断层、陷落柱构造对四台井田煤层厚度的影响及处理

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断层、陷落柱构造对四台并田煤层厚度昀影响及处理

同煤集团四台矿地测科 杨仁礼

[摘 要]煤层厚度的变化是制约煤矿采掘工作顺利进行的重要制约因素之一，分析影响煤层厚度变化的地质构造因素，更好地预测

分析煤厚变4~： t-L律，合理布置采掘巷道和选择合理的采煤方法，对煤矿生产具有一定的科学指导意义。

[关键词]断层 陷落柱 煤矿生产 处理

四台矿是年设计‘生产能力500万吨的特大型矿井，现主采煤层赋

存极不稳定，矿井内褶皱断层、陷落柱多，夹石厚度变化大，为回采工作

带来极大困难。为了降低成本，有效提高资源回收率及生产效益，本文

分析井田内断层、陷落柱构造对煤厚影响，制定合理有效措施，确保矿

井安全顺利生产。

一

、 矿井概况

同煤四台井田位于大同市两27公里、云冈沟内十里河中游，井田

范围北起刘安窑、上深涧矿南界，南与大斗沟、同家梁、永定庄矿相接。

东部自北而南与北辛窑矿、黄土坡矿、张家湾矿及大同市地方小煤矿相

邻，西部和鹊儿山矿、燕子山矿相邻。井田南j 长12. 2公里，东两宽8

公里，面积65.45s4平方公里。开拓方式为主、副斜井与副立井混合式，

井田内设一个水平分盘区开采全部煤田，采煤方法采用倾斜}乏臂大冒

顶后退式，现主采12#和14#煤层。

二、矿井地质情况

1、煤层情况

四台井田侏罗纪煤系主要赋存于中统大同组，含煤21层，可以对

比的15层，煤厚15.54米，含煤系数8.3%，达可采厚度的l2层，其中大部

分可采的7层，局部可采的5层，不可采3层。其特点是煤层层位比较

稳定，但厚度不稳定，其煤厚变化比较大，变异系数在39.53%

101.28%之间，可采指数在

逐渐变小趋势，煤层分叉合并现象严重。

2、地质构造情况

四台井田处于大同向斜北西翼，呈～单斜构造，伴有次级小型褶

皱。地层总体走向北东，倾向南东，倾角小于1O。。经过2O多年的开

采，揭露落差1米以上的断层124余条，陷落柱33个。从煤层底板等高

线来看，四台井田内有4个比较明显的褶皱构造，分别为陶沟背斜、田

草沟向斜、杨树湾向斜、小村向斜，其中对煤层的影响主要是402盘区

的田草沟向斜及田草沟向斜东翼发育的落差32米的断层，西翼发育的

落差23米的断层，303盘区杨树湾向斜及向斜北西翼发育的落差11米

的断层，东南翼发育的落差12米的断层;402盘区集中盘区巷北部。

l1}}层5225巷揭露的一个陷落柱，掘进350米，未穿过陷落柱;410盘区

皮带巷揭露的一个陷落柱，掘进250米未穿过柱体。

3、断裂在煤矿生产中的影响

岩层受力断裂后，其破裂面两侧的岩块有显着位移的称为断层，无

显着位移的称为节理，断层和节理统称为断裂构造。

根据裂隙的产状和岩层的产状关系，裂隙可分为：走向裂隙、倾向

裂隙和斜交裂隙;根据断层上下盘移动的方向可分为正断层、逆断层和

平推断层，断裂构造发育的地区，经常是许多断层以某种组合形式出

现，其中有：地堑和地垒、迭瓦状构造、阶梯状构造。

四台井田内查明4米以上断层有1O条，且小断层及滑动构造较为

发育，构造面多具细腻致密的构造膜泥，封闭性较好，推压扭搓特征明

显。四台井田内断层主要为正断层，断层最大影响是煤层厚度变化较

大。实际工作中发现，断层的落差越大，煤层变薄范围也越大;断层切

过煤层顶底板岩石的强度越小，煤层变薄范围越小;断层倾角越大，则

煤层变化范围越小。

4、喀斯特陷落柱在煤矿生产中的影响

喀斯特陷落柱是由于煤层下伏碳酸盐岩等可溶岩层，经地下水强

烈溶蚀，形成空洞，从而引起上覆岩层失稳，向溶蚀空间冒落塌陷，形成

筒状或似锥状柱体，故以它的成因和形状取名为喀斯特陷落柱，简称陷

落柱。在陷落柱发育地区，煤层在平面上出现大小不一的环形无煤区，

煤层厚度仅在垂直方向上呈柱状陷落破坏，陷落柱周围顶底板产状异

常，向塌陷中心顷伏，小断层增多。它常使煤层的完整性遭到破坏，给

煤层开采带来很大困难。在水文地质条件复杂的矿井中，它也是不可

忽视的水害隐患。

四台井田陷落柱主要分布在402盘区及307盘区，404、303及南盘

区有零星分布。其中402盘区陷落柱柱体范围大，长轴在40米～500米

左右;307盘区陷落柱柱体范围小，长轴在1O米～50米左右;44盘区和

303盘区陷落柱分布零散，数量少，长轴在30米左右;410盘区陷落柱分

布少但陷落柱范围大，目前盘区巷道揭露的长轴在350米以上，南部勘

探期间发现的一个陷落柱长轴在350米以上，对巷道布置及工作面回

采影响很大。

三、煤矿生产中断层、陷落柱的处理

1、断层的处理

(1)平巷过断层：平巷过断层分为穿过煤层顶板(或底板)和顺断层

面掘进两种方式。即当煤层平巷遇断层后，要求不改变巷道方向而改

变巷道坡度过断层，其中有破顶板掘进和破底板掘进两种情况。选择

哪种方式要看断层类别而定。当煤层平巷遇斜交断层，如果断层带的

压力不大，无瓦斯和水威胁时，可沿断层带掘进并进入另一盘煤层，如

果断层带岩石破碎压力不大又有瓦斯和水的威胁时，则不能紧靠断层

面开掘巷道，而应使巷道穿过断层面后，距断层面一定距离，平行断层

走向开掘石门进入另一盘煤层。

(2)倾斜巷道过断层：上山、下山等巷道遇断层后，可以根据生产的

要求采取多种形式通过断层，当断层落差较小时，根据断失盘是上升盘

还是下升盘分别采用挑顶或挖底的方式通过断层。无论选择什么方

式，都必须使改变后的巷道坡度变化不大，有利于运输。当断层落差较

大时，为防止丢煤和少掘巷道，可根据巷道用途、断层面产状、断层性质

等采用改变巷道坡度或开掘石门的办法通过断层。

(3)回采期间，对于倾向断层或斜交断层，当断层落差较小，可以采

用强行通过的方法，当断层落差大于煤厚时.提前在断层另一盘重新开

掘切眼，待T作面推进到断层处，停止回采， 作面搬家到新切眼内继

续开采。410盘区81009丁作面由于落差2米断层影响且煤岩坚硬，过

断对机组损伤大，采取了重开切眼的方式。虽然损失了一部分煤炭的

开采，但矿井完成正常的采掘布署。

(4)回采期间，对于走向断层，当断层落差大于煤厚时，可在断层两

侧补掘中间平巷，把原来一个采面划分为两个采面分别回采。对于落

差一端大一端小的斜交断层，可采用合采与分采相结合的方法。此外，

为了让综采T作面顺利通过断层，还可以采用超前处理断层方法，即滑

落差小于煤厚，但煤层顶底板岩石较坚硬的断层，用风镐或凿岩机打眼

放小炮，将断层带煤层顶底板削平，以利于采煤机和液压支架顺利安全

通过断层。

2、陷落柱的处理

(1)井下巷道遇到陷落柱前的征兆

a. 煤岩层产状变化：煤层倾角变化约为3—6度，个别达1O度，影响

范围为10—20m;

b.裂隙增多;

c.，j、断层增多;

d.煤层的氧化现象和煤质变化;

e.矿井水量增大;

f. 煤层中挤入破碎岩块。

(2)陷落柱的预测和探测

在预测方面，要根据陷落柱的分布规律结合矿区的具体条件，如岩

性、构造、地下水径流等，划分了陷落柱发育带，进行定性预测，并总结

陷落柱的预报标志。在陷落柱探测方面，要应用多种物探方法，如电法

勘探法、无线电波透视法、地震波法、磁法、放射性探测法以及重力探测

法等。

(3)在陷落柱发育矿区，常使煤层遭受到不同程度的破坏，煤炭储

量减少，无法布置正规回采工作面，给机械化开采造成极大的困难，严

重的可使部分煤层失去开采价值。因此，在设计时尽量把陷落柱留设

在煤柱中，既减少煤炭损失，又保证生产安全。掘进遇陷落柱时，矿井

主要巷道(开拓巷道、采区和采面运输巷道)，应按原设计施工，直接穿

过陷落柱，同时注意安全，特别是防止矿井水或瓦斯的涌出。如果是回

风巷，可采取绕过的方法，同时起到探明陷落柱的作用。回采工作面中

遇到陷落柱，一般应先探明其形状、大小、位置，然后决定处理方法。四

台矿402盘区11#8209工作面在回采到210米时遇到长轴50米、短轴30

米陷落柱，如果当时采取重开切巷继续开采，这样会损失大量的煤炭资

源，我们对该陷落柱综合分析后，探得陷落柱柱体较松软，可以直接穿

越。

岩溶陷落柱属于隐伏垂向构造，其导致的突水具有隐蔽性、突发性

且与岩溶水的天然联系等特点，随着开采环境日趋复杂，水压、地应力

和瓦斯不断增大，陷落柱的水害问题更加突出，其预测预防任务将更加

紧迫、艰巨。

结语

引起煤层厚度变化常是多种因素复合作用的结果，只是其中某种

因素起主导作用。因此，在煤矿生产中，研究地质构造特征、总结构造

形态和发育规律，进而开展地质构造预测和地质构造评价是建设本质

安全型现代化矿井地质工作的系统保障。