淺談小構造對煤礦掘進和采煤的影響

賀河榮

【摘要】近年來時有頂板事故的報道傳出來，事故原因主要還是在于煤層中或者是頂板上的不均勻地質構造導致。多于操作者在掘進以及采煤的過程之中，忽略小型的地質構造，使小構造誘發(fā)頂板事故。基于此，本文筆者結合多年從事煤礦工作的經驗，在闡述幾種地質小構造類型的同時，探討小構造對煤礦掘進和采煤的影響以及防范的措施。

【關鍵詞】煤礦；小構造；類型；影響；措施

【中圖分類號】TD132 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）01—0250-01

1.前言

近年來，煤礦頂板安全事故時有發(fā)生，該事故主要是因在井下采煤時，由于煤層頂板冒落導致人員傷亡以及設備損壞。而大部分頂板事故是因煤層中或者是或頂板上的小地質構造而導致的。為了有效預防此類煤礦安全事故的發(fā)生，有必要了解小構造地質的類型。

2.地質小構造的常見類型

煤礦地質小構造通常伴存于大型的地質構造中，受大型地質構造的控制。主要有：（1）小斷層。一般掘進中的小斷層主要包括有正斷層、逆斷層、小裂隙等”。小斷層通常落差在5m以下。小型正斷層主要以反傾正斷層最為常見，通常而言，上盤下降，下盤上升，而斷層面與煤層面的傾向正好相反。通常斷層面比較平整，煤層及煤層上下兩盤的頂底板均較完整，圍巖的穩(wěn)定性較之于逆斷層較好。小型逆斷層多以同傾逆斷層為主，通常而言和正斷層相反，上盤上升，下盤下降，斷層面及煤層面的傾向一樣，斷層面不平整，地層的傾角大。逆斷層上下兩盤的煤層伴有小褶皺，往往會導致巷道的支護條件惡化，增加巷道過構造的難度。小裂隙一般是受到區(qū)域地質構造的影響，導致煤巖層的局部應力過于集中，進而造成煤巖層破裂。通常小裂縫會導致巖石的強度變弱，從而增加巷道的支護難度。（2）小褶皺。通常小褶皺主要包括小型向斜及背斜、煤層頂板撓曲構造等，多以煤層頂板撓曲構造最為常見。頂板撓曲的構造一般規(guī)模比較小，影響的范圍在1-25m左右，主要表現是有一些不規(guī)則的小褶皺。小褶皺會導致附近的煤巖層生產塑性變形，致使巷道的支護環(huán)境受到破壞，更甚的會導致冒頂事故。（3）復合頂板。煤層頂板通常是由偽頂、老頂以及直接頂構成。部分煤層頂板在直接頂及偽頂間有1層或多層薄煤線，這增加了巷道的支護難度。

3.小構造對煤礦掘進和采煤的影響

掘進及采煤的過程實際上是打破原巖應力平衡的一個過程，其會引起巖體內部的應力再次分布，造成煤層及頂板出現程度不一的變形，又或者是導致巷道及回采工作面四周的煤、巖受破壞。一般有小地質構造時，其的相應應力變化會在掘進和采煤的過程中明顯表現出來。若在此時，管理頂板不善、壓力持續(xù)增大、支護的質量又低以及巖石變形超過彈性變形的極限的話，就會導致斷裂、垮落以及局部冒頂等現象發(fā)生，對煤礦掘進及采煤的影響十分重大。首先是在回采的過程中，遭遇小構造時，頂板及煤層受到圍巖壓力的影響，出現程度不一的破碎及變形，極易產生局部冒頂。尤其是在放頂煤的回采工作面，頂板及煤層破碎之后，會順著架前煤壁掉落，形成一個空間，這就容易導致頂板發(fā)生大面積的垮落，或者是支架的上方懸空，更嚴重的還會發(fā)生倒架危險，極大影響到了煤礦的安全生產。其次是在掘進的過程中，遭遇小構造時，通常會出現局部冒頂，產生巷道的高冒區(qū)，這樣極易導致瓦斯積聚，進而給煤礦的安全生產帶來隱患。第三是在掘進的過程中，頂板及煤層有時沒有發(fā)現異常，部分地方頂板仍很平整，沒有尚看出小構造的相關預兆；可是在上頂板錨桿及錨索時，由于鉆機鉆進的速度比往常的速度明顯快，這就說明煤層的頂部有小構造，這種隱蔽的小構造往往比那種容易發(fā)現的小構造要令人害怕，更容易導致冒頂事故。因此更應該重視此類隱蔽式的小構造。

4.預防小構造的相關措施

4.1 采煤工作面關于局部冒頂的預防措施

采煤工作面局部冒頂事故發(fā)生之前，一般有如下的預兆：頂板有裂縫，而且裂隙張大增多，裂隙內又活矸，有掉矸、掉碴甚至掉塊矸石等現象出現，煤層和頂板的接觸面上有矸石片脫落，淋頭加大等現象。具體的預防措施如下：應用淺截深割煤，一次截深的深度不宜超過0.5m；在結束采煤機割煤之后，應該及時移架，又或者是采用超前柱金屬頂梁補打臨時支護，這樣可以有效減小控頂的距離。在必要的情況下可僅割底煤，移溜后用風鎬破頂煤，破一架移一架。在移置輸送機的過程中應采用相應的安全措施。輸送機在進行整體移位時，易使頂板破碎，有可能導致冒頂。因此，必須采取與之相應的措施：應按照常規(guī)移動；應一邊移機、一邊搭建臨時支柱以及支基本的支柱，將空頂時間盡可能縮至最小的限度內，并在頂板破碎處先打上托板后再移機。工作面的上、下出口要有特種支架。工作面的上、下出口控頂面積較大，裸露時間較長，在超前支承壓力作用下，頂板下沉量大，設備移動時反復支撤。因此，這些地段頂板容易破碎，一般采取上、下順槽中超前工作面架抬棚，有時還要加打密集支柱或木垛支護。

4.2 掘進過程中關于局部冒頂的預防措施

掘進過程中局部冒頂事故發(fā)生之前，常有以下預兆：頂板裂隙張開，裂隙增多，敲幫問頂時發(fā)出不正常的聲音；頂板裂隙內卡有活矸，并有掉碴、掉矸現象，先小后大；煤層與頂板接觸面上，有很薄的矸石片不斷地脫落；滴淋水從頂板劈裂面滴落。預防措施：頂板、巷幫支護必須緊跟迎頭，不允許有任何滯后，必須堅持“掘一排、支護一排”原則。嚴禁使用不合格的支護材料及配套設施。嚴禁空頂作業(yè)，嚴格執(zhí)行敲幫問頂制度，要把專人觀山落實到迎頭每一道工序中，防止頂板事故發(fā)生。配備必要的礦壓觀測手段，觀壓觀測每隔50m安設一頂板離層儀，要安排專人按要求安設、觀測，并做好記錄。巷道地質條件發(fā)生變化時，應按變化程度，調整支護參數或采取應急措施及時處理。掘進時，片幫或冒頂會使巷道超寬或超高，當超過400 mm時，應及時處理，必須根據具體條件補打臨時支護。工作面必須配備臨時支護材料，以備待用。

4.3 關于隱蔽式小地質構造的預防措施

遇到隱藏的小地質構造時的預兆：打頂板錨桿和錨索時，感覺出錨桿的鉆進速度明顯要比平時的速度要快；打好錨桿和錨索后，出現淋水，有時淋水會很大。預防措施：掘進工作面要制定相應的制度，對出現類似的情況，必須進行匯報和登記，并進行掛牌管理。打好錨桿和錨索后，立即補打其他類型的支護。安設頂板離層儀，安排專人按要求安設、觀測，并做好記錄。工作面必須配備其他類型的補強支護材料。

5.結束語

總而言之，在煤礦的開采活動中，必須重度重視煤礦區(qū)的地質構造情況，應該及時了解及掌握地質構造的類型以及規(guī)模，這是保障安全生產的重要一步。時刻注意地質構造的變化，預防煤礦重大事故的發(fā)生。關于地質構造對煤礦安全生產的研究，今后將主要集中在以下幾個方面：地質構造對煤與瓦斯突出影響的定量化分析；地質構造對煤層自燃的定量化分析；地質構造對礦區(qū)采動損害的定量化分析。

參考文獻

[1]田海艷.煤礦掘進中常見小型地質構造分析[J].科技論壇.2012（01）：84

[2]武帥，楊勝強.地質構造對煤礦安全生產的影響[J].能源技術與管理.2011（03）：103-104

[3]王立君.三家子煤礦地質構造對煤層頂板的影響分析[J].中國科技信息.2010（04）：29-34

[4]蘇風芝.淺析地質構造對興山煤礦資源回采率的影響[J].山東煤炭科技.2011（01）：123-124

[5]張麗.新嶺煤礦掘進中地質構造的識別及處理對策[J].民營科技.2012（05）：20