論地質構造對煤礦安全生產的影響

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摘要：中國煤礦多采用井工開采，在開采時不可避免地遇到地質構造。簡要分析了煤礦中常見的地質構造，并探討了其對煤礦安全生產的影響，可為預防煤礦地質災害事故提供一定的參考。

關鍵詞：煤礦開采；地質構造；安全生產

目前，中國煤礦開采的煤層多位于幾百米甚至千米的地層之中，在進行煤層開采時不可避免地遇到各種地質構造。若在生產時忽視了地質構造或采取的安全措施不當，則很容易引發煤礦地質災害，給煤礦帶來重大的經濟損失甚至人員傷亡[1-2]。因此，非常有必要認識到煤礦地質構造對安全生產的影響。地質構造有很多種，對煤礦安全生產的影響是不同的，需要具體全面地認識。本文圍繞煤礦常見的地質構造展開分析，重點探討了由煤礦地質構造引發的災害。只有對地質構造產生的過程進行全面研究，并了解對應因素，才能更好地防范事故的發生。

1煤礦生產中常見的地質構造

為了更好地認識煤礦地質構造對安全生產的影響，需要詳細全面地了解煤礦生產中常見的地質構造。常見的地質構造主要有斷層、陷落柱、褶皺，下面將進行具體介紹。1.1斷層。斷層是煤礦開采中非常常見的一種地質構造，主要是由于地殼運動引發巖層斷裂造成的。通常情況下可將斷層分為正斷層、逆斷層及平移斷層（見圖1），其中正斷層和逆斷層最為常見。根據斷層的落差又可分為大斷層（落差幾十米甚至上百米）和小斷層（落差幾米）。在煤礦開采的工作面內，通常有幾十條甚至上百條斷層。對于大斷層可通過地質勘探找到，而對于小斷層只能通過井下勘探找到。斷層是完整的巖層破斷后的產物，這導致附近巖體的密封性和力學性質會發生較大的改變，例如斷層附近應力集中、斷層附近對氣體的密封性較差。在開采時不僅需要注意大斷層的影響，還要注意小斷層的影響，以免引發煤礦地質災害事故。通常情況下，在靠近斷層面附近進行開采、掘進作業時，需要采取一定的安全措施。1.2陷落柱。陷落柱是流動的地下水長期溶蝕而形成的一個巖層破碎帶（見圖2）。破碎帶的范圍與侵蝕的時間有很大的關系，時間越長破碎帶也就越大。當陷落柱穿越煤系地層時，對煤層完整性有影響。陷落柱通常以錐形分布，從上到下橫截面積逐漸增大。陷落柱多存在于煤礦巖層中含水層比較發育的地方。陷落柱對原巖體的完整性產生破壞，其內部容易導水。因此，在陷落柱附近施工時需要采取一定的安全措施。首先要探測陷落柱的范圍，然后要測量陷落柱內部的水流情況和瓦斯情況，最后再采取一些安全施工措施。1.3褶皺。褶皺是由地殼運動引起的巖層局部凸起或凹陷的情況（見圖3）。褶皺又可分為向斜和背斜。雖然褶皺不會改變巖層的完整性，但是會對巖層應力分布有較大的影響。這種應力分布對巖層內水和瓦斯的流動會產生一定的影響。圖3巖層褶皺形成示意圖褶皺的出現不僅會導致工作面回采變得困難，還容易引發一定的煤礦安全事故。在向斜的軸部，瓦斯容易大量積聚。若開采時破壞這些區域，則很容易引發煤礦瓦斯事故。多數背斜的部分存在于煤層上部，其圍巖的密封性要比向斜軸的部分差很多，所以瓦斯不太可能直接被密封，煤層中瓦斯的濃度也會不斷降低。

2煤礦地質災害與地質構造的關系

分析了煤礦中幾種常見的地質構造，這些地質構造對煤礦安全生產有一定的影響。下面將重點分析煤礦地質災害與地質構造的關系。2.1斷層沖擊地壓災害。在大斷層附近進行煤層開采作業時，很容易發生沖擊地壓災害。這是由于煤層開采會對斷層造成一定的擾動，引起斷層上的應力突然釋放，導致工作面前方的巷道發生沖擊地壓災害。一般地來說，斷層沖擊地壓的發生不僅與工作面開采方式有關[3]，還與斷層與工作面的距離有關。為了防治斷層沖擊地壓，采礦工程師們通常在斷層附近預留一定量的保護煤柱。但對于保護煤柱的留設寬度，現在只能通過經驗法來確定，這導致在很多時候難以準確地防治斷層沖擊地壓災害。比較典型的斷層沖擊地壓礦井是義馬煤業的千秋礦和躍進礦。在義馬煤田內部有1條F16大斷層，且斷層帶內應力異常，導致千秋礦和躍進礦發生過多次沖擊地壓。值得注意的是，防治斷層沖擊地壓的難度比較大，且防治措施十分有限。2.2斷層突水災害。斷層突水災害是煤礦開采過程中經常遇到的一類煤礦地質災害，其主要是煤礦開采引起斷層活化，導致地下水順著導水裂隙帶涌入工作面中。斷層帶附近的巖體通常比較破碎，喪失了對地下水的隔離作用。一旦開采擾動傳遞到斷層面，斷層很容易發生松動，斷層面上會形成一個地下水流通通道。斷層突水事故雖然是煤礦防治水的重點，但是由于斷層附近應力場比較復雜，很難對地下水的涌入量進行精準預測。防治斷層突水事故的關鍵在于找到斷層活化的關鍵點。2.3煤與瓦斯突出災害。隨著中國煤礦礦井開采深度的增加，煤與瓦斯突出災害有增加的趨勢。防治煤與瓦斯突出災害的發生是煤礦安全工作的重點內容。值得注意的是，并不是所有煤層都具有突出性。根據瓦斯地質學理論，煤與瓦斯突出多與煤層中存在構造煤有關。所謂構造煤就是地質構造形成過程對煤體產生揉搓作用導致煤體原生結構被破壞的煤體。構造煤內部的孔隙結構大量發育，能吸附大量瓦斯，但滲透性非常差。這導致其在外力增加的情況下，內部的瓦斯壓力也會急劇增加。很多情況下，煤礦工作面開采到小型地質構造內時容易發生突出事故，其中比較典型的就是鄭煤集團大平礦的“10•20”礦難。這場礦難共造成149人死亡，其主要原因是煤礦開采時揭露1條小斷層誘發了煤與瓦斯突出，并引發了瓦斯爆炸。因此，在煤礦開采時需要特別注意工作面內的小斷層，并采取相應的安全措施來預防煤礦安全事故的發生。2.4其他煤礦地質災害。除了斷層沖擊地壓災害、斷層突水災害及煤與瓦斯突出災害以外，還有很多的煤礦地質災害。常見的有陷落柱突水、陷落柱附近大面積冒頂及褶皺附近巷道沖擊地壓等[4]。這些災害在很大程度上是由地質構造區域附近的應力異常引起的，這里不再贅述。

3結語

煤礦地質構造是煤礦開采過程中所必須面對的地質問題，防治地質構造異常引發的煤礦地質災害是煤礦企業要重點關注的內容。分析了煤礦開采中常見的3種地質構造，分別是斷層、褶皺及陷落柱，重點分析了斷層與沖擊地壓、突水及煤與瓦斯突出的關系。專業人員需要在分析不同的地質災害之后找出合適的應對措施，以便更好地預防各類地質災害。

參考文獻：

［1］李國棟.煤礦地質構造對安全生產的影響［J］.當代化工研究，2020(16)：37-38.

［2］李宏偉.煤礦地質構造對安全生產的影響［J］.中國新技術新產品，2018(3)：137-138.

［3］閆斌.煤礦地質構造對安全生產的影響分析［J］.中國戰略新興產業，2017(32)：72.

［4］蔣超.煤礦地質構造對安全生產的影響［J］.水力采煤與管道運輸，2017(3)：81-83.

作者:杜江 單位:晉能控股煤業集團煤峪口礦