地质构造对煤层厚度的影响及复杂煤矿地质条件下的断层处理方法

孙庆荣

(黑龙江龙煤双鸭山矿业有限公司东荣三矿，黑龙江 双鸭山155100)

煤层厚度是影响煤矿开采的重要因素之一。为了提升煤矿开采的效率和质量，需要预先对煤层厚度进行有效统计计算，以便快速、准确获取煤矿的储存量和排采布局。

1 地质构造对煤层厚度的影响

1.1 褶皱构造对煤层厚度的影响

褶皱构造是由于地壳运动时长时间受到岩层的挤压力而产生塑性形变、进而出现的一种波状弯曲构造状态，它对于煤层厚度变化的影响最为明显，原因就是该煤层本身结构疏松，在长期的挤压力下发生流动与变形，使煤层厚度薄厚不一，从而区域性地影响煤层厚度变化特征。褶皱构造一般是由多褶曲状态构成，褶曲分为背斜和向斜两种基本形态，它是由向斜、背斜和轴部三个部分组成的。当煤层受到的挤压力来自水平方向时，褶曲两翼的挤压力大于轴部的挤压力，此时煤层就会从压力大的地方流向压力小的地方，导致轴向、背斜和轴部的煤层会增厚，两翼煤层变薄。如果煤层受到的挤压力来自垂直方向，则恰恰相反，轴向、背斜和轴部的煤层会增薄，两翼煤层的厚度就会增加。煤层褶皱越剧烈，煤层厚度变化就越明显。

1.2 断层构造对煤层厚度的影响

煤层结构会随着岩层挤压力的变化而产生形变或流动，当这个力达到一定程度或超过其岩层所能承受的极限强度时，岩层就会表现出不连续性，也就是断裂结构。在断裂面两侧会有岩块不在同一平面结构上，会有一定的位移被称为断层，相反，没有位移或者位移不显著的被称为节理，断层和节理都被统称为断裂构造。断层结构是将原来连续的煤层结构间断分开，破坏其连续性，断层所产生的断层分布、断层产状和断层性质均会直接影响煤层厚度，但相比于褶皱构造所产生的影响较小。被断开的煤层夹杂着不同厚度的煤层，直接影响了煤矿开采难度、成本、效率，等等。

煤层经过断层后，最直接的影响就是煤层厚度会发生比较大的变化，或薄或厚。当煤层发生褶曲伴生的断层时，褶曲会作为断层的主要构造，断层会作为伴生构造，这对于煤层影响极为显著，主要从两个因素来影响煤层厚度：第一，当主构造为向斜时就会产生闭合性的裂缝，这种结构的特点是完整性较好、破碎性较小、胶结性较好、含水量较少、影响煤层顶板能力小。第二，当主构造为背斜时就会产生明显的张性裂隙，这种结构的特点是完整性较差、破碎性较大、含水量较大、影响煤层顶板能力大。

煤层断层结构又可以分为正断层结构、逆断层结构和层间滑动结构。煤层厚度变化一般发生在断层区域附近，正断层会使上下煤层变薄，这是由于煤层受到了外力的拉拖作用。而逆断层会使煤层变厚，这是由于煤层受到了逆掩重叠或挤压聚集的作用。层间滑动结构发生在较疏松、软性的岩层，当它受到侧向压力产生的柔性流动和层间滑动时就会形成鸡窝状煤层。煤层滑动主要从提升煤层灰分和原生构造破坏煤层滑动镜面两个方面来影响煤层性质。当发生煤层间滑动时，煤层会受到挤压力，这种挤压直接导致煤层厚度表薄，挤压严重时就会产生褶皱构造，甚至破坏煤层间结构，这就是煤层间滑动会导致煤层厚度变薄的主要原因。即便是煤层被层间滑动所破坏，但破坏的方式和结果仍有不同，可以分为三种类型，即滑动切蚀型、剪切压薄型、滑褶穿刺型。煤层厚度受断层影响变化具有一定规律，断层的落差高度越大，煤层扩展拉伸的范围越大，其变薄范围也越大，煤层就会变薄。

1.3 沉积环境对煤层厚度的影响

地形是在一直发生变化的，煤层厚度也会随着定性、地势而发生较大变化，它对煤层厚度的影响较为显著，在煤层产状变化的同时，底板变得极为不平整，但顶板却恰恰相反，极为平整。另外，由于岩层不断生长，煤层一直处于一个动荡期，这种活动会形成断裂构造，断裂后，两端的煤层同时还会受到煤层活动的影响，两端会出现不同程度的沉降，形成断层差，下降的断层一般来自比较厚的煤层，上升的煤层一般来自比较薄的煤层。

1.4 岩浆岩入侵对煤层厚度的影响

岩浆入侵是一种对煤层破坏性极强的情况，我国煤炭又有30%发生了岩浆岩入侵，破坏力巨大，不仅使煤层的完整性、连续性被破坏，还会吞噬煤层，使煤层厚度变薄，使煤层结构复杂化，侵入严重时还会形成坚硬致密、无光泽的犬齿煤，直接影响了煤炭的开采发掘工作。而且开采出的煤自身物理性质也受到了极大影响，这种煤的黏性低，失去了工业价值，对煤矿选址影响较大。但岩浆入侵也会有一定益处，部分煤层受到入侵后会发生热变质，产生了多种不同的煤，丰富了煤的种类，当热变质适度时会产生工业价值很高的炼焦煤。总之，岩浆入侵对煤层影响极大，会直接影响煤层的形态、结构、厚度、性质。

2 复杂煤矿地质条件下的断层处理方法

2.1 后退卧底法

在煤矿资源开采工作中，煤矿巷道断面都存在比较明显的下滑问题。可以采用后退卧底的方式来对断层结构进行支护，通过这种方式可以有效提高煤矿巷道断层开采的稳定性。如果煤矿巷道内部的断层相互之间的高度差值超过了2.5 m，那么在煤矿巷道的顶板支护强度上就需要充分满足断层结构的稳定要求。可以通过锚网索支护的方式对巷道周围的地质结构进行固定，这样可以最大限度提高煤矿巷道内部周围的稳定程度。在进行煤矿巷道围岩支护工作中，需要保证整个开采和掘进工作是通过后退移动的方式来进行开挖的。因为煤矿巷道的掘进设备在工作面上需要的坡度要比土坡的坡度更小，因此，在进行煤矿巷道的开发工作中，需要运用12°左右的斜坡作为卧底，这样才可以充分保证整个煤矿断层下方部分的倾斜度能够符合掘进工作的标准要求。在实际的施工当中，因为煤矿断层的发育不良问题造成整个煤层出现下滑，可通过后退卧顶的方式来对断层下滑问题加以解决。煤矿断层整体掘进到断面层的区域时，在顶部的位置上会和上方的煤层顶板进行衔接，通过锚杆支护的作用能够保证每一层顶板的稳定性，最终可以对整个顶板断面层进行有效固定。煤矿断层是井下地质环境当中比较常见的施工类型，在煤矿断层施工当中，需要通过卧底之后的方式来进行施工，有效保证煤矿巷道顶板的支护稳定性，使整个巷道周围的支护稳定性更加优良。

2.2 直接割顶法

在煤矿开采工作当中，经常会遇到一些非常复杂的地下地质条件。若地下煤层的断层落差值超过2m，那么在煤层的结构性质上就会出现整体的下滑问题。如果断层顶板的支护强度较低，那么顶板区域会因受到强大的压力冲击而产生破裂，对整个开采工作的安全性造成了严重影响。在此过程中，需要通过掘进设备直接对顶部的岩石进行隔断和打碎，然后再进行顶板维护和加固操作，这种方式可以提高顶板的支护强度。通过直接割顶的操作方法可以有效降低巷道支护工作的难度，在大面积断层的煤矿巷道当中具有非常广泛的应用，并且取得了良好的使用效果。

3 结语

在进行后退卧底法的操作当中，由于实际工作量相对较大，在整个支护巷道的高度上需要适当提高。通过锚网索支护的方式可以有效解决在卧底施工过程当中产生的巷道高度超标问题，能够对巷道周围的地质结构进行固定，进而充分保证整个煤矿巷道的安全性和稳定性。