地質構造對煤層厚度的影響及復雜煤礦地質條件下的斷層處理方法

孫慶榮

(黑龍江龍煤雙鴨山礦業有限公司東榮三礦，黑龍江 雙鴨山155100)

煤層厚度是影響煤礦開采的重要因素之一。為了提升煤礦開采的效率和質量，需要預先對煤層厚度進行有效統計計算，以便快速、準確獲取煤礦的儲存量和排采布局。

1 地質構造對煤層厚度的影響

1.1 褶皺構造對煤層厚度的影響

褶皺構造是由于地殼運動時長時間受到巖層的擠壓力而產生塑性形變、進而出現的一種波狀彎曲構造狀態，它對于煤層厚度變化的影響最為明顯，原因就是該煤層本身結構疏松，在長期的擠壓力下發生流動與變形，使煤層厚度薄厚不一，從而區域性地影響煤層厚度變化特征。褶皺構造一般是由多褶曲狀態構成，褶曲分為背斜和向斜兩種基本形態，它是由向斜、背斜和軸部三個部分組成的。當煤層受到的擠壓力來自水平方向時，褶曲兩翼的擠壓力大于軸部的擠壓力，此時煤層就會從壓力大的地方流向壓力小的地方，導致軸向、背斜和軸部的煤層會增厚，兩翼煤層變薄。如果煤層受到的擠壓力來自垂直方向，則恰恰相反，軸向、背斜和軸部的煤層會增薄，兩翼煤層的厚度就會增加。煤層褶皺越劇烈，煤層厚度變化就越明顯。

1.2 斷層構造對煤層厚度的影響

煤層結構會隨著巖層擠壓力的變化而產生形變或流動，當這個力達到一定程度或超過其巖層所能承受的極限強度時，巖層就會表現出不連續性，也就是斷裂結構。在斷裂面兩側會有巖塊不在同一平面結構上，會有一定的位移被稱為斷層，相反，沒有位移或者位移不顯著的被稱為節理，斷層和節理都被統稱為斷裂構造。斷層結構是將原來連續的煤層結構間斷分開，破壞其連續性，斷層所產生的斷層分布、斷層產狀和斷層性質均會直接影響煤層厚度，但相比于褶皺構造所產生的影響較小。被斷開的煤層夾雜著不同厚度的煤層，直接影響了煤礦開采難度、成本、效率，等等。

煤層經過斷層后，最直接的影響就是煤層厚度會發生比較大的變化，或薄或厚。當煤層發生褶曲伴生的斷層時，褶曲會作為斷層的主要構造，斷層會作為伴生構造，這對于煤層影響極為顯著，主要從兩個因素來影響煤層厚度：第一，當主構造為向斜時就會產生閉合性的裂縫，這種結構的特點是完整性較好、破碎性較小、膠結性較好、含水量較少、影響煤層頂板能力小。第二，當主構造為背斜時就會產生明顯的張性裂隙，這種結構的特點是完整性較差、破碎性較大、含水量較大、影響煤層頂板能力大。

煤層斷層結構又可以分為正斷層結構、逆斷層結構和層間滑動結構。煤層厚度變化一般發生在斷層區域附近，正斷層會使上下煤層變薄，這是由于煤層受到了外力的拉拖作用。而逆斷層會使煤層變厚，這是由于煤層受到了逆掩重疊或擠壓聚集的作用。層間滑動結構發生在較疏松、軟性的巖層，當它受到側向壓力產生的柔性流動和層間滑動時就會形成雞窩狀煤層。煤層滑動主要從提升煤層灰分和原生構造破壞煤層滑動鏡面兩個方面來影響煤層性質。當發生煤層間滑動時，煤層會受到擠壓力，這種擠壓直接導致煤層厚度表薄，擠壓嚴重時就會產生褶皺構造，甚至破壞煤層間結構，這就是煤層間滑動會導致煤層厚度變薄的主要原因。即便是煤層被層間滑動所破壞，但破壞的方式和結果仍有不同，可以分為三種類型，即滑動切蝕型、剪切壓薄型、滑褶穿刺型。煤層厚度受斷層影響變化具有一定規律，斷層的落差高度越大，煤層擴展拉伸的范圍越大，其變薄范圍也越大，煤層就會變薄。

1.3 沉積環境對煤層厚度的影響

地形是在一直發生變化的，煤層厚度也會隨著定性、地勢而發生較大變化，它對煤層厚度的影響較為顯著，在煤層產狀變化的同時，底板變得極為不平整，但頂板卻恰恰相反，極為平整。另外，由于巖層不斷生長，煤層一直處于一個動蕩期，這種活動會形成斷裂構造，斷裂后，兩端的煤層同時還會受到煤層活動的影響，兩端會出現不同程度的沉降，形成斷層差，下降的斷層一般來自比較厚的煤層，上升的煤層一般來自比較薄的煤層。

1.4 巖漿巖入侵對煤層厚度的影響

巖漿入侵是一種對煤層破壞性極強的情況，我國煤炭又有30%發生了巖漿巖入侵，破壞力巨大，不僅使煤層的完整性、連續性被破壞，還會吞噬煤層，使煤層厚度變薄，使煤層結構復雜化，侵入嚴重時還會形成堅硬致密、無光澤的犬齒煤，直接影響了煤炭的開采發掘工作。而且開采出的煤自身物理性質也受到了極大影響，這種煤的黏性低，失去了工業價值，對煤礦選址影響較大。但巖漿入侵也會有一定益處，部分煤層受到入侵后會發生熱變質，產生了多種不同的煤，豐富了煤的種類，當熱變質適度時會產生工業價值很高的煉焦煤。總之，巖漿入侵對煤層影響極大，會直接影響煤層的形態、結構、厚度、性質。

2 復雜煤礦地質條件下的斷層處理方法

2.1 后退臥底法

在煤礦資源開采工作中，煤礦巷道斷面都存在比較明顯的下滑問題。可以采用后退臥底的方式來對斷層結構進行支護，通過這種方式可以有效提高煤礦巷道斷層開采的穩定性。如果煤礦巷道內部的斷層相互之間的高度差值超過了2.5 m，那么在煤礦巷道的頂板支護強度上就需要充分滿足斷層結構的穩定要求。可以通過錨網索支護的方式對巷道周圍的地質結構進行固定，這樣可以最大限度提高煤礦巷道內部周圍的穩定程度。在進行煤礦巷道圍巖支護工作中，需要保證整個開采和掘進工作是通過后退移動的方式來進行開挖的。因為煤礦巷道的掘進設備在工作面上需要的坡度要比土坡的坡度更小，因此，在進行煤礦巷道的開發工作中，需要運用12°左右的斜坡作為臥底，這樣才可以充分保證整個煤礦斷層下方部分的傾斜度能夠符合掘進工作的標準要求。在實際的施工當中，因為煤礦斷層的發育不良問題造成整個煤層出現下滑，可通過后退臥頂的方式來對斷層下滑問題加以解決。煤礦斷層整體掘進到斷面層的區域時，在頂部的位置上會和上方的煤層頂板進行銜接，通過錨桿支護的作用能夠保證每一層頂板的穩定性，最終可以對整個頂板斷面層進行有效固定。煤礦斷層是井下地質環境當中比較常見的施工類型，在煤礦斷層施工當中，需要通過臥底之后的方式來進行施工，有效保證煤礦巷道頂板的支護穩定性，使整個巷道周圍的支護穩定性更加優良。

2.2 直接割頂法

在煤礦開采工作當中，經常會遇到一些非常復雜的地下地質條件。若地下煤層的斷層落差值超過2m，那么在煤層的結構性質上就會出現整體的下滑問題。如果斷層頂板的支護強度較低，那么頂板區域會因受到強大的壓力沖擊而產生破裂，對整個開采工作的安全性造成了嚴重影響。在此過程中，需要通過掘進設備直接對頂部的巖石進行隔斷和打碎，然后再進行頂板維護和加固操作，這種方式可以提高頂板的支護強度。通過直接割頂的操作方法可以有效降低巷道支護工作的難度，在大面積斷層的煤礦巷道當中具有非常廣泛的應用，并且取得了良好的使用效果。

3 結語

在進行后退臥底法的操作當中，由于實際工作量相對較大，在整個支護巷道的高度上需要適當提高。通過錨網索支護的方式可以有效解決在臥底施工過程當中產生的巷道高度超標問題，能夠對巷道周圍的地質結構進行固定，進而充分保證整個煤礦巷道的安全性和穩定性。