淺談影響煤炭開采的地質(zhì)因素

秦小剛 畢慧杰 楊振華

(遼寧工程技術(shù)大學(xué) 礦業(yè)學(xué)院，遼寧 阜新 123000)

煤炭的安全生產(chǎn)一直是我國堅決執(zhí)行的一項決策，是保護礦井工人生命和保持高效發(fā)展一項的重要工作，同時對于促進國民經(jīng)濟穩(wěn)定、持續(xù)、健康發(fā)展發(fā)揮著極其重要的作用。安全生產(chǎn)的本質(zhì)是要在礦井建設(shè)和投入生產(chǎn)過程中積極地防止各種事故的發(fā)生。所以，深入研究影響煤炭開采的一些地質(zhì)因素十分必要。煤層厚度及其煤層厚度變化、煤田地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯及煤層氣、煤層頂?shù)装濉⒌V井的水文地質(zhì)條件等因素在礦井建設(shè)和煤礦生產(chǎn)過程中對于煤炭的開采有著重要的影響。伴隨著21 世紀(jì)煤炭綜合機械化開采的程度越來越高，只有不斷地加強對于復(fù)雜的地質(zhì)條件的積極勘測，才能夠提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。

1 煤層厚度及其煤層厚度變化

煤層是含煤巖系中賦存的層狀媒體。煤層厚度是指煤層頂、底板巖層之間的垂直距離。由于成煤過程中聚煤自然條件的不同，煤層厚度的變化很大。有的煤層僅有幾厘米，而有的則多達至幾百米。為了便于計算，把煤層可以分為總厚度、有益厚度、可采厚度、最低可采厚度。

根據(jù)我國煤炭開采方式和條件的不同，露天開采煤層厚度具體可以分為薄煤層(＜3.5 米)、中厚煤層(3.5－10 米)、厚煤層(＞10 米)，井工開采可分為薄煤層(＜1.3 米)、中厚煤層(1.3－3.5 米)、厚煤層(＞3.5 米)。

根據(jù)引起煤層厚度變化的地質(zhì)因素，煤層形態(tài)和煤層厚度變化區(qū)分為原生變化和后生變化。原生變化是指由于各種地質(zhì)作用而引起的煤層形態(tài)和厚度的變化;后生變化指的是泥炭層背新的沉積物覆蓋后，由于構(gòu)造變動、河流沖蝕等后期地質(zhì)作用引起的煤層形態(tài)和厚度變化。

煤層厚度及其變化是影響煤炭開采的主要地質(zhì)因素之一。煤層發(fā)生分岔、變形、尖滅等厚度變化，直接影響煤炭儲量和正常生產(chǎn)。一、影響開采設(shè)計和采掘部署。二、影響原有的計劃生產(chǎn)。三、掘進率增高。四、回采率降低。

2 煤田的地質(zhì)構(gòu)造

層狀巖石經(jīng)過塑性變形后仍然保持其連續(xù)穩(wěn)定性，形成彎彎曲曲的形態(tài)的構(gòu)造稱為褶皺。褶曲是褶皺形態(tài)的單個彎曲，分為背斜和向斜。背斜核心部位巖層老，兩側(cè)新，新巖層重復(fù)出現(xiàn)，兩翼巖層傾向相背。向斜特點與之相反。構(gòu)造運動產(chǎn)生的地應(yīng)力超過組成地殼巖石的強度極限時，巖石發(fā)生斷裂，斷裂后的巖塊沿破裂面發(fā)生相對運動的構(gòu)造稱為斷層。

回采過程中遇到背斜和向斜，對頂板的穩(wěn)定性有較大的影響。背斜和向斜區(qū)域積聚著很大的彈性能容易產(chǎn)生沖擊地壓和冒頂事故，比如阜新礦區(qū)，小型褶皺較多，各煤層頂板多為高嶺石泥巖、粉砂質(zhì)泥巖等，煤層頂板平整性較差，裂隙發(fā)育，巖性松軟很容易導(dǎo)致冒頂事故。褶皺構(gòu)造形成過程中常常伴隨著不同類型的斷裂構(gòu)造，使節(jié)理發(fā)育，巖石的整體性和完整性變差，成為導(dǎo)水通道。褶皺是地應(yīng)力作用的產(chǎn)物，影響了煤層厚度的變化，在一些地區(qū)會出現(xiàn)煤層變薄帶，巖床和巖墻的侵入作用甚至導(dǎo)致局部不可開采的現(xiàn)象，因此，導(dǎo)致了礦井巷道掘進的難度增加。

3 瓦斯及煤層氣

煤層氣也叫礦井瓦斯，它是煤炭形成過程中的伴生物，主要成分是隨煤炭賦存于煤層中的甲烷氣體，在采煤過程中常作為有害氣體采用通風(fēng)的方式排放到大氣環(huán)境中。煤礦瓦斯自有采煤業(yè)以來就為世人所熟知，被視為一種對煤礦安全構(gòu)成重大威脅的可怕氣體。我國是一個煤炭資源較豐富的大國，其資源量位于世界前列，煤層氣十分豐富。為此，有關(guān)專家自1992年以來，一直從事這方面的研究工作，通過實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，煤層氣在勘探，開采，生產(chǎn)過程中會對大氣、水以及周圍土壤和植被產(chǎn)生一系列不利的影響。其地面開發(fā)一般可劃分為:鉆井、完井、煤層壓裂、采氣四個階段，這四個階段都對環(huán)境都有很大的影響。

所以要研究煤層氣開采對環(huán)境的影響并正確權(quán)衡能源效應(yīng)與環(huán)境負(fù)效應(yīng)之間的輕重，從而制定出合理的開采計劃以及規(guī)章制度，達到經(jīng)濟與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。更重要的是，煤層氣是一種寶貴的資源，開發(fā)煤層氣可以縮小能源供需的缺口，它有利于改善能源供給結(jié)構(gòu)，促進煤炭開采的發(fā)展。

4 煤層頂?shù)装?/h2>

煤層頂板是賦存在煤層之上的鄰近巖層，頂板可以分為偽頂、基本頂、直接頂。煤層底板是賦存在煤層之下的鄰近巖層，底板可分為直接頂、基本頂。當(dāng)回采工作面遇到斷層后，一般采用挑頂挖底的方式通過斷層，如果斷層使得煤層與砂巖和礫巖頂?shù)装褰佑|，不僅割煤機難以通過，甚至炮采也得終止推進而另開切眼。當(dāng)煤層開采遇到含有石灰?guī)r的頂?shù)装澹簩娱_采后頂?shù)装逶獾狡茐模赡軐?dǎo)致地下水分布變化，誘發(fā)透水事故。頂板的類型會影響到其支護密度和支護形式，在底板松軟的情況下，支柱很容易插入底板，從而失去對頂板的支護作用，并且可能會使采煤機和刮板輸送機下沉，影響生產(chǎn)的正常進行。

5 礦井的水文地質(zhì)條件

礦井的水文地質(zhì)工作主要是研究煤炭資源開發(fā)過程中防治地下水危害的有效措施和合理利用地下水資源的方法。近些年來，我國煤礦透水事故時有發(fā)生，尤其2010年中煤集團一建公司63 處碟子溝項目部施工的華晉公司王家?guī)X礦北翼盤區(qū)101 回風(fēng)順槽發(fā)生透水事故，初步判斷為小窯老空水。因此，加強礦井水文地質(zhì)觀測是一項十分關(guān)鍵的工作，主要包括地面水文地質(zhì)觀測和井下水文地質(zhì)觀測。礦井涌水量預(yù)計是礦井水文地質(zhì)基礎(chǔ)工作，同時是確定礦床水文地質(zhì)類型、礦床水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度和評價礦床開發(fā)經(jīng)濟技術(shù)條件的重要指標(biāo)之一。預(yù)測礦井涌水量必須建立在查明水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，才能準(zhǔn)確地預(yù)測涌水量。

礦井水害的防治工作主要包括地面防水、井下防水、設(shè)置防水閘門與防水墻、礦井排水與注漿堵水等有力措施。小窯老空水的探放，巷道的掘進方向和距離，隔水煤柱的留設(shè)等措施都對于礦井建設(shè)和生產(chǎn)都具有重大意義。

6 結(jié)論

煤層厚度及其煤層厚度變化不僅影響著礦井的采區(qū)和工作面的劃分和布置，還影響礦井的工作效率;地質(zhì)構(gòu)造對礦區(qū)設(shè)計、建設(shè)與生產(chǎn)有著重要參考意義;瓦斯煤層氣是安全生產(chǎn)的重大隱患;確保頂?shù)装宓闹ёo強度有利于工作面的順利生產(chǎn);礦井水文地質(zhì)條件的研究保證煤礦安全生產(chǎn)，改善工人的勞動條件，同時合理利用地下水資源。