近水平中厚煤层工作面地质构造分析

宋小刚



近水平中厚煤层工作面地质构造分析

宋小刚

(霍州煤电集团汾河焦煤股份有限公司，山西 临汾市 031600)

介绍了近水平中厚煤层工作面的地质情况，分析了工作面区域内主要断层，并对煤层顶底板条件、褶曲、陷落柱、节理、水文地质情况、瓦斯等进行了介绍，为工作面开采提供了有力的技术基础，进而探讨了降低地质构造对工作面开采影响的技术方法。

近水平；中厚煤层；断层；地质构造特征

10606工作面位于南六采区左翼，走向长1720 m，倾斜长216 m，工作面回采煤层为二叠系下统山西组2#煤层，属稳定可采近水平、中厚煤层。煤层厚度为1.60~2.60 m，平均2.11 m，断层附近局部受滑动影响变薄至1.0 m，煤层结构复杂，普氏硬度为1.7；其下部间隔3.1~8.0 m为2#煤，1#煤与2#煤分岔，煤厚1.30~2.00 m，平均1.80 m。煤层赋存条件如表1所示。

表1 煤层顶底板情况

1 地质构造特征

(1) 褶曲。北社-常安向斜经轨道巷Ⅲ段1034 m过工作面，向斜两翼煤岩层倾角平缓，为0°~8°，平均3°。

(2) 断层。根据相邻工程揭露和三维勘探资料，工作面发育21条断层，其中3 m以上断层有4条(其中3条为三维勘探断层，并且位于工作面内，对掘进无影响)，其中F10606-3对掘进影响较大。F10606-18、F10606-19、F10606-20、F10606-21断层连续发育，同时造成2#煤增厚和变薄，对回采影响极大；F10606-8、F10606-13断层使得2#煤层平移滑动造成断层面附近变薄至1.1 m，对回采影响较大；F10606-5、F10606-6断层组合成阶梯状构造，对掘进影响较大。主要断层特征见表2。

(3) 陷落柱。根据相邻采掘工程揭露资料及三维勘探资料分析，本区陷落柱较发育，施工至39 m时10606皮带巷揭露大小为52.5×31的S147陷落柱，预计工作面掘进过程中将有新陷落柱揭露。

(4) 节理。根据邻近工程及钻孔资料分析，工作面局部节理发育，节理面基本平行巷道，受力后节理面易张开，造成底鼓、顶板破碎及瓦斯异常涌出等情况，对施工有一定影响。

(5) 地表水。工作面对应地表出露地层以Q2+3、P2S2、N2、Q4地层为主，覆盖层厚度为356~489 m，平均为415 m，对应地表位置为黄梨沟、后沟、前道沟从工作面内部穿过；西北侧为原张山圪垛村(已拆迁)，无小窑井筒破坏区，仅沟内有细流，平时干枯无水，汛期来临水量增大，由于地表无塌陷且地表以厚层黄土覆盖，隔水性较强，地表水无法渗入工作面，没有灌井危险。

(6) 含水层水。2#煤上部6.5 m的K4砂岩(厚2.4 m)承压裂隙弱含水层，局部含水丰富，根据邻近工程资料分析，掘进过程中遇煤岩层裂隙发育及构造，顶板有淋滴水现象，预计正常涌水量2 m3/h，最大涌水量25 m3/h，对掘进有一定影响。

(7) 奥灰水。施工区域奥灰静水位标高910 m，巷道底板标高883~950 m，施工段局部带压，2#煤至奥灰水界面最小间距167 m，根据带压开采突水系数公式计算，最大突水系数为0.0116 MPa/m。

(8) 采空水。工作面切眼东北侧实体间隔29~35 m为10505、10507、10509采空区，其中10505有积水7394.0 m3、10507有积水16113.0 m3、10509采空区内无积水，积水标高872.4~885 m，根据含水或导水断层防隔水煤(岩)柱的留设公式计算得采空区积水对掘进无影响，待施工到位后可按探放水设计要求进行探放水作业。

表2 主要断层特征

(9) 构造导水。根据相邻工程揭露和三维勘探资料，10606工作面发育21条断层，工作面位于陷落柱发育条带上，根据临近采掘工程及钻孔资料分析，预计掘进中会有新的陷落柱揭露，对掘进有一定影响。受上部2#煤顶板K4砂岩含水层影响，一般在揭露断层前后3~5 m顶板会有淋水，淋水增大等情况，一般持续3~10 min后迅速衰减，对掘进有一定影响。轨道巷Ⅱ段里程980 m处西北侧实体间隔109 m为565煤田孔，根据《煤田地质精查地质报告》说明，上述煤田孔封孔质量较好，对掘进施工无大的影响。

(10) 其它。绝对瓦斯涌出量为1.8 m3/min，瓦斯浓度为5.8 m3/t，瓦斯压力为0.43 MPa，煤尘具有爆炸性，火焰长度为23 mm，Ⅱ类自燃煤层，自燃发火期4个月。

2 探测分析

2.1 物探分析

对该工作面进行无线电坑透和瞬变电探测[1]，根据资料分析，本工作面有10个坑透异常区：

E1异常区位于皮带巷86~160 m、轨道巷80~210 m工作面范围，衰减值−5~−15 dB，分析为工作面内隐伏断层影响所致；

E2异常区位于皮带巷500~51 m、轨道巷500~523 m工作面范围，衰减值−8~−17 dB，分析为工作面内隐伏陷落柱或小断层发育影响所致；

E3异常区位于皮带巷590~654 m、轨道巷600~650 m工作面范围，衰减值−15~−30 dB，分析为工作面内隐伏陷落柱发育影响所致；

E4异常区位于皮带巷700~805 m、轨道巷750~ 800 m工作面范围，衰减值−10~−20 dB，分析为工作面内隐伏断层或褶曲发育影响所致；

E5异常区位于皮带巷850~900 m、轨道巷816~ 873 m工作面范围，衰减值−7~−15 dB，分析为工作面内隐伏断层发育影响所致；

E6异常区位于皮带巷910~930 m、轨道巷898~ 905 m工作面范围，衰减值−7~−15 dB，分析为工作面内隐伏断层和陷落柱发育影响所致；

E7异常区位于皮带巷950~970 m、轨道巷Ⅱ段14~53 m工作面范围，衰减值−5~−15 dB，分析为工作面内断层发育影响所致；

E8异常区位于皮带巷1002~1082 m、轨道巷Ⅱ段74~117 m工作面范围，衰减值−17~−35 dB，分析为工作面内陷落柱发育影响所致；

E9异常区位于轨道巷Ⅱ段174~196 m工作面机尾42 m范围，衰减值−5~−10 dB，分析为工作面内小型隐伏陷落柱发育影响所致；

E10异常区位于皮带巷1352~1393 m、轨道巷1302~1398 m工作面范围，衰减值−17~−35 dB，分析为工作面内发育较大型的隐伏陷落柱发育影响所致；

瞬变电探测结果表明，工作面内未发现赋水异常区，在切眼外部共发育11个赋水异常区，其中E1~E5为斜向上45°探测结果，E6~E9为顺层探测结果，E10~ E11为斜向下45°探测结果，需根据探测结果及时对切眼外部采空积水进行探测疏放。

2.2 钻探分析

工作面内已经施工126组地质钻孔，对工作面内部分坑透异常区及构造进行了钻探验证，对落差1.0 m断层、S144的发育情况进行了控制，由于工作面褶曲发育，煤岩层倾角变化较快，局部钻孔见岩较多，分析为煤岩层产状变化影响所致。

3 结 语

(1) 2#煤顶板岩性软弱、节理裂隙发育，对工作面顶板支护稍有影响，回采中遇围岩破碎，应及时加强支护管理。

(2) F10608-1、F10608-4、F10608-6、F10608-9 断层呈座椅状，造成工作面最宽12 m煤层变薄，最薄至1.0 m，对回采影响较大；F10608-07断层逆平移造成煤层增厚，回采中造成工作面局部托顶煤，对回采影响较大，回采时应注意小循环施工，加强支护管理。

(3) 工作面水文地质条件中等，主要水害为顶板含水层水和构造导水，采空区积水、奥灰突水次之，预计工作面正常涌水量约2 m3/h，最大涌水量约25 m3/h，由于巷道下山掘进，涌水易在迎头汇集，对掘进有一定影响。施工中须严格执行“有疑必探，先探后掘”的防治水原则。

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[4] 张彦文.电磁坑透技术在8203工作面地质构造探测中的应用[J].煤矿现代化,2014(5):73−74,77.

(2018−08−10)

宋小刚(1982—)，男，山西长治人，工程师，主要从事煤矿生产技术工作,Email:aaron85121@163.com。