煤矿巷道掘进中断层识别方法研究

张亚文

(七台河精煤集团公司新建煤矿)

详细可靠的地质资料是煤矿采掘工作的依据，而巷道掘进中的断层识别不仅是获取可靠地质资料的基础，还是矿井安全生产的基础工作，随着煤矿开采深度不断的延伸，地质条件越来越复杂，因而对断层的识别与分析判断直接影响矿井开采的真实可靠性，如果识别与分析判断不准确或不真实，会给矿井带来严重的经济损失和安全事故。

七台河精煤集团公司新建煤矿，矿井内已探明的大型断层(垂直断距⟩40 m)只有5条，但落差⟨5 m的断层较多，对矿井巷道掘进影响较大。随着生产水平的延伸，矿井地质条件越来越复杂，掘进过程中遇断层几率也越大，正确识别断层类型，对保证该矿正常掘进施工显得尤其重要。由于地质条件的复杂多样性，运用单一方法很难判断断层的特性，本文结合该矿掘进，运用多种方法，对在实际生产过程中断层的识别与判断进行了综合分析。

1 断层描述

巷道内发现煤岩层的特征(如：厚度、光泽、硬度、煤岩成分)发生变化等，通常预示着有断层出现。

1) 断层位置。通常是通过断层附近的测量点或井巷开口点的位置来确定断层面的具体位置。

2) 断层面。主要描述断层面的形态特征是张性状，还是压性状，断层面的受挤压状况。断层面的产状确定，在现场可直接用地质罗盘测量断层面的走向和倾向。

3) 断层带。主要描述断层带的宽度及变化情况，破碎带充填物的岩性特征，碎裂块状的大小排列及胶结情况。

4) 断层落差。断层落差指的是断层两盘同一煤层之间的标高差。如断层的落差不大，可以用尺直接量断层的落差。如断层的落差大，通常是通过生产勘探法或作图法分析断层落差。

2 断层判断

确定断层的性质和落差是确定巷道掘进方向首要的基础工作，其断层判断方法可分为直接法和间接法。

2.1 直接法

通过总结，在实际生产过程中确定断层的性质和判断断层落差的直接方法通常有以下几种：

1) 煤岩层对比法。根据巷道揭露的断层两盘的煤岩层位岩性来确定断层的性质，寻找断失的煤层。

2) 伴生派生构造判断法。断层面附近常伴生派生一些小型及微型的次生构造，在成因上与断层有联系，在分布上与断层相伴，它们既可以作为断层存在的标志，也可以作为判断断层的性质。

3) 标志层对比法，所谓标志层就是容易辨认的特点，而且分布广泛，层位较为稳定的煤岩层。一般情况下，依据标志就能解决煤层的对比问题，为找断失的煤层提供了可靠的对比。

4) 煤层特征对比法。各个煤层的厚度、结构和物理性质具有不同的特征，可以利用厚度大小、夹石层数、出现的部位和形态或夹有特殊类型的煤作为对比，利用煤层本身特征，可以直接识别层位。

5) 煤岩层组合特征对比法。在矿区范围内，煤岩层组合特征比较明显时，煤层与标志层的组合关系进行煤层对比，可利用层间距进行煤层对比寻找对盘煤层。

6) 古生物化石层对比法。通过古生物化石的组合特征可确定煤层的层位，采用古生物化石层对比，也可以解决寻煤的基本问题。

7) 生产勘探法： a) 在断层性质已确定，而落差不能确定的时候，采用巷探。b) 在落差和性质都不能确定的时候，在生产中又需要先查明断层的性质和落差才能确定巷道的掘进方向时，采用钻探。

2.2 间接法

结合其他学者的研究成果和实际经验，在实际生产中确定断层的性质及落差的间接方法有以下几种：

1) 规律类推法。在小区域范围内，在同一构造应力作用下形成的成组派生小断层的性质与同生的主断层的性质相同。可以利用这些小断层的性质来预测主断层的性质。

2) 作图分析法。当遇到大断层时，可充分利用各种矿图，将新揭露的断层位置点画在图上，根据断层的产状进行上下左右的对比连接，推断新断层的性质和落差及延伸长度。

3) 反射波法。依据波动理论，当波在传播过程中遇见断层时，发生反射，其发射波的能量、频率和相位均发生变化，利用这些变化特征可以判断断层类别。

4) 专家系统。专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。

3 断层处理

主要根据断层和巷道掘进方向、断层的性质、落差大小、巷道的用途、运输方式等综合考虑处理断层。一般采用改变巷道的掘进方向或改变巷道的掘进坡度方法处理断层。

1) 改变巷道的掘进方向。当工作面的运输巷遇到落差大于3～5 m的断层，如已掘的运输巷长度符合正常生产的工作面运输巷长度，可把断层作为回采工作面的自然边界处理，巷道不过断层，退后一定距离沿煤层做切眼。如44采区的43运输巷(见图1)掘进100 m时，遇到垂直断距为5 m的正断层，由于断层附近围岩不稳定，处于应力集中区，还存在淋水现象， 43运输巷先不改变掘进方向，而是直接过断层，进入到另一盘15 m后，再平行断层走向掘石门，寻找缺失煤层。

图1 4443运输巷过断层示意图

2) 改变巷道的掘进坡度。当上下山巷道遇断层时，通常采用降低或加大巷道掘进坡度过断层，寻找另一盘煤层。落差比掘进巷道高度低或相差较小的断层，采用卧底和挑顶相结合的方法来降低和加大巷道坡度，如52探煤下山过断层(见图2)，42探煤上山过断层(见图3)。对落差较大的断层，先掘石门过断层，后再降低或加大巷道坡度进入另一盘煤层，如4l探煤下山过H=15 m的大断层，见图4。

图2 52探煤下山过断层示意图

通常断层附近围岩不稳定，处于应力集中区，无论采取那种方法过断层，均需要根据现场实际情况，加强巷道的支护。通常采取锚喷支护，同时在顶帮打锚索加强支护，对顶板破碎、围岩压力大的巷道，除采取前述一般措施外，还需采用全封闭U型棚进行第二次支护。

图3 42探煤上山过断层示意图

图4 41探煤下山过断层示意图

4 结 论

由于地质条件的复杂多样性，运用单一方法往往很难判断断层的特性，本文结合现场实践，研究了断层的识别，得到了以下几点结论：

1) 巷道中出现煤岩层层序重复，煤岩层缺失等现象；巷道中发现煤岩层错位，煤岩层产状发生激烈变化；巷道内发现煤岩层的特征发生变化，通常预示着有断层出现。

2) 识别断层通常有直接法和间接法。直接法包括煤岩层对比、伴生派生构造判断、标志层对比、煤层特征对比、煤岩层组合特征对比、古生物化石层对比、生产勘探等方法；间接法包括规律类推、作图分析、反射波、专家系统等方法。为准确识别断层，在生产实践中常采用前述几种方法综合进行分析判断，以便互相补充验证。

3) 综合考虑断层和巷道掘进方向、断层的性质、落差大小、巷道的用途、运输方式等内容，采用改变巷道的掘进方向、掘进坡度处理断层，同时，巷道过断层还需要根据现场实际情况，加强巷道的支护。

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