维普资讯 http://www.cqvip.com
ＳＣＩ－ＴＥＣＨ＆ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＺＡＴＩＯＮ １科技・信息化 综采工作面地质因素分析及保障措施 在煤炭生产中，地质构造是影 响煤炭生产的基本因素。采取有针 对性的综合地质技术措施．建立安 全高效的煤炭开采地质保障系统 十分重要。以平顶山煤业集团十三 矿为例，根据该矿保存的现有记录 资料和井下已开掘（采）所揭露的 情况，通过大量深入细致的调查， 对整个矿井的地质条件进行了综 合评价，最终建立了高产高效的煤 炭开采地质保障系统。 一、矿井构造发育规律及其影 响综采的地质因素 １．矿井内断层发育规律 通过对平煤十三矿矿井小断 层统计分析，深入现场调研观察和 构造应力场的三维数值模拟计算， 对现已开采（掘）的工作面所揭示 的小断层进行了研究分析．探讨了 小断层的分布、成因及其与大构造 （一般指落差大于３０ｍ断层）的关 系，提出了对十三矿断层发育的新 认识：ｅＰｄ，断层的产状和分布，受 区域构造和井田大断层的控制和 制约，小断层发育趋向与大断层有 相近之处；矿区小断层除与高级别 断层有较密切的共生关系外，还显 示了呈带状分布的特征：低级别和 高级别断层的组合还呈现相向发 育呈“Ｖ”字形的特征；矿区小逆断 层发育，至少发育有两条由大量小 断层组成的逆冲断层带，还有零散 ●潘景副胡社荣 分布的小逆断层。 ２．断层对综采的影响 在综采工作面的开采过程中， 常遇到断层等构造的影响。由于断 层的出现会引起采煤机局部切割 岩石量大大增加，通常要放炮松动 煤岩体，这样既增加了工作量，又 降低了煤炭质量。另外，断层带顶 板破碎度增加，常会在支架上方造 成不同程度的冒顶，加之顶底板的 不平整，易造成支架歪斜，使支架 的实际支护能力降低，支护阻力显 著下降，甚至出现压死支架的事 故；同时因为管理不到位，就可能 导致重大的灾难性事故发生，损失 大量的人力、物力和财力。 综采工作面能否安全通过断 层，取决于断层的落差、煤层的厚 度、综采设备的最小工作高度、断 层处的岩石硬度及煤层的倾角等 多种因素。通常，当断层落差小于 煤层厚度和综采设备的最小工作 高度之差、且影响范围不大时，可 对综采工作面进行适当改造．通过 补充局部风巷或机巷，加强工作面 断层带处的顶板管理和其他安全 措施，一般能够实现连续综采采 煤；反之，当断层落差和影响范围 较大、且核算工作面硬过断层不经 济时，一般要另开掘工作面切眼进 行搬家，实行跳采。另外，当断层距 盘区边界或工作面停采线不远时， 综采工作面就可以直接躲过断层， 剩余煤炭可由炮采工作面进行回 收，实行综炮联采。 ３．综合地质保障措施 为了减小断层构造对开采的 影响，在布置采区（面）和回采之 前，一方面要根据现有地质资料进 行预测分析，必要时可采用三维地 震等先进的物理勘探手段进行验 证，确定断层的展布方向，提前确 定采区（面）的巷道布置。另一方 面。要运用先进的手段和方法进行 预测和预报。比如，利用有限元程序 分析并模拟了ｌ１Ｏ６０掘进工作面因 有一落差２．Ｏｍ的逆断层面，导致顶 板冒落并造成人员伤亡的重大事 故，运用ＡＮＳＹＳ自带的生死功能 分析模块模拟巷道的开挖，分别模 拟巷道处于断层带及距离断层带 两侧１０ｍ、５ｍ处。结果表明，在断层 带附近掘进巷道，其应力和位移与 距离断层带的远近有很大关系。其 应力极值点分别为一７４７０６７ｐａ和 ７７８４３１ｐａ，远远大于距断层两侧 ５ｍ和ｌＯｒｅ的应力值，应力值随着 距断层的距离增大而减小：巷道的 位移值同样适合这一规律，查明了 此次顶板事故的真正原因。 总之，综采面过断层采煤，必 须针对具体条件，采取不同措施， 既要寻求其普遍规律，又必须认真 研究其特殊性，在长期的实践中不 中田攥发工业２００７．２ ４１ 维普资讯 http://www.cqvip.com
科技・信息化Ｉ ＳＣＩ—ＴＥＣＨ＆ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＺＡＴＩＯＮ 断探索和完善，使得更安全、更省 两个方面对本井田各主要含水层、时实现综采过断层。 风量不宜过高。尽可能减小配风 隔水层的水文地质背景、富水规律 量。对一般综放面的配风量，应控 ／ｍｉｎ左右；搬家后 ＝、影响综采的其他因素和保 和特征、补给关系、给水方式、边界 制在４０Ｏ～５００ｍ３障措施 条件和受构造与采动影响的突水 或采面回采结束后，必须坚持ＣＯ 的定期检查和预测预报，采用日常 平煤十三矿构造应力场的分 机理做进一步的系统分析。积极预 布特征表明。在断层带存在的区 计预测预报。在井田范围内布设观 防火检查与先进的ＣＯ检测手段相 域。局部应力场发生不同程度的变 测网。对保证矿井正常生产具有重 结合的管理方法。保证采面采空区 化。在断层的端点和交叉处，这些 地方的巷道往往变形破坏严重，维 护工作量大；在断层带内一般表现 为应力的减小，所以，瓦斯和水流 往往乘机涌出。并可能引发瓦斯和 突水灾害。 １．综采面突水与防治 断层的存在可以对顶底板岩 层产生以下影响：一方面，断层破 坏了顶底板岩层的完整性；另一方 面。由于构造应力的影响，断层附 近的岩层相当破碎。这就使顶底板 隔水层相对变薄，大大降低了顶底 板岩层的强度（通常降至正常岩层 的七分之一左右），顶底板岩层的 隔水性能将大大降低。同时，采掘 活动在断层及其附近地段对顶底 板岩石破坏的深度显著增大，根据 现场实测的结果，断层破碎带附近 导水裂隙的深度是正常地段的２ 倍。断层破碎带裂隙相对发育，既 可以富水，也可以与含水层导通， 起到贮水和导水通道的作用，在灰 岩地区能促进岩溶的发育。一旦断 层带（破碎带和影响带）充水或导 水，则可直接诱发突水事故。因此， 断层带的水文地质性质对突水的 影响较大，断层是造成煤层底板突 水的主要原因之一。 为了确保矿井不受水害的威 胁。要利用综合系统的分析方法， 通过水文地质调查，从静态和动态 ４２ 中田煤炭工业２００７．２ 要意义。 ２．煤层自燃及防范 煤层自燃必须具备以下三个 条件：大量散落的氧化浮煤、连续 微风供氧和适宜的聚热环境。采面 断层的存在为煤层自燃提供了上 述条件。断层的存在，会经常出现 冒顶等小事故，采面跳眼搬家等， 使得采空区留下大量浮煤；较慢的 采面推进度向采空区内连续微风 供氧。使采空区有一个较好的聚热 环境。客观上具有煤层自燃的可能 性。根据一般综采面推进度与煤层 自燃的关系，以３０～３５ｍ／月为最低 限。在此限以下，都有煤层自燃的 可能性。此外，因断层存在而搬家， 若采空区封闭性差。则有可能引起 煤层自燃。 平煤十三矿由于断层而跳眼 搬家等原因，曾发生过一次煤层自 燃事件。经分析总结，提出针对受 断层影响的综采面的保障措施：在 采面过断层阶段或跳眼搬家前，应 采取措施。防止采空区或老采面存 在大量呈散落状态的浮煤堆积；并 应同时采取与老空浮煤隔离措施， 坚持向采面及老空区洒水灭尘降 温。防止由于设备发热将烘烤的热 煤丢人老空区；机、风两巷必须进 行永久性密闭。与此同时，在确保 综采面的通风系统稳定和满足瓦 斯、温度要求的前提下，工作面配 发火早期有害气体准确预测预报； 探索有效治理煤层自燃措施等等。 ３．岩脉对综采的影响 平煤十三矿内发育有基性侵 人岩体钻孔已经揭示出矿区内存 在基性岩体。在第一开拓水平综采 面多处见到基性岩脉。基性岩体 （脉）的存在，不仅影响了煤的变质 程度。而且也直接影响了煤炭的开 采。在综采工作面内，岩脉的侵入， 影响了综采的进程。也影响到开出 煤炭的质量。从揭露巷道中的煤变 质情况来看，脉体的侵入对煤变质 的影响范围并不是很大。根据岩脉 的展布特征。一般为上尖下粗。据 此．可以在布置下一水平开采面 时。采取绕开或整体采出岩脉的方 法。 三、结论 矿井小构造是影响煤炭生产 的主要因素之一。应大力加强矿区 小构造的观测与研究，正确预测和 确定断层的存在。预防水及瓦斯灾 害的发生；有限元数值模拟可以作 为一种先进的、有效的预测手段运 用到矿井构造预测中；建立新型的 地质保障系统。为建设现代化的高 产高效矿井提供先决条件和坚实 基础。 ｌ作者单位：湖南农业大学工学院。 中国矿业大学北京校区） ｌ责任编辑：张立宽）
