箭竹坪煤矿地质构造对井巷开拓布置的影响及对策

2022-07-02邱永强

能源与环境 2022年3期

关键词：采区断层巷道

邱永强

（漳平市箭竹坪矿业投资有限责任公司福建漳平 364400）

煤炭井下开采条件较为复杂，矿井开拓布置时，常受到地质构造等作用影响。本文系统研究矿区地质构造特征，分析地质构造对井巷开拓布置的影响，提出相应对策，对提高矿井经济效益具有重要的指导意义。

1 一、二采区地质构造情况

1.1 断裂构造情况

箭竹坪矿区地处龙永煤田北东部边缘，总体为一轴向南北向的向斜构造，状如船状，中间低凹，四周渐高。地层走向NE，轴向NE～SW，东翼倾向NW～SW，西翼倾向EN～ES，倾角10°～40°，沿走向、倾向均有宽缓状起伏［3］。矿区内断裂构造发育，全区主要有滑脱断裂F0、F1，近SN 向正断层F9，NE 向正断层F2、F4等，总体南部断裂、褶皱构造相对北部发育［3］。

一采区位于向斜构造西翼，对本采区影响最大的断裂构造有F9断层和F9-1断层。其中，F9正断层位于一采区中部，近南北走向，倾向东，倾角50°～70°，落差大于300 m，出露在0 线-7 线之间，长度约2 000 m［3］。F9-1断层位于F9断层西侧7 线-9 线之间，近北西走向与F2断层相交，倾向北东，倾角50°～70°，落差大于200 m。该断层在平面上与F9断层呈“Y”型组合，受应力作用，在“Y”区域之间发育有一宽缓的向斜构造。二采区位于向斜构造东翼，对本采区影响最大的断裂构造是F1断层。该断层位于采区东侧边界，倾向北东，倾角上部陡底部缓，10°～50°，断层上盘为翠屏山组、童子岩组等地层，下盘为上泥盆系天瓦岽组地层，断距＞1 000 m［3］（详见图1）。

1.2 褶曲构造情况

在挤压应力的作用下，矿区大向斜构造西翼小型褶曲发育，具体表现为：在一采区F9断层下盘与F9-1断层上盘之间发育有一宽缓的向斜构造，F9断层上盘发育有一组向背斜构造。而矿区大向斜东翼总体呈单斜构造，褶曲构造不甚发育（详见图1）。

图1 箭竹坪煤矿28 煤层底板等高线图

2 影响井巷开拓的地质因素分析

2.1 地质勘探控制程度的影响

勘探控制程度及查明构造精度的高低，将会极大影响井巷开拓和探巷布置的风险。如地质报告中一采区总体为向南东方向倾斜的单斜构造，但钻孔实际揭露发现该区域因受F2、F9、F9-1等断层及构造应力的共同作用，存在次一级的向背斜构造，且小断层、小褶曲发育，使一采区地质构造情况变得极为复杂。原地质报告勘探程度较低，一采区有6 个钻孔控制，在钻探过程中由于小断层等因素影响，会导致部分煤层位判断错误，如5-1 井钻孔受F11断层控制造成17～19 煤层重复出现。根据现有巷探等资料分析，+150～+110 m 标高的17～19 煤组实际为31～33 煤组。二采区仅有4 个钻孔控制，采区构造与地质报告基本相符，总体为北西倾向的单斜构造，但受F1边界断层影响，二采区+120 m 水平以上实际揭露煤层在走向及倾向上波状起伏，煤层厚度变化大。

2.2 地质构造对开拓布置的影响

（1）断裂构造对开拓布置的影响。一采区由于受F2、F7、F9、F9-1断层控制，严重破坏了煤层的稳定程度，使主采煤层走向变短。如F9断层上盘使采区内童子岩组三段地层下降，下盘使一段地层抬升，经分析预测28 和28下煤层下降至-50 m 水平以下，破坏了煤层的连续性，使一、二采区中部+90 m 水平以上仅能开采22 煤层，且在F9断层附近区域构造复杂，分支断层发育，各断层附近煤岩层紊乱，使原一采区28、28下主采煤层可采性变差，对采面布置影响大。

二采区主要开拓F1断层上盘22、28、28下煤层。根据现有揭露情况，受F1边界断层影响，造成主采煤层断失，使28、28下煤层开采标高上限止于+180 m 水平，且该断层附近小断层及小褶曲发育。现有区段各主采煤层在走向及倾向上波状起伏，小断层多，夹薄及尖灭现象频繁，造成实际施工巷道揭露的煤层变化大，难以形成正规采面；小断层多造成巷道围岩破碎，沿煤跟踪困难，对巷道的支护管理及工作面布置造成影响。

（2）褶曲构造对开拓布置的影响。受褶曲构造影响，一、二采区各主采煤层在走向及倾向上波状起伏，局部呈鸡窝状或藕节状赋存；在实际揭露过程中发现，本矿区的褶曲构造主要特征表现为煤层在褶曲构造作用下发生塑性流动，褶曲两翼煤层赋存变差，轴部煤层变厚。次级的褶曲发育，造成准备巷道工程量增加，万吨掘进率提高。

2.3 地质构造对矿井水害的影响

F9为张性断层，断层带宽2 m～10 m，断层影响带范围较大，岩性破碎，伴生、次生的中小断层，存在赋水可能。在实际开拓过程中一采区+120 mN 运巷和+150 mN 运巷在掘进距F9断层约60 m 有小股涌水，初始揭露涌水量约35 m3/h，后矿井停止掘进，涌水量在一星期内逐步流停。F9断层总的充导水性弱，但仍应注意大气降水通过导水通道流至地下，局部可能存在突水危害。

二采区无巷道揭露F1断层。+120 m 水平开拓巷道在接近F1断层时，巷道局部有淋水现象，后逐步消失。通过原地质报告分析，F1断层带见砂质泥岩碎块、断层角砾岩、断层泥或穿插辉绿岩、辉绿玢岩，为局部充导水断层，充导水性弱。F1断层切断了F0断层，使原本煤系地层与栖霞组灰岩含水层接近或接触的范围大大减少，减少了矿区深部灰岩水对煤层开采的潜在危害［3］。F1断层总的充导水性弱，但在开拓过程中，仍应注意局部可能存在突水危害，做好相关防治水工作。

3 降低地质构造对开拓布置影响的对策

3.1 加强对地质构造的研究和补充

在对原地质资料准确判断的基础上，对钻孔控制和煤层揭露情况进行研究。结合矿井现有揭露情况，通过巷探编录及各种资料的对比和综合分析，查清地质构造的形态特征及断层与褶皱的关系，研究地质构造的发育规律，切实提升矿井井下地质结构的勘查精度，为煤矿开拓布置提供依据。随着生产开拓的进一步延伸，巷道掘进揭露的地质情况与原来提供的资料肯定存在一定的误差，在现有通风、运输、采掘系统等不出现较大变动的情况下，应根据最新的地质资料，对开拓设计做适当补充调整，使巷道的布置对地质构造的适应性更强、更合理。

通过上述的研究及分析，对一、二采区地质构造的特征有了进一步的认识，在此基础上，判断在一采区F9断层下盘西南块段及二采区东翼块段赋煤情况好，可在下步的开拓布置上对该二个块段进行补充勘探。

一采区西南块段：现有一采区受F9断层及构造等影响大，原有+120 m 水平布置的开拓巷道及采面揭露的28、28下煤层稳定性差，可做地探工作价值低。一采区西南方向区域内，F9断层下盘揭露童子岩组一段地层总体为向东倾斜的单斜构造，总体构造简单稳定。且该区域5-1# 钻孔揭露煤层总体较厚，依据地质构造及钻孔分析该区域受F9断层影响小，煤层赋存稳定。通过分析，可调整一采区开拓布置，集中力量探明一段地层31 和39 煤层的可采性，特别是西南块段F9断层下盘煤层的拓展找煤，其中，+90 m、+120 m 区段可作为一采区下步开拓布置的主攻方向（见图2）。

图2 箭竹坪煤矿一采区巷道布置图

二采区东翼块段：二采区总体构造稳定，为向北西倾斜的单斜构造，原+120 m 水平揭露28、28下煤层稳定性较差。分析认为，F1断层对+120 m 水平以下煤系地层影响逐步减弱，结合11-3#、13-1# 钻孔揭露煤层都在+80 m 水平上下且煤层较厚，可靠程度高。由此，可先在+90 m 水平对二采区东翼稳定块段布置巷道进行补充勘探，同时也可对该区域下水平开拓布置和+120 m 以上水平地质找煤提供依据（详见图3）。

图3 箭竹坪煤矿二采区巷道布置图

3.2 优化采区开拓设计，减少地质构造影响

采区在开拓布置前，①要认真分析地质构造及地质资料的可靠程度，有效避让地质构造对开拓布置的影响；②对新开采区工作面的构造情况进行预测，对煤层稳定围岩情况较好的工作面可将准备巷布置在煤层底板，再采用反眼或层间石门揭露开采，降低巷道的支护成本，提高使用年限；③对小断层多或线性褶曲发育的煤层，要充分分析断层和褶曲等构造的变化规律，巷道布置可提前避开断层和寻找褶曲构造的聚煤规律，多采用探眼摸清；④对宽缓的向斜构造，可将准备巷布置在向斜构造的轴部，减少巷道开拓成本；⑤选择合适的采掘设备，购买轻型的薄煤层综采设备，对于近水平煤层，可采用链板机辅助出煤，以提高开采的效率。如：在下步对一采区西南块段+90 m 水平进行开拓布置时，要考虑F9断层及构造的影响，并充分利用+120 m 水平原有巷道形成系统；在二采区东翼块段+90 m 水平布置探巷时，要考虑F1断层及构造的影响，并与原+120 m 运巷形成系统。

3.3 加强矿井突水的防治

认真分析矿井的水文地质特征，总结分析矿井的充水条件，对各断层的导水性及采矿冒裂带的影响在开拓和生产过程中予进一步探明。在井下开拓过程中，要加强对水文地质的勘探，对出现可控的涌水点，应及时排出井下地质构造内部赋存的地下水，保证开拓和开采的安全。如：在过F9-1断层时要做好超前探放水工作，同时一采区位于矿井边界，应加强对周边水文地质情况的调查，做好井下防水探水工作。