断层与煤矿生产关系研究

蔡 波

（西山煤电安全监督检查中心，山西 太原 030053）

引言

在近些年，煤炭行业作为国内的龙头企业，在发展的同时也带动了整个社会的发展进步，成为了众多行业领域不可或缺的一部分。目前随着煤炭出采的越来越多，以及众多私有企业煤矿的相应关闭，我国煤炭行业面临的问题是煤炭资源的利用率越来越少，煤炭的采出率也越来越低。社会的发展迫切需要更多的煤炭来支持，所以为了增加煤炭的采出率，我们就需要解决众多影响煤矿生产方面的问题，其中主要是关于地质构造方面的问题，在地质构造方面具有代表性的当属断层[1]。因此，我们主要需要解决的就是如何高效率的开采断层构造多的煤矿。就断层与煤矿生产的关系，我们展开了本文的研究。

1 断层成因及判别依据

几千万年前，地表植被埋入地层中形成含煤系地层，在煤系地层沉降形成煤的过程中，地壳是不断运动的，煤系地层就会由于地壳运动产生的地应力而发生拉伸或者挤压。当岩层发生错断的时候，就形成了断层，如图1 所示。另一种情况，如果地应力的强度大小不足以将地表岩层产生断裂结构，那么煤岩层就会发生应力弯曲，从而产生一种叫挠曲的地质构造，当应力的强度非常小，小到使煤岩层只出现了裂隙，就会产生另一种地质构造—节理。根据断层、挠曲以及节理三种地质构造的成因，我们可以总结出这三种地质构造总是相伴而生，一起出现。但是关于对煤矿生产的影响，断层结构和挠曲结构对回采工作面的影响效果是一样的，都严重阻碍了工作面的推进效率，反而节理的影响对比前两者相对较小。

图1 断层示意图

煤矿的断层一般都有其存在的依据，我们可以通过断层的总标志，来判别该地理位置是否存在断层，包括以下几点：首先，说明断层存在的最基本的标志就是含煤岩层的不连续。如果在井下发现煤层或岩层从连续变得突然中断或者相互交错，就可以判断出该处一定存在断层。其次，地质的构造不连续同样可以说明该处存在断层。构造不连续即断层轴线在其发展方向发生突然的中断或者两端断开。然后，在野外或者井下如果出现了含煤岩层某一段的重复或者缺失同样是断层存在的依据，根据断层与岩层的倾角不同，会出现上述重复或者缺失的情况。再者，断层面具有很多特征，比如会存在一些擦痕。最后，破碎的岩石依然是断层存在的标志。断层存在破碎带，地壳在运动中，岩石会受到压力的作用而破碎成大小不等的碎块儿。

2 断层对煤矿生产的影响工程实例

2.1 煤矿地质概况

以山西某井田为研究对象，该井田位于整片煤田的正中央，井田的大小为92 km2左右，主要的含煤地层为山西组和太原组，井田内主要的可采煤层有5 层，目前正在开采3#煤层。井田的煤层倾角为8°，该煤层属于近水平煤层，煤层呈现南北走向。该井田的地质构造主要是褶曲，褶曲的轴向主要是沿东北方向，少部分为西北方向。井田的西部边界主要受到断层的控制，断层的走向呈SSW 发育。井田内的大断层大都是向东倾斜，自西向东呈阶梯状下降的趋势，除去大断层外，井田内还存在着许多落差比较小的断层带。断层F1 属于该井田内最大的断层，其落差达到了700 m。断层F2 存在于井田的中央位置，其走向呈SSE，穿过了整个井田[2]，落差为250 m。断层F3 呈东北走向，该断层位于井田的东北部，其落差也达到了160 m。以上三条断层就是该井田的主要断层，它们的存在严重影响了煤矿的生产。

2.2 断层对煤矿生产的影响

由于断层的存在，使得上壁煤层埋深变浅，断层错动也能释放煤层中的瓦斯气体。这种断层构造对整个煤层开采过程有积极影响，有助于煤层的开采。但断层的存在终究会破坏煤层的完整性和连续性，这在工作面的回采阶段是很不利的。断层的大小不同，对煤矿生产产生的影响也不尽相同。在我国，划分断层的标准也不尽相同，根据断层的落差可以进行以下划分：断层的落差如果在50 m 以上，我们可以称作为特大型断层；落差如果在20 m～50 m 之间，我们可以称作为大型断层；如果落差在5 m～20 m 之间，我们可以称作是中型断层；落差在5 m 以下则被叫作小型断层。

本井田内，由于三条特大型断层的存在，对煤矿的生产有很大影响。在回采工作面过断层时，设备过断层的能力都比较弱，也就使得工作面在遇到断层时一定要提前刹刀，刹刀的角度一般在10°以下。工作面的平均推进长度不过30 m，在整个煤层开采的过程中，工作面从回采到停采，几乎每一天都会遇到或多或少的断层，最严重的时候，在回采过程中会遇到5 条断层，造成了设备的严重损害。据统计，整个工作面在回采时，工作面的月推进距离也只有60 m，断层的存在已经严重的阻碍了该井田的煤矿生产工作进程，为工作面过断层示意图，如图2 所示。

图2 工作面过断层示意图

3 断层的处理方案分析

从上述案例中可以看出断层对煤矿生产的影响还是很大的，所以要综合考虑地质构造因素与经济因素来选择合理的开采方法。若在开凿巷道的过程中遇到了断层结构，要根据煤矿的生产要求合情合理处置断层。如果在工作面的开采过程中遇到了断层，对于落差比较小的断层，工作面可以强行通过[3]。然而对于那些向本案例中落差很大的断层，已经严重的影响了煤矿的生产进度，则需要重新布置开切眼，将工作面移至新布置的开切眼处继续采矿工作。在安排综采工作面时，要注意检查工作面周围是否有断层的存在，如果断层落差较小，则可以采用爆破技术来过断层，如果断层比较大，采用爆破技术不能奏效时，我们需要将工作面进行搬家。

3.1 直接割煤法

如果遇到断层的落差在一半儿煤厚以下，割完煤层时整个横截面都是煤，那么综采设备就能够完全通过，综采工作面可以直接通过断层进行采煤。在综采工作面过断层之前，要制定周全的安全措施，在割煤时，为了控制工作面推进的速度同时又防止割煤机割到岩石上，施工人员要及时调整好煤溜的坡度。在割底煤时，为了防止顶板冒落，一定要安排好顶板的顶板的管理相关工作。

3.2 割顶底板法

如果遇到断层的落差超过了一半儿的煤厚，回采部分显示割到了顶底板的情况，煤层的顶底板在沉积过程中，都是由泥岩或者砂质泥岩组成的，这种岩石顾名思义就是具有硬度小的特点，割煤机在回采过程中可以进行一个割顶板或者割底板的方式来完成工作面通过断层的一个过程。

就本文所研究的井田而言，查明井下的地质构造同样是一项必要的工程，该井田长期受到地质作用的影响，分布着大大小小的很多断层，在开采之前也要做好物探工作。国内的物探手段有很多种，比如瞬变电磁法、三维地震技术以及坑透技术。采用三维地震技术能够大致摸清哪些断层会影响工作面的布置；采用坑透技术能很好的查出哪些小型断层存在于工作面内。合理采用现有的物探技术以及处理断层的方法，调整断层与煤矿生产之间的关系。

4 结语

在煤矿工作的施工人员一定要重视煤矿的生产及安全的工作，关乎人身安全以及财产安全，提前做好勘探工作并第一时间摸清地质构造。由于地壳的运动，断层在煤矿的分布范围还是很广泛的，由于断层的存在，断层的连续性遭到了破坏，给工作面过断层增加了困难，阻碍了煤矿的生产。因此，一定要对井下的各个断层都有所了解，分析这些断层会对煤矿的开采有什么影响，做出合理的断层处理措施，才能将断层对煤矿的安全生产影响程度降到最低。