第10章-影响煤矿生产的地质因素

2020/4/241第10章影响煤矿生产的地质因素矿井地质构造煤层厚度矿井水矿井瓦斯岩浆侵入岩溶陷落柱煤层顶、底板矿山压力与冲击地压煤尘煤的自燃与地温2020/4/242第一节矿井地质构造地质构造是影响煤矿建设和生产的各种地质因素中最重要的因素之一。地质构造包括褶皱、节理和断层。其中，断层是矿井地质构造的研究重点。矿井地质构造按其规模大小和对生产的影响程度，可分为大、中、小三种类型。大型构造：指决定井田边界的大型褶曲与断层，这类构造在勘探阶段已基本查明。中型构造：指分布在井田范围内，影响水平、采区划分和巷道布置的次一级构造，它们对煤矿生产影响极大，是矿井地质工作的重点。小型构造：指那些在巷道或工作面中比较容易查明全貌的更次一级的褶曲与断层。2020/4/243一、褶曲构造（一）褶曲构造对煤矿生产的影响1．大型褶曲大型褶曲在勘查段已经查明，它的规模、方向和位置影响到井田的划分和矿井开拓方式及开拓系统的部署，是矿井设计考虑的主要问题。2．中型褶曲中型褶曲对整个矿井的开拓部署影响不大，但对采区的布置关系密切，影响到采区的大小和采区巷道的布置。3．小型褶曲小型褶曲是在回采工作面准备过程中，在巷道中揭露的幅度仅几米到几十米，长度为几米到几十米的褶曲。小型褶曲还往往引起煤层厚度发生变化，使生产条件复杂化。小型褶曲特别发育时，甚至会使煤层变为不可采。2020/4/244（二）煤矿生产中褶曲构造的研究1．褶曲的判断判断井下褶曲的存在，主要是根据煤、岩层产状的规则变化和岩层层序的对称重复出现这两大标志。在褶曲发育地区，褶曲轴的位置与采区的划分和采区巷道布置关系密切。一般经常把回采运输巷布置在向斜轴部，而把通风巷布置在背斜轴部。因此，判断和查明褶曲轴的位置，延展方向，轴的长度，轴的倾斜和起伏情况，标高值等是矿井地质工作的一项重要任务。一、褶曲构造2020/4/245（二）煤矿生产中褶曲构造的研究1．褶曲的判断判断褶曲轴的方法有两点：（1）根据上部资料推断。对于下部新开拓的煤层，可用上部已揭露查明的资料下延推测褶曲轴的位置和方向。但在不对称褶曲中，不同煤层的褶曲轴在平面上的投影位置是不同的，必须在查明轴面产状的基础上再结合煤层的层间距推断轴的位置。（2）根据区域构造线方向推断。在新区资料较少的情况下，根据个别点上的褶曲轴的资料，结合区域构造轴的方向来推断褶曲轴的延展方向。一、褶曲构造2020/4/246（二）煤矿生产中褶曲构造的研究2．褶曲的观测（1）对在巷道中能看到全貌的小褶曲，应系统观测褶曲轴的位置、方向、产状。对中型褶曲，在一条巷道中不能观测到全貌时，应准确鉴定观测点处的煤层，岩层层位及其顶底面顺序，岩层产状、煤厚变化，以及与其伴生的次一级小构造等，然后将所观测到的资料投绘到平面图和剖面图上，在图上综合分析，确定褶曲轴的位置延展方向。（2）观测描述褶曲两翼的岩层产状，褶曲宽度和幅度，褶曲的延展变化及向深部的延伸趋势。一、褶曲构造2020/4/247（二）煤矿生产中褶曲构造的研究3．褶曲的探测根据已有资料判断褶曲轴的位置、方向和展布，常带有推断性。这种推断，常不能作为指导生产的依据，因此有必要进行探测。对褶曲的探测，应尽可能地利用已揭露的各种资料，通过作图分析，初步判断其类型和分布范围。当有些部位的构造形态不清楚时，最好采用将来能用于生产的探巷加以查明。对复杂构造，控制很少的褶曲，则应在井下邻近巷道用钻探查明。一、褶曲构造2020/4/248（三）褶曲的处理通过对褶曲的判断、观测、探测，已基本查明它的位置、方向及产状变化。在此基础上可对褶曲采取如下措施进行处理。1．大型褶曲（1）褶曲轴线作为井田边界。有些大型向斜，由于轴部埋藏较深，开采困难，多作为井田边界，其两翼分别由两个或几个井田开采。有些大型宽缓背斜，两翼煤层距离较远，井下难以形成统一的生产系统，可以褶曲轴为界，两翼分别有两个井田开采。一、褶曲构造2020/4/249（三）褶曲的处理（2）大型褶曲在井田开拓部署中的处理方法。不是所有的大型褶曲轴都必须作为井田边界，在有的井田内也可以有大型褶曲存在。若在井田内有大型背斜构造，开拓系统中常把总回风道布置在背斜轴附近，两翼煤层均可利用。有些位于向斜构造的矿井，常把运输巷道布置在向斜轴部附近，用一条运输巷解决向斜两翼的运输问题。如果利用立井或斜井开拓，井筒位置最好不要布置在向斜轴部附近，因为这种井筒布置须留较大的保护井筒煤柱，损失煤炭资源。大型向斜轴部的煤层顶板压力常有增大现象，必须加强支护，否则极易发生垮塌事故。在高瓦斯矿井中，若岩层透气性差，背斜轴部常是瓦斯突出危险区，应引起足够重视。一、褶曲构造2020/4/2410（三）褶曲的处理2．中型褶曲（1）以褶曲轴线作为采区中心布置采区上山或下山。对开阔的平缓褶曲，以向斜轴作为采区中心，向两翼布置回采工作面，采区走向长可达1000m以上。（2）以褶曲轴作为采区边界。在较紧闭的褶曲轴部，次一级构造往往发育，因此常以褶曲轴作为采区边界。（3）工作面直接推过褶曲轴。当褶曲较宽缓，而规模不太大时，可布置单翼采区，工作面直接推过褶曲轴部。一、褶曲构造2020/4/2411（三）褶曲的处理3．小型褶曲（1）采面重开切眼生产。在小型褶曲发育地区，常见到煤层突然增厚或变薄，甚至不可采，使工作面无法通过，需要重新开掘切眼进行生产。（2）采面运输巷改造取直。煤矿要求运输巷在60m内不能有大的弯曲，弯曲过多无法使用。由于小褶曲存在，使煤层平巷弯弯曲曲，为满足生产要求，巷道需要改造取直。一、褶曲构造2020/4/2412二、断裂构造（一）节理（裂隙）对煤矿生产的影响及处理1．影响钻眼爆破效果当岩石中节理发育时，炮眼方向如与主要节理组平行，不仅容易卡钎子（尤其是用“一”字型钻头），而且在爆破时沿裂隙面漏气，爆破效果大大降低。所以，炮眼方向应尽量垂直主要节理面布置。2．影响开采效率在回采高变质和低变质煤层时，根据节理面的方向和发育程度，合理布置回采工作面，可以提高生产效率。煤层中发育两组节理，一组倾向西，倾角50°～55°，较发育；另一组与之垂直，不太发育。若工作面由东向西推进，煤块容易顺发育的节理面采落，生产效率高，工作面推进快。相反则生产效率低，进度慢。2020/4/2413（一）节理（裂隙）对煤矿生产的影响及处理3.影响顶板控制方法煤层顶板岩石节理发育时,工作面顶板支护一般不能用顶柱,而要采用顶梁,并且顶梁不能平行主要裂隙组方向，应与主要裂隙组有一定交角,以防止顶板沿裂隙面冒落。4．影响工作面布置当煤层顶板节理发育时，回采工作面布置要考虑节理的方向，以利于顶板支护。如果工作面平行主要裂隙组方向，容易发生冒顶事故。因此工作面布置最好与主要节理组方向有一定交角或接近垂直。二、断裂构造2020/4/2414（一）节理（裂隙）对煤矿生产的影响及处理5．对其它方面的影响节理发育的地段，是地下水和矿井瓦斯的良好通道。如果工作面采前要进行瓦斯抽放，一般应使回采准备巷道与主要节理组方向成一定角度。为保证回采的安全，应在采前查明节理的发育程度及其与水源的导通情况。二、断裂构造2020/4/2415（二）断层对煤矿生产的影响断层破坏了煤层的连续性和完整性，对煤矿生产造成了很大影响。断层规模不同，对生产的影响程度不同。目前对断层规模等级的划分标准尚不统一。根据煤矿工作实践，建议采用下列划分标准：落差大于50m为特大型断层，落差50～20m为大型断层，落差20～5m为中型断层，落差小于5m为小型断层。二、断裂构造2020/4/2416（二）断层对煤矿生产的影响断层对煤矿生产的影响主要表现在以下七个方面：1.影响井田划分断层是井田划分的主要依据之一。在井田划分时，若井田内存在着大断层，必然会增加岩石巷道掘进量，并给掘进、运输、巷道维护、矿井水和矿井瓦斯防治等带来困难。2.影响井田开拓方式若井田内存在大型断层，煤层必然被截割成若干不连续的块段，断层附近煤层倾角加大，井田内煤层产状变化复杂，开拓方式的选择受到限制。二、断裂构造2020/4/2417（二）断层对煤矿生产的影响3.影响采区和工作面布置井田内不同类型中、小型断层的存在，会给回采、运输、顶板管理和正规作业循环等造成困难，使煤矿生产水平划分、采区划分和工作面布置受到不同程度的影响。4.影响安全生产由于断层带岩石破碎，岩石强度降低，容易聚集瓦斯、导通地表水和地下水，引发矿井突水、瓦斯突出和坍塌冒顶事故。二、断裂构造2020/4/2418（二）断层对煤矿生产的影响5.增加煤炭损失量断层两侧需留有一定宽度的断层煤柱，形成煤炭损失，断层越多，断层煤柱损失量越大。6.增加巷道掘进量在巷道掘进中遇断层，可能会引起生产设计方案调整和寻找断失煤层，导致巷道掘进量增加，甚至会形成大量废巷。7.影响煤矿综合经济效益煤层内断层的破坏程度与煤矿劳动生产率，吨煤成本、千吨掘进率、煤损失率和机械化开采水平等有着密切的关系，直接影响着煤矿生产的经济效益。二、断裂构造2020/4/2419二、断裂构造（三）煤矿生产中断层的研究1.断层的判断断层的出现不是孤立的，常在断层附近的煤、岩层中伴生一些与正常情况不同的地质现象，这些现象预示者前方可能有断层存在，应作好过断层的准备工作。在断层出现前，可能遇到的征兆，主要有以下几种现象：2020/4/24（1）煤层、岩层的产状发生显著的变化时，可能有断层存在；（2）煤层厚度发生变化，煤层顶底板出现不平行现象时，可能有断层存在；1.断层的判断二、断裂构造2020/4/24（3）掘进巷道中经常出现明显的小褶曲（如开滦唐山煤矿），或煤层常发生强烈揉皱，滑面增多或变为鳞片状碎煤（如淄博龙泉矿）等现象时，可能有断层存在。二、断裂构造2020/4/2422（4）煤层和顶、底板中的裂隙显著增加，并有一定的规律性时，可能有断层存在；（5）在大断层附近常伴生一系列小断层，这些小断层是判断大断层的重要标志；二、断裂构造2020/4/24（6）在高瓦斯的矿井，在巷道中瓦斯涌出量常有明显变化地段，可能有断层存在。如焦作矿务局焦西矿掘进巷道时，遇断层前后瓦期涌出量出驼峰现象。利用这一规律，也可预见掘进前方有断层存在。（7）充水性强的矿井，巷道接近断层时，常出现滴水、淋水以至涌水的现象，可能有断层存在。瓦斯增加大显驼峰二、断裂构造2020/4/2424（三）煤矿生产中断层的研究2.断层的观测（1）确定断层位置。在井下从已知测点用皮尺丈量距离,以确定断层的位置。对于落差较大的断层，往往出现数个断裂面，要找出主要断裂面的确切位置并把测量结果绘在巷道平面图或剖面图上。（2）观察断层面特征。观察断层面的产状(是平坦的、粗糙不平的、还是舒缓波状的)；断层面擦痕特征；断层破碎带的宽度及其变化；破碎带充填物特征(是断层角砾岩、糜棱岩还是断层泥)；充填物的成分﹑大小﹑排列及胶结情况。（3）观察断层的伴生派生构造。对断层上、下两盘的煤岩层产状、厚度变化、牵引现象、羽状节理、帚状构造等进行观察,为确定断层性质和寻找断失煤层取得依据。二、断裂构造2020/4/2425（三）煤矿生产中断层的研究2.断层的观测（4）确定断层性质及断层力学性质。在上述观察基础上，结合矿井构造规律，确定断层性质，同时还应确定断层面的力学性质（是压性面、张性面或是扭裂面等）。（5）测量断层面产状。可在断层面上用罗盘直接测量，还可从巷道两帮断层面同标高两点拉皮尺，用罗盘测皮尺方位，得到断层面走向。断层面倾角可以直接测量真倾角，也可测量断层在巷道方向上的伪倾角，然后换算出真倾角。（6）确定断层的落差。落差系指断层两盘同一层面断失点之间的标高差。除测量落差之外，还要测量地层断距。当断距较大时，根据断层两盘煤岩层层位对比并结合地层柱状图，可推算出地层断距。二、断裂构造2020/4/2426（三）煤矿生产中断层的研究3．断层的探测（断失煤层的寻找）在掘进过程中遇到落差较大的断层时，常不能看到另一盘的煤层，由此需寻找断失煤层。因此，确定断层性质和断距已成为正确决定巷道掘进方向的重要问题。目前，煤矿中判断断层性质和确定断距的方法主要有以下