煤炭開采中斷層的識別與應對

任健剛

煤炭開采中斷層的識別與應對

任健剛

(中國神華神東煤炭集團公司生產(chǎn)管理部，陜西 神木 719315)

斷層構造對煤炭開采具有重要影響，本文從斷層的識別標志入手，闡述了斷層識別的地貌標志和構造標志，探討了采煤工作面過斷層的技術要求，提出采煤工作面過斷層的安全技術措施。

煤炭開采;斷層;斷層識別;技術措施

斷層在地殼中分布廣泛，類型眾多，規(guī)模有大有小，差別極大，且其形成機制和構造背景各不相同。斷層的存在直接影響著煤層的開采，因其會對煤層產(chǎn)生破壞作用，使煤層、巖層發(fā)生錯動，造成不連續(xù)，從而對煤礦的勘探、開采，以及水文地質(zhì)和工程地質(zhì)產(chǎn)生影響。因此，在礦山地質(zhì)工作中，對斷層的觀測研究是一項極其重要的內(nèi)容，且研究的內(nèi)容、方法和手段各不相同。斷層研究的首要環(huán)節(jié)是要識別斷層和確定斷層的存在。雖然斷層可以通過分析和解譯航衛(wèi)片、物探圖、地質(zhì)圖和有關資料得以確定或推定。但識別和確定斷層存在的主要方式仍然是進行野外觀測。其次，斷層活動總會在產(chǎn)出地段的有關地層、構造、巖石或地貌等方面反映出來，形成了所謂的斷層標志，這些標志是識別斷層的主要依據(jù)。

1 斷層的識別

1.1 地貌上的標志

1)斷層崖。在斷層兩盤的相對運動中，上升盤常常形成陡崖，稱為斷層崖。如峨眉山金頂舍身崖、昆明滇池西山龍門陡崖。

2)斷層三角面。當斷層崖受到與崖面垂直方向的地表流水侵蝕切割，形成沿斷層面分布的三角形陡壁，稱為斷層三角面。如河南偃師的五佛山。

3)斷層湖、斷層泉。沿斷層帶常形成一些串珠狀分布的斷陷盆地、洼地、湖泊、泉水等，可指示斷層延伸方向。如我國云南東部順南北向的小江斷裂帶分布了一串湖泊，自北向南有楊林海、陽宗海、滇池、撫仙湖、杞麓湖以及昆明盆地、宜良盆地、嵩明盆地、玉溪盆地等。

4)錯斷的山脊。正常延伸的山脊突然被錯斷，往往是斷層兩盤平移運動的結果。橫切山脊走向的平原或盆地與山嶺的接觸帶，往往是斷層通過的地方，如太行山前斷裂帶，使太行山在華北平原西緣拔地而起，成為華北平原的西部屏障。

5)水系特點。斷層的存在常常影響水系的發(fā)育，使正常流經(jīng)的河流突然產(chǎn)生急轉(zhuǎn)彎，或一些順直深切的河谷，都能指示斷層延伸的方向，如鮮水河的支流在斷層通過的地方突然發(fā)生轉(zhuǎn)向。

1.2 構造標志

1)構造線不連續(xù)。

如果線狀或面狀地質(zhì)體在平面上或剖面上突然中斷、錯開，不再連續(xù)，說明有斷層存在。為了確定斷層的存在和測定錯開的距離，在野外應盡可能查明錯斷的對應部分。

2)斷層構造巖的出現(xiàn)。

（3）研究結果驗證了融資約束的擴大振幅的作用，因此企業(yè)的融資約束程度需要控制在合理范圍內(nèi)，不能盲目地緩解企業(yè)融資約束。同時，實證結果顯示代理成本的作用機制較為突出，企業(yè)應該完善內(nèi)部治理機制，降低雙重委托代理問題對海外直接投資經(jīng)濟后果的負向影響 （謝偉峰和陳省宏，2016）［15］。只有在公司治理和內(nèi)部控制初見成效后解決融資約束問題，才是企業(yè)持續(xù)健康發(fā)展之根本。由于債權融資本質(zhì)上也是借貸關系，對于降低企業(yè)杠桿率沒有幫助，在企業(yè)杠桿率高企的當下，我國需要大力發(fā)展股權融資這一直接融資渠道，發(fā)揮股權融資在公司治理機制中的作用。

斷層帶內(nèi)或斷層面附近，兩盤巖石在斷層活動中被改造形成的變形巖石稱為斷層構造巖。主要分為未固結的斷層構造巖和固結的斷層構造巖。

a)未固結的斷層構造巖。

A)斷層角礫：由松散未固結的兩盤巖石碎塊組成。B)斷層泥：巖石研磨后經(jīng)水化作用形成的一種主要由黏土礦物(如伊利石、高嶺石和蒙托石)組成的未固結的斷層巖，一般平行于斷層面呈不同顏色的條帶。

b)固結的斷層構造巖。A)斷層角礫巖：由基本保持原巖特點的巖石碎塊組成，碎裂基質(zhì)很少。B)斷層碎裂巖：根據(jù)被碎裂的原巖稱為碎裂某巖，如碎裂花崗巖等。C)斷裂角礫巖：超碎裂巖，由斷層活動研磨成的極細構造巖，一般看不到角礫，并具有硅質(zhì)巖的致密構造。往往在斷層面上形成板狀薄層。D)微角礫巖：假熔巖(玻化巖)，斷層快速滑動產(chǎn)生極度研磨并因摩擦熱產(chǎn)生熔融，冷凝后形成外貌類似熔巖玻璃的一種斷層構造巖。一般呈脈狀或角礫狀。

3)構造強化現(xiàn)象。斷層活動引起的構造強化，包括有巖層產(chǎn)狀的急變、多變和變陡;節(jié)理化、劈理化甚至片理化窄帶的突然出現(xiàn);小褶皺劇增以及擠壓破碎和各種擦痕等現(xiàn)象。對于在野外發(fā)現(xiàn)的這些現(xiàn)象，需要認真觀察，探究引起這些現(xiàn)象的可能原因。

構造透鏡體是斷層作用引起構造強化的一種表現(xiàn)。斷層帶內(nèi)或斷層面兩側巖石碎裂成大小不一的透鏡狀角礫塊體，長徑大小一般為數(shù)十厘米至二、三米。構造透鏡體有時單個出現(xiàn)，有時數(shù)個或更多個透鏡體成組產(chǎn)出。構造透鏡體一般是擠壓作用產(chǎn)生的兩組共軛剪節(jié)理把巖石切割成菱形塊體，菱塊楞角又被磨去形成的。

地層的重復和缺失是識別斷層的主要依據(jù)，而這通常由走向斷層引起。由于斷層性質(zhì)不同，斷層與巖層傾向一致或相反，當兩者一致時，又有傾角相對大小不同及侵蝕夷平等的各種不同條件，會造成6種基本的重復和缺失。見圖1，表1。

圖1 走成斷層引起的地層重復和缺失示意圖

2 采煤工作面過斷層技術要求

煤炭開采中在工作面遭遇斷層是常有的技術問題，受此影響工作面距斷層5 m范圍內(nèi)的煤層變薄，為了不破壞頂板巖層的穩(wěn)定性，不影響正常回采在未進入斷層面時需要破底，工作面進入斷層面后下方煤層下移，上方煤層上升，需要挑頂。

表1 走成斷層引起的地層重復和缺失

1)工作面過斷層處采用破底護頂，破巖厚度0.1～0.4 m，且從里向外逐漸增多，工作面沿走向破巖長度約80 m。由于過斷層工作面推進速度較慢，易發(fā)生片幫，乃至冒頂，故工作面采高要控制在0.9～1.2 m以內(nèi)，以確保工作面安全生產(chǎn)。

2)在過斷層遇煤層變薄帶破底巖時，先在煤層里面打眼爆破，放炮后掛梁加背桿控制頂板，然后攉煤、再打底眼破巖。工作面放炮破巖石時，當破巖厚度在0.4～0.8 m 時，打單排眼，當破巖厚度在0.8～1.2 m時打雙排眼。施工時沿傾向布置炮眼，沿走向打眼，底眼向下有3°～5°俯角。打眼時炮眼深度為1.2 m，眼距為1 m，底眼距地板的距離為0.2 m。施工過程中每個破底巖炮眼裝藥2～3卷。采用正向裝藥，眼底使用50 mm長的坐地炮泥，眼口使用炮泥填滿封實。施工過程中，當巖石較硬時要適當減小眼距，當巖石較軟時，可以適當加大眼距或適當減少每眼裝藥量，且炮眼要打在堅硬的巖層中。放炮警戒距離與放炮地點不得小于70 m。

3)由于工作面處于過斷層期間，為了防止工作面片幫冒頂，除放炮區(qū)以外，其他地區(qū)煤壁必須打好貼幫柱，護好煤幫，加強工作面兩道的超前支護。過斷層期間安監(jiān)員包面跟班，瓦斯檢查員加強瓦斯檢測工作，瓦斯超限立即撤人停止作業(yè)。并加強工程質(zhì)量和設備管理，防止工程質(zhì)量低劣導致事故。

3 采煤工作面過斷層安全技術措施

1)工作面過斷層之前，將過斷層處頂?shù)装逄羝剑舷逻^度平緩，盡量保持一致。避免局部起伏過大，以防漏頂。工作面接近斷層面時，為了防止片幫冒頂，工作面掛梁要及時，對于空頂超過0.6 m處，人員作業(yè)前要先進行臨時支護，禁止空頂作業(yè)。工作面過斷層期間，現(xiàn)場必須備足過斷層所需物資(各種規(guī)格的圓木、金屬網(wǎng)、背桿等)。工作面過斷層處，斷層上下各5 m范圍內(nèi)靠幫柱見梁給柱，軟幫按設計打好戧柱，斷層邊緣打好靠幫柱，剎實頂板，不準空頂。

2)支柱時，必須將支柱的注液嘴側向軟幫，卸載側向硬幫，支柱的四爪要與長鋼梁平面接觸，每根支柱必須拴牢防倒繩，防止支柱卸載傾倒傷人。嚴格組織正規(guī)循環(huán)作業(yè)，班班做好“一班三匯報”工作，過斷層期間加強工作面工程質(zhì)量管理，班班確保工作面斷層處面溜順、直順、平直。加強工作面液壓系統(tǒng)檢修，做到管路不漏液。加強工作面頂板管理，確保工作面支護狀態(tài)良好，支柱支撐有力，棚架間距符合要求，端頭支護必須嚴格按照作業(yè)規(guī)程要求施工。

3)工作面及兩巷所有單體支柱必須符合要求，失效的單體支柱必須立即更換。在斷層附近放炮時，嚴格控制頂眼與頂板的距離、炮眼的裝藥量，防止放炮震壞頂板的完整性，放炮前后必須堅持做到“一炮三檢”和“三人連鎖放炮”制度。

4 結束語

斷層是眾多影響煤炭開采的地質(zhì)因素之一，為了最大限度地減小其對煤礦生產(chǎn)的不利影響，需對其做出正確的判斷、預測和處理。本文就斷層的識別和應對做了探討，除此之外，采煤工作面過斷層時，還應遵循以下幾項要求：

1)技術人員應負責組織學習工作，講明施工工序、工程質(zhì)量要求及安全注意事項，而職工必須經(jīng)學習并簽字后才能下井作業(yè)。

2)需放炮時，嚴格執(zhí)行放炮站崗撤人制度。

3)嚴格執(zhí)行“敲幫問頂”制度。

4)加強頂板管理，每班設專人審頂。

［1］ 朱志澄.構造地質(zhì)學［M］.武漢：中國地質(zhì)大學出版社，2008：151－156.

Fault Identification and Response in Coal Mining

Ren Jian－gang

The fault structures have an important impact on coal mining，this paper starts from the identification of the fault，describes the topography signs and construction signs of the fault identification，discusses the technical requirements of the coal mining face across the fault，puts forward the safety technical measures of coal mining face across the fault.

Coal mining;Fault;Fault identification;Technical measures

TD163+.1

A

1672－0652(2012)04－0023－03

2012－02－20

任健剛(1981—)，男，陜西富平人，2006年畢業(yè)于河南理工大學，助理工程師，主要從事地質(zhì)測量工作(E －mail)tganan@163.com