浅谈小构造对煤矿掘进和采煤的影响

【摘要】近年来时有顶板事故的报道传出来，事故原因主要还是在于煤层中或者是顶板上的不均匀地质构造导致。多于操作者在掘进以及采煤的过程之中，忽略小型的地质构造，使小构造诱发顶板事故。基于此，本文笔者结合多年从事煤矿工作的经验，在阐述几种地质小构造类型的同时，探讨小构造对煤矿掘进和采煤的影响以及防范的措施。

【关键词】煤矿；小构造；类型；影响；措施

【中图分类号】TD132 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）01―0250-01

1.前言

近年来，煤矿顶板安全事故时有发生，该事故主要是因在井下采煤时，由于煤层顶板冒落导致人员伤亡以及设备损坏。而大部分顶板事故是因煤层中或者是或顶板上的小地质构造而导致的。为了有效预防此类煤矿安全事故的发生，有必要了解小构造地质的类型。

2.地质小构造的常见类型

煤矿地质小构造通常伴存于大型的地质构造中，受大型地质构造的控制。主要有：（1）小断层。一般掘进中的小断层主要包括有正断层、逆断层、小裂隙等”。小断层通常落差在5m以下。小型正断层主要以反倾正断层最为常见，通常而言，上盘下降，下盘上升，而断层面与煤层面的倾向正好相反。通常断层面比较平整，煤层及煤层上下两盘的顶底板均较完整，围岩的稳定性较之于逆断层较好。小型逆断层多以同倾逆断层为主，通常而言和正断层相反，上盘上升，下盘下降，断层面及煤层面的倾向一样，断层面不平整，地层的倾角大。逆断层上下两盘的煤层伴有小褶皱，往往会导致巷道的支护条件恶化，增加巷道过构造的难度。小裂隙一般是受到区域地质构造的影响，导致煤岩层的局部应力过于集中，进而造成煤岩层破裂。通常小裂缝会导致岩石的强度变弱，从而增加巷道的支护难度。（2）小褶皱。通常小褶皱主要包括小型向斜及背斜、煤层顶板挠曲构造等，多以煤层顶板挠曲构造最为常见。顶板挠曲的构造一般规模比较小，影响的范围在1-25m左右，主要表现是有一些不规则的小褶皱。小褶皱会导致附近的煤岩层生产塑性变形，致使巷道的支护环境受到破坏，更甚的会导致冒顶事故。（3）复合顶板。煤层顶板通常是由伪顶、老顶以及直接顶构成。部分煤层顶板在直接顶及伪顶间有1层或多层薄煤线，这增加了巷道的支护难度。

3.小构造对煤矿掘进和采煤的影响

掘进及采煤的过程实际上是打破原岩应力平衡的一个过程，其会引起岩体内部的应力再次分布，造成煤层及顶板出现程度不一的变形，又或者是导致巷道及回采工作面四周的煤、岩受破坏。一般有小地质构造时，其的相应应力变化会在掘进和采煤的过程中明显表现出来。若在此时，管理顶板不善、压力持续增大、支护的质量又低以及岩石变形超过弹性变形的极限的话，就会导致断裂、垮落以及局部冒顶等现象发生，对煤矿掘进及采煤的影响十分重大。首先是在回采的过程中，遭遇小构造时，顶板及煤层受到围岩压力的影响，出现程度不一的破碎及变形，极易产生局部冒顶。尤其是在放顶煤的回采工作面，顶板及煤层破碎之后，会顺着架前煤壁掉落，形成一个空间，这就容易导致顶板发生大面积的垮落，或者是支架的上方悬空，更严重的还会发生倒架危险，极大影响到了煤矿的安全生产。其次是在掘进的过程中，遭遇小构造时，通常会出现局部冒顶，产生巷道的高冒区，这样极易导致瓦斯积聚，进而给煤矿的安全生产带来隐患。第三是在掘进的过程中，顶板及煤层有时没有发现异常，部分地方顶板仍很平整，没有尚看出小构造的相关预兆；可是在上顶板锚杆及锚索时，由于钻机钻进的速度比往常的速度明显快，这就说明煤层的顶部有小构造，这种隐蔽的小构造往往比那种容易发现的小构造要令人害怕，更容易导致冒顶事故。因此更应该重视此类隐蔽式的小构造。

4.预防小构造的相关措施

4.1 采煤工作面关于局部冒顶的预防措施

采煤工作面局部冒顶事故发生之前，一般有如下的预兆：顶板有裂缝，而且裂隙张大增多，裂隙内又活矸，有掉矸、掉碴甚至掉块矸石等现象出现，煤层和顶板的接触面上有矸石片脱落，淋头加大等现象。具体的预防措施如下：应用浅截深割煤，一次截深的深度不宜超过0.5m；在结束采煤机割煤之后，应该及时移架，又或者是采用超前柱金属顶梁补打临时支护，这样可以有效减小控顶的距离。在必要的情况下可仅割底煤，移溜后用风镐破顶煤，破一架移一架。在移置输送机的过程中应采用相应的安全措施。输送机在进行整体移位时，易使顶板破碎，有可能导致冒顶。因此，必须采取与之相应的措施：应按照常规移动；应一边移机、一边搭建临时支柱以及支基本的支柱，将空顶时间尽可能缩至最小的限度内，并在顶板破碎处先打上托板后再移机。工作面的上、下出口要有特种支架。工作面的上、下出口控顶面积较大，时间较长，在超前支承压力作用下，顶板下沉量大，设备移动时反复支撤。因此，这些地段顶板容易破碎，一般采取上、下顺槽中超前工作面架抬棚，有时还要加打密集支柱或木垛支护。

4.2 掘进过程中关于局部冒顶的预防措施

掘进过程中局部冒顶事故发生之前，常有以下预兆：顶板裂隙张开，裂隙增多，敲帮问顶时发出不正常的声音；顶板裂隙内卡有活矸，并有掉碴、掉矸现象，先小后大；煤层与顶板接触面上，有很薄的矸石片不断地脱落；滴淋水从顶板劈裂面滴落。预防措施：顶板、巷帮支护必须紧跟迎头，不允许有任何滞后，必须坚持“掘一排、支护一排”原则。严禁使用不合格的支护材料及配套设施。严禁空顶作业，严格执行敲帮问顶制度，要把专人观山落实到迎头每一道工序中，防止顶板事故发生。配备必要的矿压观测手段，观压观测每隔50m安设一顶板离层仪，要安排专人按要求安设、观测，并做好记录。巷道地质条件发生变化时，应按变化程度，调整支护参数或采取应急措施及时处理。掘进时，片帮或冒顶会使巷道超宽或超高，当超过400 mm时，应及时处理，必须根据具体条件补打临时支护。工作面必须配备临时支护材料，以备待用。

4.3 关于隐蔽式小地质构造的预防措施

遇到隐藏的小地质构造时的预兆：打顶板锚杆和锚索时，感觉出锚杆的钻进速度明显要比平时的速度要快；打好锚杆和锚索后，出现淋水，有时淋水会很大。预防措施：掘进工作面要制定相应的制度，对出现类似的情况，必须进行汇报和登记，并进行挂牌管理。打好锚杆和锚索后，立即补打其他类型的支护。安设顶板离层仪，安排专人按要求安设、观测，并做好记录。工作面必须配备其他类型的补强支护材料。

5.结束语

总而言之，在煤矿的开采活动中，必须重度重视煤矿区的地质构造情况，应该及时了解及掌握地质构造的类型以及规模，这是保障安全生产的重要一步。时刻注意地质构造的变化，预防煤矿重大事故的发生。关于地质构造对煤矿安全生产的研究，今后将主要集中在以下几个方面：地质构造对煤与瓦斯突出影响的定量化分析；地质构造对煤层自燃的定量化分析；地质构造对矿区采动损害的定量化分析。

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