矿井采掘生产受地质结构的影响及处理技术分析

史之印，赵 刚，李海伟

（兖州煤业鄂尔多斯能化有限公司石拉乌素煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 017212）

相较于其它工作，矿井采掘工作存在较大风险，因为矿井采掘工程中，地质的环境复杂多变，在生产过程中常常面对各种风险，因此，在进行矿井采掘生产工作时，要求工作者克服艰苦的条件，在矿井采掘生产开展前应专业地探究地质结构，从而事先预测施工风险，确保矿井采掘生产过程的安全和采掘工作的持续跟进。

1 矿井采掘生产工作的影响

1.1 矿井采掘生产受断层的影响

矿井采掘生产的环境具备封闭性特点，在进行采掘时会碰到一系列断层，矿井下矿层结构及走向跟断层构造存在密切的关系，在矿井采掘中常常难以预见断层构造，也缺少有效的控制技术[1]。断层构造往往会使牵引力形成于两端，且形成积压、褶皱效果，这减小了断面岩体的强度，基于牵引力作用下，岩体断裂现象较易形成[2]。

1.2 矿井采掘生产受皱褶的影响

地质结构中的褶皱会改变矿层的结构形态，而不会显著改变矿层的延展性发育。褶皱影响矿层采掘方向，一部分比较复杂的褶皱会限制矿井采掘。基于构造应力影响下，作为一种软岩的矿层较易形成变形的情况，当矿层形态结构发生改变时，其厚度会面临部分增厚与分差的情况，向斜和背斜两翼地带是其发育的主导位置。基于横弯褶皱的影响下，翼部的受力显著小于褶曲轴位置，矿产资源则从应力集中往两边形成塑性流动，不但背斜顶矿层变薄，而且向斜部矿层厚度迅速增加[3]。这样矿层的赋存形态出现改变。基于纵弯褶皱影响下，轴部受力情况显著小于褶曲翼部的受力，矿体则从两翼往中心形成塑性流动。之后背斜顶与斜核位置的矿层厚度迅速增加，然而两翼旁侧的矿层会变薄，图1是基于横向及纵向影响下褶皱矿层厚度与形态出现的改变情况。

图1 横向及纵向影响下的矿层褶皱厚度

1.3 矿井采掘生产受节理的影响

存在的节理对矿井爆破形成影响，在选择矿井开挖炮眼时倘若跟节理的位置关系不协调，那么常常导致漏气情况，从而直接对爆破形成不利影响[4]。发育节理的范围还会形成顶板脱落现象，从而形成渗水现象或多发爆炸区域，这严重威胁矿井采掘的安全。

1.4 矿井采掘生产受熔岩的影响

作为常见的地质结构发育情况，熔岩不利于设置支撑矿层的工作带，较易导致陷落柱附近矿层难以采掘，从而导致矿井内资源产能的降低。此外，存在熔岩的范围较易存在渗水和井下气体的情况，从而不利于矿井生产的安全。并且，矿层的内部发育，是随着持续侵入更多岩浆，其结构会形成非常强的带状改变，从而对渗透率形成直接制约。因为各个区域的渗透率都存在差异性，因此会形成井下有害气体移动和赋存的情况。事实上，在短时岩浆岩会使煤层动力与平衡度形成直接破坏。然而，基于岩浆内部距离持续缩短的影响下，大部分矿层会大量地形成质变的情况。倘若直接冷却内部岩浆，那么非常高的岩墙将形成于两边，这实际上是经常碰到的有害气体突出范围[5]。

1.5 矿井采掘生产受采矿沉陷的影响

在矿井采掘生产中，地表沉陷这种安全隐患较易形成，倘若缺少有效的技术保障措施，那么采掘沉陷会导致矿井开采形成很多问题，且导致形成严重的安全事故。地表沉陷跟区域的地质结构密切相关，针对比较松散的岩石构造区域，采掘沉陷的形成几率愈大。

1.6 矿井采掘生产受水文特征的影响

矿井水文地质的稳定性直接影响岩矿的稳定性发育，黏土岩常常形成于矿层地质中，由于其上下具备异样的透水性，因此导致其在碰到渗水现象时严重影响岩石稳定性，强透水性的一面形成膨胀之后会对差透水性的一面形成压力，从而形成脱落情况[6]。

1.7 矿井采掘生产受矿层稳定性的影响

一是矿井采掘生产受地质状况的影响。地质状况决定了矿层的厚度，从而决定了矿层开采安全性的大小。在矿井采掘生产中，矿层受到一系列合力的一起影响，随着地质状况的改变，岩体也改变相应的力学特性，且形成各种程度的变形。其主导体现形式是矿层变薄或变厚，进而造成矿层缺少良好稳定性，从而导致采掘过程中大大增加了危险系数[7]。二是矿井回采循环受到地质要素的影响。矿井采掘回采时，往往碰到一部分不规则形状的煤体构造。这会影响矿井采掘方向，难以实现全采。

2 矿井采掘生产受地质结构影响的处理技术

2.1 坚持超前查明的原则

一是在超前探查中注重投入工作时间、成本等；二是基于矿井采掘技术的进步，应持续完善、更新地质勘探技术，确保地质勘探技术指标跟矿井采掘要求相符合；三是综掘和综采工作面务必根据超前探查的地质现状，控制好“三前”，即在布置采矿区巷道之前、安全综采工作面之前、采矿工作面碰到构造实施策略之前三个部分，实时探究地质结构的产装，即矿井内的断层落差、倾向、走向、倾角、伸展、延伸等；四是遵循地质工作服务于采掘生产的思想，结合采掘生产需要超前、不间断地组织地质工作[8]。

2.2 科学设计采掘系统

一是设计和布置矿井巷道应尽可能地跟地质构造相规避。倘若必然经过构造带，那么需确保矿井开采的巷道轴向跟断层构造到背斜、向斜构造尽可能垂直，以及巷轴方向尽量平行于构造应力方向，防止垂直于构造应力方向。二是采、掘工作面需要揭露断层情况下，务必落实敲帮问顶制度；应用短掘短支的手段，针对井下矿壁易导致片帮的情况，为了加强维护矿壁片帮，在进行矿井采掘过程中，实施放炮装药量的降低、挑棚坡度与高度及采煤步距的控制方式。三是回采工作面时，如果碰到井下内部小断层结构，需要放置平行或垂直于断层，应确保斜交的状态。四是在向斜轴两边设置采矿工作面，且跟断层防水矿柱相规避。

2.3 强化地质保障系统

地测管理信息保障系统的基础是矿井的相应地质状况，其目标旨在实现先进采掘工艺技术，其结合高效的技术方式实时向生产部门传输稳定、准确的地质信息。通过电法勘探、钻探、无线电传输、三维地震测试等技术方式将地质改变现状和构造情况，以及制约生产的范围和程度等以地测信息管理保障系统评价基本信息、图纸资料等。

2.4 防治水处理

一是地质工作者应对前面会碰到断层的性质、区域、水文地质状况事先进行预报或预测。二是在断层跟采掘工作面接近情况下，应以超前钻探方式明确断层是不是导水，需要遵循基本的防治水原则，即“有掘必探、先探后掘、先治后采”。三是针对业已探查的导水断层，需设置防矿柱。四是导水断层有采掘工作面经过时，需采井下注浆施工技术对断层带进行封堵，且实现排水装置的完善。

2.5 防突和防井下有害气体处理

一是针对矿井下有害气体含量大的区域（断层、向斜轴部等），因为井下气压压力过大，所以在采掘向斜轴部时需强化检测，实施有效的规避策略，搞好预测预报矿和有害气体突出的事宜，保障生产安全。二是将带压注水泥浆策略应用于断层区域、向斜轴部抽放封孔时，保障严密进行封孔，针对降低抽采浓度的钻孔，实施井下巷道及巷壁注浆和喷浆及从新套孔等处理策略，从而使钻孔抽采质量提高。

2.6 注重新技术、硬设备的应用

新技术的应用旨在对分布的矿层和矿产能进行查明，从而有针对性地防范地质巷探和钻探的缺陷，降低勿需的物、财、人损耗。在应用新技术设备的前提条件下，再设计科学的采掘方案，能够很好地防范地质结构带来的不利影响。过硬采掘设备的应用则是为了提高矿产资源的开采效率、提高对复杂地质构造的应对能力。一般而言，大功率的矿井采掘设备在裁割地质构造中的能力要比小功率设备更为突出，且有不易损坏的优点。这样不仅可以保证矿产生产企业的高利润，而且还可确保矿产矿开采的顺利进行。

3 结论

综上所述，矿井的安全生产采掘工作责任重大，为保证生产工作的顺利进行，应对可能造成安全事故的隐患点进行逐一分析，确保从各个角度切实做好防护工作。其中地质因素对矿井采掘生产工作造成的安全隐患较多，设计勘察工作者需搞好相应的事宜，结合先进的设备及技术全面评价矿区的地质状况，且以此为前提形成可行性报告，为矿井采掘生产提供根据。