淺談煤礦井下斷層構造對安全開采的影響及防范措施

2024年3月5日發(作者：誠如是)

淺談煤礦井下斷層構造對安全開采的影響及防范措施

[摘要] 本文分析了永安煤業斑竹坑井田內揭露的四條斷層構造的分布位置、發育程度、斷層構造的特征，并根據斷層構造的要素分析了斷層構造對開采安全的四大影響因素，提出了要加強管理人員地質知識的培訓力度、實行采掘工作面構造動態匯報制度、加強采面技術管理三個方面的防范措施。

[關鍵詞] 斷層構造 開采安全 防范措施

1.前言

永安煤業斑竹坑井田位于永安加福復式向斜東翼，其基本構造形態為一北東傾伏具波狀起伏的向斜構造，從南往北其地質構造逐漸復雜，在漫長的成煤過程中，經受多次強烈的地質構造運動，使斑竹坑井田的地層出現重復或缺失，給井田內各采掘工作面的開采和安全生產帶來很大的困難。根據上部揭露及勘探情況，斷裂構造主要分布在8線附近的F3斷層以東，有F2、F10、F22 、F23、F26等五條斷距大于30m的斷層，在斷層兩側次一級斷層、褶曲發育，煤層的連續性和穩定性受到一定破壞，其中正斷層為F1、F2、F10、F23、F26，隱伏斷層為F22，逆斷層為F3，其中F2、F23、F26正斷層及F3逆斷層等四條斷層，延伸方向基本一致，基本呈水平排列，F2、F23、F3斷層兩側褶皺發育強烈，對煤層的連續性及穩定性破壞極大。

礦區內具有代表性為F2、F3斷層及F23斷層，F2斷層自祖武溪溝向北東方向延伸至17線并逐漸轉為東向，向溪口方向延伸，長達5700m以上，斷層面傾向北西，傾角50°～70°，一般破碎帶較寬，局部達20m以上，向北逐漸變小，如303采區－20C9S巷道斷層產狀不清，斷層破碎帶寬度2～3m，在斷層附近，煤層頂、底板破碎，采面壓力大，支護困難。在中巷掘進到位僅一個月的時間，巷道在斷層帶附近就冒頂長達26米，給煤層的回采帶來了極大的困難。F3斷層以正北方向或北東方向向井田北部延伸，斷層傾向90°～110°，傾角60°～80°，落差大于62m。C1層組及9號層組煤層均受到切割，在斷層兩側發育次一級褶曲構造，C9煤層組受破壞更為激烈，如在304采區+20m區段，303采區從-60、-90m、-130m三個區段均有巷道揭露或穿過F3斷層，斷層帶破碎，巷道壓力大，破碎帶一般寬度1～5m。根據實際開采揭露,在斷層兩側煤層受到極大破壞，巷道圍巖破碎，采面支護量大。F3正斷層位于井田東北部，從5線以北東方向往1線延伸，全長超過1500m，斷層傾向北西，傾角65°，水平斷距90m，為張性正斷層。斷層帶寬度2～3m。在402采區－170C0北巷過該斷層時，C0煤層直接與C1煤層接觸，C1煤厚達3.4米，并夾有大量煤團塊及透鏡狀巖塊，過斷層掘進16米時，迎頭3米范圍內發生了大面積冒頂，致使工作面要退出重新開口。

2.斷層構造對安全開采的影響

煤巖層產生斷層的區域是地質應力作用較強烈的地方，對煤巖層的完整性破壞很大。另外，斷層帶一般具有導水性或局部導水性，在不明斷層類型下進行作

業時，特別是采面回采，沒有采取相應的安全防護措施，一旦遇到導水斷層，斷層水，地表滲透水及斷層相通的井下積水區的水就會沿斷層帶進入工作面造成水害事故；若遇到斷層帶的煤層增厚帶，采取不正確的開采方法或是不妥當的支護措施，易釀成煤巖層冒落而產生冒頂事故，嚴重制約了煤礦的開采安全。

2.1在采掘工作面，煤層與巖層的硬度相比，煤層的硬度較小，受到斷層的牽扯應力后，容易產生塑性流動，聚集增厚甚至形成煤包，煤層結構受到破壞，煤巖質變松。受擠壓流動后接觸面光滑，呈透鏡體構造賦存。當在該煤巖層施工或是開采時，原來的應力平衡受到破壞，全部壓力都集中在巷道兩幫及頂板上，容易產生壓斷棚梁，造成了煤巖層垮落事故。如在掘進308采區軌道上山時，因支護方式不正確導致該上山發生了冒頂。該上山發生冒頂的地點由于受F27斷層構造的影響，煤巖層受到擠壓產生斷裂，斷層帶內夾有角礫及煤團塊及透鏡狀結構巖塊，在掘進到該地點時，未搞清楚構造情況，沒有采取正確的支護方法和有效措施，僅采用普通的木架棚背頂支護方式。由于受斷層應力擠壓作用，巖層構造被破壞，巖層松懈，層與層之間的接觸面光滑，之間的摩擦力減小，全部的壓力都集中在木棚上，木棚承受不了壓力，發生冒頂。

2.2在斷層上、下兩盤，由于受斷層牽扯影響，經常會產生次一級的向背斜構造，在背斜的軸部，煤巖層受到拉伸，煤巖層與煤巖層之間的粘合力降低。在向斜軸部，煤巖層的頂板受到擠壓，煤巖層的結構受到嚴重的破壞，裂隙極為發育。在這些向背斜軸部未進行施工掘進或回采前，煤巖層都緊緊靠在一起，受到各自底板的支撐，不會產生掉落。當向背斜軸部的煤巖層被施工后，頂板失去底板的支撐，壓力平衡被破壞，重新分布的壓力集中在頂板上，破碎的頂板就很容易產生局部冒落。

2.3在斷層帶附近，由于受到剪切應力的作用，次一級的小斷層較為發育，有的產生頂板斷裂底板不斷裂或底板斷裂頂板不斷裂的現象，有的產生裂隙，嚴重地破壞了地層的完整性。同時，在地質應力的作用下，局部斷層附近地段原來局部可采的煤層（代表性有C10煤層）可能產生煤層聚集增厚，當在斷層帶附近開有采時，頂板以上的煤層被采空后，壓力集中在頂板上，加上頂板被破壞，就易發生冒頂。如210采區＋50C10南塊段復采工作面，該工作面C10煤層頂板存在一條順層斷層，斷層延伸影響至C10煤層的直接頂，因受斷層牽扯影響，C10頂板巖性極為破碎，巖塊直徑小于20cm。當該采面回采至該斷層位置時，由于頂板破碎且支護措施不正確，導致發生了冒頂。

2.4斷層帶內由于巖性破碎，易成為導水通道，當斷層與上部采空區積水區或地表水相連，井下的采掘工作面一旦遇到斷層時，水就會沿著斷層帶進入工作面，引起透水事故。斷層帶也是氣體的通道，當采掘工作面遇到斷層，而該斷層又與采空區或瓦斯聚集區相連通，有毒有害氣體就會沿著斷層帶進入工作面，引起中毒事故。

3.應采取的防范措施

斷層構造對于煤層的延續性及賦存產生很大的影響，同時也使煤巖層的完整

性受到破壞，給煤礦的開采安全帶來了極大的威脅，為了能充分地開采煤炭資源，實現安全生產，必須做好以下工作。

3.1加強管理人員地質知識的培訓力度。要摒棄原來安監員只培訓安全監察的內容，采掘技術員、作業人員只培訓施工方式、采面布置、回采管理等培訓舊模式，而應加強對礦井地質常識，特別是礦區內存在影響較大的斷層構造及對煤巖層產生的影響和破壞程度、采掘工作面斷層構造形態的判斷、斷層性質的判斷（如是否導水斷層）等方面的培訓工作，以提高對斷層構造與開采安全之間關系的認識，提高在斷層影響區段進行開拓掘進、煤層開采的技術管理。對于每個工作面開工前，地質人員必須把該工作面預計在哪個位置將揭露什么斷層，斷層對于煤巖層的破壞程度向現場管理人員及施工作業人員說明清楚，并結合各方面收集的資料，正確布置掘進施工、采面回采的方案，并做好現場施工過程的監督工作，確保安全生產。

3.2實行采掘工作面構造動態匯報制度。加強采掘工作面地質動態構造的預測預報工作，在采掘工作面施工過程中，及時提供較可靠的即將揭露構造類型及形態變化對煤巖層可能產生的影響及破壞，根據不同的構造形態采取不同的掘進、開采方案，制定相應可靠的安全技術措施。一是班組人員（主要是班長）在工作面構造發生變化時必須第一時間打電話向礦調度室匯報，由礦調度室打電話向生產、安監部門匯報，及時安排人員到現場進行查看并制定補充安全技術措施；對于如實匯報構造變化的人員給予適當的獎勵；二是技術員、安監員現場發現的構造變化情況必須及時向各部門匯報，便于制定措施，確保安全生產信息資源共享、信息溝通交流暢通；三是安監員必須加大對工作面炮后管理力度，只有在炮后才能發現頂板構造變化情況。

3.3加強采面技術管理。一是要加強采掘工作面的支護管理。對回采工作面回采過程中遇斷層構造時，必須及時優化采煤方法，改變支護方式，縮小采面的控頂面積，同時要加快工作面推采進度，確保回采安全。對于井巷工程揭露的斷層帶大于0.5米地帶，杜絕使用木支架支護，而應采用礦工鋼進行支護，并采取防倒棚措施；服務年限較長的開拓系統工程，及時采用砌碹支護，同時嚴格執行背幫過頂措施，防止幫、頂碎矸滑落，形成未支撐空間。二是要加強井田內的水文地質工作，及時提供礦井內的水文地質情況，了解現有的采掘工作面周邊的老采空區的積水分布情況，特別是周邊存在斷層構造的老采區積水區，制定可靠的防治水措施。

4.結語

在采掘開采活動中，現場地質構造是動態變化的，只有充分認識斷層構造的類型及對開采安全的影響程度，提前做好預測預報，加強過程監管，事先采取有效的防范措施，方能確保開采安全。