋势，⑦产状与主断层一致或相近。

在离开主干断层出现的、走向与主断层一致，倾向相反或相同的或小断层，可以用之判断主断层的走向；另外就是小断层的位移方式与主断层相反，用这个特点可以判断隐伏断层的位移方式。

节理系数增加，越靠近断层，节理系数量越大，不管断层落差如何，都有这个特点；节理强度增加，越靠近断层，节理强度也越大。

3　利用断层相关褶皱、相关断裂的工作方法

3.1利用断层相关褶皱

利用断层相关断裂理论进行实际工作的时候，随时注意煤层产状的变化情况，通过在井下揭露的煤岩层中多观测其产状变化情况，上井后及时整理编录资料，做出地质素描剖面图，就能够及时发现巷道揭露范围内是否存在有褶皱，进而分析判断这些褶皱是不是断层相关褶皱，从而达到及时预测掘进工作面前方有无断层的的存在，为指挥生产提供可行的地质依据。

3.2断层相关断裂的判断

断层相关断裂的存在是通过在井下仔细观察及实测有关煤岩层的抗压强度来实现的。观察的项目主要有煤层的颜色、光泽有无变化，不同的煤岩组份表现出来的颜色不同，造成了煤层具有不同的条带状结构，通过观察这些条带的完整性，可以判断出煤层是否完整。煤层节理（裂隙）发育情况，实测煤层的节理条数，如果煤层中的数量突然增加，很可能是断层相关断裂存在的证据。

4　相关褶皱、相关断裂在煤矿生产中的应用

例：在7302探煤巷施工过程时，巷道沿3煤顶板掘进，掘进至

0240点以后，煤层产状变化较大，巷道亦发生相应的起伏，经及时实测巷道素描剖面后，可以看出是一系列褶曲所组成的小型褶皱构造，而且随着巷道的继续掘进，煤层及其顶板破碎越来越明显，表现为节理增多，顶板破碎易冒落，出现淋水现象，继而揭露了一个落差3m的断层，又向前掘进了40m后，揭露了一个落差为13.5m的正断层。

5　应注意的问题

在巷道揭露煤层的同时要做到每天进行观测而不能间断，这样才不至于失去对煤层的控制，观测的连续性对预计资料的正确性有着决定性作用，而只有资料正确，才能得出正确的预计结果。因此，掌握第一手地质资料，确保这些地质资料的正确性至关重要。

在巷道中有小褶皱，即曲率半径小于100m的小褶皱的出现，说明掘进巷道的前方极有可能有隐伏断层的存在；相反，没有小褶皱，不能说明前方没有断层的存在。小褶皱与断层出现的关系是相对的，而不是绝对的。

6　结论

断层相关褶皱出现的最早，始见点距离断层最远；接着出现的与断层产状一致，位错相同的节理或小断层；在离断层较近，又有一定距离的区段，可出现与走向一致，倾向相反或相同但位错相反的节理或小断层；最后在断层面附近出现与断层有成因关系的其它各种低序次的节理、小断层或牵引褶皱。这些相关构造中，真正对预测断层有意义的是断层相关小褶皱、节理或小断层。相关褶皱可以确定前方很大可能有隐伏断层的存在，节理或小断层所有断层所共有的特点，对断层预测来说有重要意义。

断层相关断裂与断层规模的大小有关，断层规模越大，断裂带宽度也越大。

与断层成因有联系的相关褶皱和相关断裂，占据很宽的区域，有很宽的边界，在井下巷道中可以直接观测，其方法简单，效果明显，不需要过多的投入就能取得很好的效果。

对于断层构造带宽度与断层规模的关系的定量描述，还有待于做更多的工作进行研究。