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煤礦地質(zhì)斷層構(gòu)造預(yù)測(cè)的探討論文
一、 前言
在煤礦井下開采中,斷層對(duì)生產(chǎn)的影響是相當(dāng)大的,目前,煤礦井下對(duì)于斷層的預(yù)測(cè)方法很多,地質(zhì)部門可以根據(jù)斷層測(cè)量的結(jié)果有效的預(yù)測(cè)斷層的具體地質(zhì)情況,從而更好的指導(dǎo)煤礦的開采工作。
二、地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤礦生產(chǎn)建設(shè)的影響
1.影響井型規(guī)模和井田地劃分,構(gòu)造破壞嚴(yán)重的礦區(qū)不能建設(shè)大型礦井,而大型斷層和褶皺樞紐往往是劃分井田的自然邊界。
2.影響開拓部署,井田內(nèi)部的斷層和褶皺對(duì)于開采水平的劃分,運(yùn)輸大巷的部署,采區(qū)劃分和巷道布置等等都有直接的影響,構(gòu)造破壞嚴(yán)重的礦井、采區(qū),劃分零亂,巷道系統(tǒng)復(fù)雜。
3.影響掘進(jìn)率,構(gòu)造復(fù)雜的地段,工作面布置往往不正規(guī),需要多掘巷道,甚至造成無(wú)效進(jìn)尺,使掘進(jìn)率比正常情況顯著增大。
4.影響采面正常生產(chǎn),回采工作面內(nèi)出現(xiàn)斷層,給生產(chǎn)造成困難,影響正規(guī)循環(huán)作業(yè),甚至使用權(quán)生產(chǎn)中斷。
5.影響安全生產(chǎn)的條件,構(gòu)造對(duì)礦井涌水,煤與瓦斯突出,頂板穩(wěn)定性起著明顯控制作用,從而增加了井下不安全因素。
三、斷層形成原理與煤礦掘進(jìn)過斷層的關(guān)系
在煤礦掘進(jìn)的過程中,礦井周圍巖石的受力常常會(huì)超過其自身的強(qiáng)度,由于巖體破裂會(huì)逐漸產(chǎn)生裂隙,而裂隙的逐漸堆積最終在巖體上出現(xiàn)一條破裂面,這時(shí)破裂面兩盤相互的滑動(dòng)便形成了斷層面,其中又分為正斷層、逆斷層和平移斷層。正斷層是指上盤推動(dòng)下盤向上移動(dòng),同時(shí)下盤也助力上盤向下移動(dòng),兩者分離邊界壓力而產(chǎn)生了斷層;逆斷層中由于二者相互擠壓,致使上盤向上而下盤向下,背離開來(lái)形成斷層,平移斷層是兩者相反方向平移造成的斷層。
1.斷層的識(shí)別標(biāo)志。斷層不是獨(dú)立存在的,它的出現(xiàn)可以通過附近的一些巖層的不正常現(xiàn)象來(lái)判斷。通過這些判斷,可以使得地質(zhì)勘探人員找準(zhǔn)斷層位置,對(duì)煤礦生產(chǎn)的礦井定位,以及采礦安全都起著十分重要的作用。這些現(xiàn)象主要包括:
2.煤層或巖層出現(xiàn)了不連續(xù)現(xiàn)象 。煤層或巖層的不連續(xù),很可能是由斷層導(dǎo)致的地面升降使得不同年代的巖層出現(xiàn)在同一水平線上。一般情況下,斷層兩側(cè)的巖石年代相差較為懸殊,這都是斷層現(xiàn)象出現(xiàn)后,地殼運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。
3.在煤炭生產(chǎn)過程中,發(fā)現(xiàn)煤層、巖層的產(chǎn)狀、厚度等發(fā)生顯著變化。煤層、巖層的產(chǎn)狀、厚度的變化是由地質(zhì)作用產(chǎn)生的褶皺擠壓的結(jié)果,它使得煤層、巖層的薄厚不一。也有可能是由于斷層的存在,一部分地殼做上升運(yùn)動(dòng),裸露地表,使得巖層、煤層產(chǎn)生了風(fēng)蝕、以及流水侵蝕,當(dāng)時(shí)裸露地表的層面出現(xiàn)了產(chǎn)狀、厚度不一的狀況。經(jīng)過長(zhǎng)年累月的地質(zhì)變化,又重新回歸地殼內(nèi)部,但當(dāng)時(shí)形成的產(chǎn)狀、厚度仍然存在。因此通過研究煤層、巖層的顯著變化也是識(shí)別斷層的重要標(biāo)志。
4.斷層的出現(xiàn)有利有弊,給煤礦生產(chǎn)帶來(lái)巨大影響。任何事物都有雙面性,斷層的出現(xiàn)并不一定給煤礦開采帶來(lái)負(fù)面的影響,它也可能推動(dòng)煤礦開采的進(jìn)展。因此,斷層對(duì)于煤礦開采而言,也是把雙刃劍,會(huì)給煤礦生產(chǎn)帶來(lái)雙重影響。
四、結(jié)合實(shí)例論述煤礦地質(zhì)斷層構(gòu)造預(yù)測(cè)方法和結(jié)果
通過井田內(nèi)采掘過程中實(shí)際揭露出的斷層,結(jié)合鉆孔資料和已掌握的地質(zhì)資料,綜合分析斷層處的頂?shù)装迤鸱⒚簬r層變化趨勢(shì),從而找出斷層附近煤層的變化規(guī)律,用以指導(dǎo)采掘一線的安全生產(chǎn)。
1、井田內(nèi)的構(gòu)造情況 。目前我礦主采煤層為7煤層、8煤層和9煤層,井田內(nèi)的構(gòu)造主要是以斷裂為主,褶皺為輔的基本格局。區(qū)內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造主要是以西北向?yàn)橹鞯膹埮ば院蛪号ば詳嗔?及次一級(jí)的北東向張扭性斷裂。斷裂的性質(zhì)主要以正斷層為主,局部有小范圍的褶曲,但對(duì)回采影響不大,對(duì)煤層的影響也不大。區(qū)內(nèi)的斷層走向西翼以北西方向?yàn)橹?東翼以北東方向?yàn)橹?區(qū)內(nèi)斷層落差較大。
2、斷裂的成因。因?yàn)閿鄬拥谋憩F(xiàn)形式以斷裂為主,所以明白斷裂的成因是很有必要的。在地殼中,由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)其達(dá)到巖石強(qiáng)度極限時(shí),就會(huì)導(dǎo)致巖石裂斷。巖石連續(xù)性的破裂首先表現(xiàn)為節(jié)理,它在力的進(jìn)一步作用下發(fā)展成斷層(移位斷裂)。另外斷裂的形成過程,即從節(jié)理的萌芽開始到各種不同長(zhǎng)度和斷矩?cái)鄬拥男纬?是連續(xù)的過程。這個(gè)過程的強(qiáng)度和連續(xù)性,一方面取決于巖石的成分和結(jié)構(gòu),另一方面又為構(gòu)造形變應(yīng)力參數(shù)和連續(xù)性所決定。
3、受斷層影響,煤層的變化情況。從以上斷裂的成因可以看出,斷層的產(chǎn)狀變化是受巖石的成分和結(jié)構(gòu)及構(gòu)造形變的應(yīng)力系數(shù)所決定的,而地質(zhì)構(gòu)造的變化又會(huì)引起煤層的變化,所以煤層頂?shù)装鍘r性的變化是分析區(qū)域斷層產(chǎn)狀變化的重要因素。我礦煤層的底板情況基本相似,均以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主,無(wú)發(fā)現(xiàn)砂巖底板,頂板有著明顯的變化,這是受沉積環(huán)境的影響所致。比如7、8、9煤層,上山和一水平沉積環(huán)境以湖泊相為主,而下山及三水平是以泥炭沼澤相為主。頂板巖石的成分和結(jié)構(gòu)不同,所以其強(qiáng)度也是不同的,斷層產(chǎn)狀的表現(xiàn)形式也是不同的,對(duì)煤層的影響程度也是不同的。
根據(jù)采掘過程中揭露情況分析和實(shí)際觀測(cè)的結(jié)果,在我礦井田范圍內(nèi)由于斷層的影響,使煤層發(fā)生變化的情況有以下幾種:
(1)以砂巖為頂板的情況;(2)以泥巖和砂質(zhì)泥巖為頂板的情況; (3)煤厚大于3.0m及煤層的普氏硬度小于1.0的情況; (4)煤層的普氏硬度為1.5的變化情況; 。(5)受多條斷層影響的變化情況;
4、巖巷遇斷層的分析與預(yù)測(cè)。利用已知斷層的位置、標(biāo)高、產(chǎn)狀、性質(zhì),編制斷層面等高線,設(shè)計(jì)巷道與斷層面等高線上相交的位置即為巷道遇斷層的位置,具體做法如下:
根據(jù)已知斷層編制斷層面等高線。編制斷層面等高線時(shí)要與巖巷工程平面圖比例相同及合適的等高距,用計(jì)算法求出斷層面等高線的平距。
投繪斷層面等高線。將斷層面等高線嚴(yán)格按照坐標(biāo)、參狀投繪到巖巷所在的采掘工程平面圖上,巖巷將與斷層面等高線不同的高程線相交,根據(jù)巖巷標(biāo)高確定與斷層面同一標(biāo)高高程線相交的位置,該位置即為巖巷過斷層的位置。
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