影响煤炭开采的地质因素分析

2016-04-14韩伟薛冰李宁赵阳

地球 2016年4期

关键词：煤层气水文地质底板

■韩伟薛冰李宁赵阳

（1河南理工大学河南焦作454000；2河南省煤炭地质勘察研究总院河南郑州450052）

影响煤炭开采的地质因素分析

■韩伟1，2薛冰1，2李宁2赵阳2

（1河南理工大学河南焦作454000；2河南省煤炭地质勘察研究总院河南郑州450052）

煤炭开采是一项比较危险的工作，每年我国因煤矿事故而造成伤亡的人数会占到总工业伤亡人数的一半以上，提高煤炭开采工作的安全性是极为重要和必要的。影响煤炭开采的安全因素有很多，开采技术不规范、监督管理以及地质条件勘察等不到位都会影响煤炭开采的质量。本文就影响煤炭开采的地质因素进行分析和研究，为煤炭的安全开采提供合理化的意见。

煤炭开采地质因素

实现煤炭的生产安全是保证煤矿工人生命安全，促进煤炭业良好发展的重要工作，也有助于促进社会经济的稳定、健康发展。要实现煤矿的安全生产，应加强投入，避免煤炭开采过程出现安全事故。在煤炭开采过程中，地质因素对煤炭开采有着十分重要的影响，当前机械化的煤炭开采逐渐发展，就更需要加强对地质条件的勘察，保证生产效率以及安全性的提升。

1　煤层厚度及其变化

煤层赋存于含煤岩系中，在顶底板岩石之间，煤层的厚度其实是煤层顶和底板岩石之间的距离，煤的形成过程中，聚煤的条件存在差异，煤层的厚度也是不同的，有些煤层可能只有几厘米后，还有些可能会厚达几百米。根据我国不同煤炭开采方式，可以将露天开采的煤层厚度分为小于3.5米的薄煤层、3.5～10米的中厚煤层、大于10米的厚煤层；井工开采的小于1.3米的薄煤层、1.3～3.5米的中厚煤层、大于3.5米的厚煤层[1]。

通过对引起煤层厚度变化的地质因素进行分析，煤层的形态以及厚度有原生以及后生之分。煤层厚度以及变化情况对煤炭开采有着十分重要的影响，煤炭的储量以及生产会受到煤层的分岔、变形等变化影响。

2　煤田的地质构造

褶皱是岩层在构造运动的情况下，受力形成的一系列波伏的弯曲变形，受力出现的单个弯曲就是褶曲，与向斜和背斜之分。背斜的核心位置岩层比较老，两侧的岩层比较新，随着新岩层的不断出现，两侧的岩层倾向相背[2]。向斜与背斜是相反的。如果地壳岩石的强度不足构造运动产生的地应力时，就会出现岩石的断裂，断裂后岩块会沿着破裂面出现相对的运动，形成断层。

如果回采过程中遇到背斜和向斜，会影响顶板的稳定性。褶皱形成过程中会出现不同的断裂构造，影响岩石的稳定性和整体性，形成导水通道。褶皱会对煤层厚度的变化产生影响，有些地区的煤层会比较薄，岩床和岩墙的入侵会出现局部地区不能开采，增加了煤炭开采的难度。

3　瓦斯、煤层气

煤层气也是矿井瓦斯，是伴随着煤炭而形成的，开采过程中会作为有害的气体排放到大气中。煤矿瓦斯是对煤矿安全生产有着极大威胁的气体。我国的煤炭资源比较丰富，煤层气也比较多，在勘测、开采煤层气时会对周围的大气、水以及植被等造成极为不利的影响。煤层气的开采需要明确其对环境的影响，制定出科学的能源以环境之间负面效应的衡量标准，从而实现经济与环境的协调发展。煤层气的开采能够减少能源供需的缺陷，使能源结构得到改善。

4　煤层顶底板

煤层顶板位于煤层上的邻近岩层，有伪顶、基本顶、直接顶之分。煤层的底板是位于煤层下面的邻近岩层，底板有直接顶和基本顶之分。如果回采时碰到断层后，可以通过挑顶挖底的形式经过断层，如果断层会让煤层、砂岩、砾岩顶底板接触，就很难推进开采工作。如果煤层开采时碰到带有石灰岩的顶底板，开采后，顶底板会被劈坏，使地下水的分布出现变化，引发透水问题。不同的顶板类型会对其支护形式以及密度产生影响。底板比较松软时，底板中很容易插入支柱，对顶板的支护作用就会丧失，还会导致采煤机和刮板输送机出现下降的问题，不利于煤炭开采的顺利进行。

5　冲击地压的影响

煤矿的冲击地压是开采矿井时，井港、周边的岩体出现力学平衡上的破坏，弹性性能突然释放出现比较猛烈的动力。冲击地压会导致顶板塌落、巷道底鼓、帮鼓出现变形。冲击地压会受到采动的影响，在煤炭开采时，会形成重力型的冲击地压，在对相邻工作面进行开采后，老顶没有完全塌落，会在相邻面的预留煤柱上形成悬臂梁[3]，出现应力比较集中的区域，开采的不断推进，受到采动的影响，煤柱上的应力会间隔释放，从而造成影响。

邻面与现采面顶板的塌落是不同的，塌落一般呈现出倒台阶的形状，塌落的角度比较小，上面的岩层没有完善塌落，使得邻面顶压和正在采面的顶压应力出现增加，使得应力短时间内增大。而且由于工作面预留的煤柱宽度比较大、煤的硬度比较高，没有办法将应力释放，就是使得应力集中，当累积到一定的程度后就会突然释放冲击地压，这种压力造成的破坏范围大约在20米左右。

部分顶板砂岩岩石的硬度比较大，两边的煤比较宽、硬，就会使应力在相对较软的位置出现释放，横纵想的塌落面积都比较大，地面上会有地震感觉。

6　水文地质条件的影响

水文地质条件在煤炭资源开采过程中也有着一定的影响，做好水文地质条件的研究能够避免地下水的危害，实现地下水资源的合理利用。我国煤矿的透水事故也发生过，因此加强水文地质条件的勘察是十分必要的，要对地面水文以及井下水文地质情况进行勘察。矿井中的水文地质工作中，矿井涌水量是一项基础性的工作，能够以此为依据确定矿床水文地质的类型以及地质条件的复杂情况等，对矿床开发的经济技术条件进行分析和评价。做好矿井水害防治工作，对地面、井下都要做好防水工作，按照防水的阀门、防水墙、排水设备等，保证煤矿生产建设的顺利推进。