煤矿地质断层构造预测探讨

钟平

摘 要：随着我国煤矿开采的力度不断加大，相关的开采技术不断成熟，在开采中首先面临的是对煤矿地质断层构造的预测分析。本文针对性的论述了断层构造与煤矿地质的关系，同时结合实例分析了结合实例论述煤矿地质断层构造预测方法和结果，具有一定的现实理论指导意义。

关键词：煤矿地质；断层构造；预测

一、 前言

在煤矿井下开采中，断层对生产的影响是相当大的，目前，煤矿井下对于断层的预测方法很多，地质部门可以根据断层测量的结果有效的预测断层的具体地质情况，从而更好的指导煤矿的开采工作。

二、地质构造对煤矿生产建设的影响

1.影响井型规模和井田地划分，构造破坏严重的矿区不能建设大型矿井，而大型断层和褶皱枢纽往往是划分井田的自然边界。

2.影响开拓部署，井田内部的断层和褶皱对于开采水平的划分，运输大巷的部署，采区划分和巷道布置等等都有直接的影响，构造破坏严重的矿井、采区，划分零乱，巷道系统复杂。

3.影响掘进率，构造复杂的地段，工作面布置往往不正规，需要多掘巷道，甚至造成无效进尺，使掘进率比正常情况显著增大。

4.影响采面正常生产，回采工作面内出现断层，给生产造成困难，影响正规循环作业，甚至使用权生产中断。

5.影响安全生产的条件，构造对矿井涌水，煤与瓦斯突出，顶板稳定性起着明显控制作用，从而增加了井下不安全因素。

三、断层形成原理与煤矿掘进过断层的关系

在煤矿掘进的过程中，矿井周围岩石的受力常常会超过其自身的强度，由于岩体破裂会逐渐产生裂隙，而裂隙的逐渐堆积最终在岩体上出现一条破裂面，这时破裂面两盘相互的滑动便形成了断层面，其中又分为正断层、逆断层和平移断层。正断层是指上盘推动下盘向上移动，同时下盘也助力上盘向下移动，两者分离边界压力而产生了断层；逆断层中由于二者相互挤压，致使上盘向上而下盘向下，背离开来形成断层，平移断层是两者相反方向平移造成的断层。

1.断层的识别标志。断层不是独立存在的，它的出现可以通过附近的一些岩层的不正常现象来判断。通过这些判断，可以使得地质勘探人员找准断层位置，对煤矿生产的矿井定位，以及采矿安全都起着十分重要的作用。这些现象主要包括：

2.煤层或岩层出现了不连续现象 。煤层或岩层的不连续，很可能是由断层导致的地面升降使得不同年代的岩层出现在同一水平线上。一般情况下，断层两侧的岩石年代相差较为悬殊，这都是断层现象出现后，地壳运动的结果。

3.在煤炭生产过程中，发现煤层、岩层的产状、厚度等发生显著变化。煤层、岩层的产状、厚度的变化是由地质作用产生的褶皱挤压的结果，它使得煤层、岩层的薄厚不一。也有可能是由于断层的存在，一部分地壳做上升运动，裸露地表，使得岩层、煤层产生了风蚀、以及流水侵蚀，当时裸露地表的层面出现了产状、厚度不一的状况。经过长年累月的地质变化，又重新回归地壳内部，但当时形成的产状、厚度仍然存在。因此通过研究煤层、岩层的显著变化也是识别断层的重要标志。

4.断层的出现有利有弊，给煤矿生产带来巨大影响。任何事物都有双面性，断层的出现并不一定给煤矿开采带来负面的影响，它也可能推动煤矿开采的进展。因此，断层对于煤矿开采而言，也是把双刃剑，会给煤矿生产带来双重影响。

四、结合实例论述煤矿地质断层构造预测方法和结果

通过井田内采掘过程中实际揭露出的断层，结合钻孔资料和已掌握的地质资料，综合分析断层处的顶底板起伏、煤岩层变化趋势，从而找出断层附近煤层的变化规律，用以指导采掘一线的安全生产。

1、井田内的构造情况 。目前我矿主采煤层为7煤层、8煤层和9煤层，井田内的构造主要是以断裂为主，褶皱为辅的基本格局。区内的地质构造主要是以西北向为主的张扭性和压扭性断裂，及次一级的北东向张扭性断裂。断裂的性质主要以正断层为主，局部有小范围的褶曲，但对回采影响不大，对煤层的影响也不大。区内的断层走向西翼以北西方向为主，东翼以北东方向为主，区内断层落差较大。

2、断裂的成因。因为断层的表现形式以断裂为主，所以明白断裂的成因是很有必要的。在地壳中，由于构造运动产生应力，当其达到岩石强度极限时，就会导致岩石裂断。岩石连续性的破裂首先表现为节理，它在力的进一步作用下发展成断层（移位断裂）。另外断裂的形成过程，即从节理的萌芽开始到各种不同长度和断矩断层的形成，是连续的过程。这个过程的强度和连续性，一方面取决于岩石的成分和结构，另一方面又为构造形变应力参数和连续性所决定。

3、受断层影响，煤层的变化情况。从以上断裂的成因可以看出，断层的产状变化是受岩石的成分和结构及构造形变的应力系数所决定的，而地质构造的变化又会引起煤层的变化，所以煤层顶底板岩性的变化是分析区域断层产状变化的重要因素。我矿煤层的底板情况基本相似，均以泥岩、砂质泥岩为主，无发现砂岩底板，顶板有着明显的变化，这是受沉积环境的影响所致。比如7、8、9煤层，上山和一水平沉积环境以湖泊相为主，而下山及三水平是以泥炭沼泽相为主。顶板岩石的成分和结构不同，所以其强度也是不同的，断层产状的表现形式也是不同的，对煤层的影响程度也是不同的。

根据采掘过程中揭露情况分析和实际观测的结果，在我矿井田范围内由于断层的影响，使煤层发生变化的情况有以下几种：

（1）以砂岩为顶板的情况；（2）以泥岩和砂质泥岩为顶板的情况； （3）煤厚大于3.0m及煤层的普氏硬度小于1.0的情况； （4）煤层的普氏硬度为1.5的变化情况； 。（5）受多条断层影响的变化情况；

4、岩巷遇断层的分析与预测。利用已知断层的位置、标高、产状、性质，编制断层面等高线，设计巷道与断层面等高线上相交的位置即为巷道遇断层的位置，具体做法如下：

根据已知断层编制断层面等高线。编制断层面等高线时要与岩巷工程平面图比例相同及合适的等高距，用计算法求出断层面等高线的平距。

投绘断层面等高线。将断层面等高线严格按照坐标、参状投绘到岩巷所在的采掘工程平面图上，岩巷将与断层面等高线不同的高程线相交，根据岩巷标高确定与断层面同一标高高程线相交的位置，该位置即为岩巷过断层的位置。

5.结论

综上所述，得出以下结论：

（1）以砂岩为顶板的区域受断层影响，煤层受断层的牵引和拖拉小或不明显； （2）以泥岩和砂质泥岩为顶板的区域，受断层影响，煤层有明显的牵引和拖拉现象，上下盘面之间加有贯入或渗入的薄煤层或者煤线，顺煤线可寻找丢失的相对盘； （3）煤层厚度大于3.0m且煤层硬度小的区域，煤层会出现强烈的搓揉、牵引、拖拉及多煤层现象；（4）受多条断层的影响，熔融的煤层会渗入和贯入到发育的岩石裂隙中，使其顶板形成沥青质状物质且裂隙面光滑，易造成冒顶，煤层也会出现牵引变薄或短距离消失的现象；（5）掌握了断层影响下煤层的变化规律，可以正确指导采掘一线的安全生产。

五、 结束语

综上所述，在煤矿地址的断层预测和分析中，需要根据不同的地址情况结合当地的地址条件来进行较为准确的分析，更好的来指导采区的安全生产。（作者单位：开滦股份吕家坨矿业分公司）

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