断层构造对煤层开采的影响及技术措施

马刚 宁夏宝丰能源集团股份有限公司四股泉煤矿

我国煤矿地质条件复杂，各类地质构造广泛发育，造成煤层赋存条件发生变化，对煤矿巷道掘进、综采工作面回采、瓦斯防治以及矿井水害防治等都有较大的影响，极易引起安全事故。

一、断层分类及对煤层回采影响分析

一是断层分类。地壳岩体在地应力作用下发生断裂现象，并在力的长期作用下，岩体在断裂处发生位置上的相对移动，从而形成断层。断层按空间位置可分为正断层、逆断层和平移断层；按与岩体走向关系可分为走向断层、斜交断层以及倾斜断层。二是断层对煤层回采影响。当煤层不受地质构造影响时处于连续稳定状态，当煤层受到断层构造影响后，煤层稳定性结构被破坏，包括力学性质结构及物理性质结构。①力学性质结构变化。在原煤岩体应力处于平衡状态时，当出现断层后在断层处形成卸压裂隙，在煤层开采以及上覆岩层重力作用下，集中应力向裂隙释放，造成断层附近煤体产生剪切、拉伸应力作用，导致煤层破坏，在回采中主要表现为煤层破碎、冒落等。②物理性质结构变化。由于断层的存在，稳定的煤层发生断裂、位移，同时断层附近带的煤体产生发育裂隙带，使得原稳定煤体成层状、片状结构，降低了煤层结构的稳定性。

二、断层构造对煤层开采技术措施

（一）安全技术措施

①8201 工作面在揭露断层前30m 时，钻探队每天应进行钻探施工，实时掌握断层具体位置及走向变化，从而为工作面安全回采提供依据。②工作面在揭露断层前5.0m处，应及时调整工作面伪斜，并适当降低采煤机采煤深度，单茬采煤深度控制在0.5m以内，工作面回采后及时进行移架，严禁断面空顶距＞0.3m。③工作面在揭露断层时，应安排专职瓦斯检测员对现场有害气体进行检查，防止断层裂隙带瓦斯涌出，当断层处瓦斯浓度＞0.8%时，必须立即停止作业，并加强工作面通风，防止瓦斯积聚。④由于在揭露断层时受构造应力、回采应力等集中影响，当断层处顶板出现破碎、煤壁片帮等应力显现现象时，应采取合理有效的技术措施进行维护，如顶板可采用撞楔超前支护、锚索吊棚加强支护，煤壁采用注浆加固等。⑤在过断层期间，应采用分段式带压擦顶移架，即工作面过断层时采煤机每割煤30m，应及时将支架移架到位，保证支架对断层处顶板及时支护，防止顶板冒落。在断层处移架时采用带压擦顶移架方式，支架在断层处顶板初撑力、工作阻力不得低于85%。

（二）加强断层控制措施

在煤层开采中，经常出现落差＜5.0 m的断层，且该类断层多以斜交、垂直形式存在，所以，工作面在过断层期间应加强断层处围岩控制措施。①当掘进工作面过断层时，需加强断层处围岩的控制，因为掘进巷道在过断层期间煤岩体结构发生了变化，在断层带处煤岩体稳定性变差，需对断层前后不稳定围岩进行加强支护，如撞楔超前支护、锚索吊棚、钢棚等，同时应根据断层走向及倾角合理变化巷道掘进坡度。②当综采工作面过断层时，由于工作面回采长度大，断层侵入回采煤层后对工作面回采影响也较大，破坏了回采煤层连续稳定性及力学性质，不利于工作面安全高效回采。所以，综采工作面在揭露断层前应合理分析断层落差、走向、倾角等参数，准确掌握断层对工作面的影响范围，然后采取合理有效的回采工艺。同时，工作面在揭露断层期间，应对断层带处的破碎煤岩体采取注浆、超前支护、卸压等技术手段加强支护。

（三）螺旋钻机采煤技术

在煤层综采机械采煤技术中，螺旋钻机也是常用的一种采煤机械，相比于滚筒式采煤机与刨煤机这两种采煤技术，螺旋钻机有着明显的不同，开采人员在使用螺旋钻机过程中并不需要安装配套设备，只需利用螺旋钻机即可独立完成煤炭的开采、装卸与运输，而且可以在巷道中实现对螺旋钻机的维修与养护。如果煤层的煤层厚度为0.4m至0.7m 时，便非常适合采用螺旋钻机来进行采煤，其不仅具有良好的巷道支护，而且采煤作业非常安全，不需要对薄煤层进行回采，螺旋钻机所需的操作人员也较少。

（四）断层构造与冲击矿压

当工作面接近断裂破碎带时，由于顶板岩层被切断，失去了传递力的作用，在工作面前方的顶板岩层将使得工作面和断层间的煤柱所受压应力高度集中，引起大范围的顶板运动，常会产生较大强度的冲击矿压，释放出较大能量。一般来说，断层带附近的冲击矿压主要来自顶板，因为顶板的连续性遭到断层破坏，加速顶板下沉，进而导致顶板型冲击矿压。断层倾向也影响顶板的稳定性，当断层倾向采空区方向，回采工作面位于断层的下盘时，断层受采动的影响易于“活化”，顶板岩体易沿断裂结构面发生滑移、回转而破坏失稳，顶板结构难以平衡，矿压显现就比较严重。断层附近存在残余构造应力，开采过程中和超前支承压力叠加，也会造成断层附近煤体局部应力高度集中，易发生冲击矿压危险。这就需要对断层构造准确预测，对冲击矿压有影响的断层构造要重点对待，合理治理和及时的监测，是保障煤矿免受冲击矿压的威胁和煤矿经济不受损失的重要措施。

三、结语

矿井水、瓦斯、冲击矿压等是威胁矿井安全生产的主要因素，直接影响矿井的开拓与煤层开采。断层构造在地壳中分布十分广泛，规模大小不一，形态、种类繁多。它们的存在对煤层的保存和破坏是一种影响重大的因素，容易导致岩层错动、不连续，对煤矿的生产和安全管理都带来了很多难度。因此，本文对断层构造进行分析研究，分析断层构造与影响煤矿安全生产的关键因素的关系，介绍了断层识别标志以及几种经济、高效、可靠的断层预测方法和有效的断层构造处理方式，对保障煤炭高效生产、煤矿成本的节约、煤矿安全管理都有十分重要的现实意义。