斷層、陷落柱構造對四台井田煤層厚度的影響及處理

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斷層、陷落柱構造對四台並田煤層厚度昀影響及處理

同煤集團四台礦地測科 楊仁禮

[摘 要]煤層厚度的變化是製約煤礦采掘工作順利進行的重要製約因素之一，分析影響煤層厚度變化的地質構造因素，更好地預測

分析煤厚變4~： t-L律，合理布置采掘巷道和選擇合理的采煤方法，對煤礦生產具有一定的科學指導意義。

[關鍵詞]斷層 陷落柱 煤礦生產 處理

四台礦是年設計‘生產能力500萬噸的特大型礦井，現主采煤層賦

存極不穩定，礦井內褶皺斷層、陷落柱多，夾石厚度變化大，為回采工作

帶來極大困難。為了降低成本，有效提高資源回收率及生產效益，本文

分析井田內斷層、陷落柱構造對煤厚影響，製定合理有效措施，確保礦

井安全順利生產。

一

、 礦井概況

同煤四台井田位於大同市兩27公裏、雲岡溝內十裏河中遊，井田

範圍北起劉安窯、上深澗礦南界，南與大鬥溝、同家梁、永定莊礦相接。

東部自北而南與北辛窯礦、黃土坡礦、張家灣礦及大同市地方小煤礦相

鄰，西部和鵲兒山礦、燕子山礦相鄰。井田南j 長12. 2公裏，東兩寬8

公裏，麵積65.45s4平方公裏。開拓方式為主、副斜井與副立井混合式，

井田內設一個水平分盤區開采全部煤田，采煤方法采用傾斜}乏臂大冒

頂後退式，現主采12#和14#煤層。

二、礦井地質情況

1、煤層情況

四台井田侏羅紀煤係主要賦存於中統大同組，含煤21層，可以對

比的15層，煤厚15.54米，含煤係數8.3%，達可采厚度的l2層，其中大部

分可采的7層，局部可采的5層，不可采3層。其特點是煤層層位比較

穩定，但厚度不穩定，其煤厚變化比較大，變異係數在39.53%

101.28%之間，可采指數在

逐漸變小趨勢，煤層分叉合並現象嚴重。

2、地質構造情況

四台井田處於大同向斜北西翼，呈～單斜構造，伴有次級小型褶

皺。地層總體走向北東，傾向南東，傾角小於1O。。經過2O多年的開

采，揭露落差1米以上的斷層124餘條，陷落柱33個。從煤層底板等高

線來看，四台井田內有4個比較明顯的褶皺構造，分別為陶溝背斜、田

草溝向斜、楊樹灣向斜、小村向斜，其中對煤層的影響主要是402盤區

的田草溝向斜及田草溝向斜東翼發育的落差32米的斷層，西翼發育的

落差23米的斷層，303盤區楊樹灣向斜及向斜北西翼發育的落差11米

的斷層，東南翼發育的落差12米的斷層;402盤區集中盤區巷北部。

l1}}層5225巷揭露的一個陷落柱，掘進350米，未穿過陷落柱;410盤區

皮帶巷揭露的一個陷落柱，掘進250米未穿過柱體。

3、斷裂在煤礦生產中的影響

岩層受力斷裂後，其破裂麵兩側的岩塊有顯著位移的稱為斷層，無

顯著位移的稱為節理，斷層和節理統稱為斷裂構造。

根據裂隙的產狀和岩層的產狀關係，裂隙可分為：走向裂隙、傾向

裂隙和斜交裂隙;根據斷層上下盤移動的方向可分為正斷層、逆斷層和

平推斷層，斷裂構造發育的地區，經常是許多斷層以某種組合形式出

現，其中有：地塹和地壘、迭瓦狀構造、階梯狀構造。

四台井田內查明4米以上斷層有1O條，且小斷層及滑動構造較為

發育，構造麵多具細膩致密的構造膜泥，封閉性較好，推壓扭搓特征明

顯。四台井田內斷層主要為正斷層，斷層最大影響是煤層厚度變化較

大。實際工作中發現，斷層的落差越大，煤層變薄範圍也越大;斷層切

過煤層頂底板岩石的強度越小，煤層變薄範圍越小;斷層傾角越大，則

煤層變化範圍越小。

4、喀斯特陷落柱在煤礦生產中的影響

喀斯特陷落柱是由於煤層下伏碳酸鹽岩等可溶岩層，經地下水強

烈溶蝕，形成空洞，從而引起上覆岩層失穩，向溶蝕空間冒落塌陷，形成

筒狀或似錐狀柱體，故以它的成因和形狀取名為喀斯特陷落柱，簡稱陷

落柱。在陷落柱發育地區，煤層在平麵上出現大小不一的環形無煤區，

煤層厚度僅在垂直方向上呈柱狀陷落破壞，陷落柱周圍頂底板產狀異

常，向塌陷中心頃伏，小斷層增多。它常使煤層的完整性遭到破壞，給

煤層開采帶來很大困難。在水文地質條件複雜的礦井中，它也是不可

忽視的水害隱患。

四台井田陷落柱主要分布在402盤區及307盤區，404、303及南盤

區有零星分布。其中402盤區陷落柱柱體範圍大，長軸在40米～500米

左右;307盤區陷落柱柱體範圍小，長軸在1O米～50米左右;44盤區和

303盤區陷落柱分布零散，數量少，長軸在30米左右;410盤區陷落柱分

布少但陷落柱範圍大，目前盤區巷道揭露的長軸在350米以上，南部勘

探期間發現的一個陷落柱長軸在350米以上，對巷道布置及工作麵回

采影響很大。

三、煤礦生產中斷層、陷落柱的處理

1、斷層的處理

(1)平巷過斷層：平巷過斷層分為穿過煤層頂板(或底板)和順斷層

麵掘進兩種方式。即當煤層平巷遇斷層後，要求不改變巷道方向而改

變巷道坡度過斷層，其中有破頂板掘進和破底板掘進兩種情況。選擇

哪種方式要看斷層類別而定。當煤層平巷遇斜交斷層，如果斷層帶的

壓力不大，無瓦斯和水威脅時，可沿斷層帶掘進並進入另一盤煤層，如

果斷層帶岩石破碎壓力不大又有瓦斯和水的威脅時，則不能緊靠斷層

麵開掘巷道，而應使巷道穿過斷層麵後，距斷層麵一定距離，平行斷層

走向開掘石門進入另一盤煤層。

(2)傾斜巷道過斷層：上山、下山等巷道遇斷層後，可以根據生產的

要求采取多種形式通過斷層，當斷層落差較小時，根據斷失盤是上升盤

還是下升盤分別采用挑頂或挖底的方式通過斷層。無論選擇什麼方

式，都必須使改變後的巷道坡度變化不大，有利於運輸。當斷層落差較

大時，為防止丟煤和少掘巷道，可根據巷道用途、斷層麵產狀、斷層性質

等采用改變巷道坡度或開掘石門的辦法通過斷層。

(3)回采期間，對於傾向斷層或斜交斷層，當斷層落差較小，可以采

用強行通過的方法，當斷層落差大於煤厚時.提前在斷層另一盤重新開

掘切眼，待T作麵推進到斷層處，停止回采， 作麵搬家到新切眼內繼

續開采。410盤區81009丁作麵由於落差2米斷層影響且煤岩堅硬，過

斷對機組損傷大，采取了重開切眼的方式。雖然損失了一部分煤炭的

開采，但礦井完成正常的采掘布署。

(4)回采期間，對於走向斷層，當斷層落差大於煤厚時，可在斷層兩

側補掘中間平巷，把原來一個采麵劃分為兩個采麵分別回采。對於落

差一端大一端小的斜交斷層，可采用合采與分采相結合的方法。此外，

為了讓綜采T作麵順利通過斷層，還可以采用超前處理斷層方法，即滑

落差小於煤厚，但煤層頂底板岩石較堅硬的斷層，用風鎬或鑿岩機打眼

放小炮，將斷層帶煤層頂底板削平，以利於采煤機和液壓支架順利安全

通過斷層。

2、陷落柱的處理

(1)井下巷道遇到陷落柱前的征兆

a. 煤岩層產狀變化：煤層傾角變化約為3—6度，個別達1O度，影響

範圍為10—20m;

b.裂隙增多;

c.，j、斷層增多;

d.煤層的氧化現象和煤質變化;

e.礦井水量增大;

f. 煤層中擠入破碎岩塊。

(2)陷落柱的預測和探測

在預測方麵，要根據陷落柱的分布規律結合礦區的具體條件，如岩

性、構造、地下水徑流等，劃分了陷落柱發育帶，進行定性預測，並總結

陷落柱的預報標誌。在陷落柱探測方麵，要應用多種物探方法，如電法

勘探法、無線電波透視法、地震波法、磁法、放射性探測法以及重力探測

法等。

(3)在陷落柱發育礦區，常使煤層遭受到不同程度的破壞，煤炭儲

量減少，無法布置正規回采工作麵，給機械化開采造成極大的困難，嚴

重的可使部分煤層失去開采價值。因此，在設計時盡量把陷落柱留設

在煤柱中，既減少煤炭損失，又保證生產安全。掘進遇陷落柱時，礦井

主要巷道(開拓巷道、采區和采麵運輸巷道)，應按原設計施工，直接穿

過陷落柱，同時注意安全，特別是防止礦井水或瓦斯的湧出。如果是回

風巷，可采取繞過的方法，同時起到探明陷落柱的作用。回采工作麵中

遇到陷落柱，一般應先探明其形狀、大小、位置，然後決定處理方法。四

台礦402盤區11#8209工作麵在回采到210米時遇到長軸50米、短軸30

米陷落柱，如果當時采取重開切巷繼續開采，這樣會損失大量的煤炭資

源，我們對該陷落柱綜合分析後，探得陷落柱柱體較鬆軟，可以直接穿

越。

岩溶陷落柱屬於隱伏垂向構造，其導致的突水具有隱蔽性、突發性

且與岩溶水的天然聯係等特點，隨著開采環境日趨複雜，水壓、地應力

和瓦斯不斷增大，陷落柱的水害問題更加突出，其預測預防任務將更加

緊迫、艱巨。

結語

引起煤層厚度變化常是多種因素複合作用的結果，隻是其中某種

因素起主導作用。因此，在煤礦生產中，研究地質構造特征、總結構造

形態和發育規律，進而開展地質構造預測和地質構造評價是建設本質

安全型現代化礦井地質工作的係統保障。