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煤礦生產過程中,常見的地質問題有哪些

文章出處:admin 人氣:發表時間:2018-07-18 09:16

影響煤礦生產的主要地質因素

 

煤層厚度變化

 

煤層厚度變化是影響煤礦生產的主要地質因素之一。煤層發生分叉、變薄、尖滅等厚度變化,直接影響煤礦正常生產。

 

一、煤層厚度變化的原因及變化特征

 

煤層厚度變化是多種多樣的,但就其成因來說,可分為原生變化和后生變化兩大類。

 

(一)煤層厚度的原生變化

 

煤層厚度的原生變化是指泥巖層堆積過程中,在形成煤層頂板巖層的沉積物覆蓋以前,由于地殼活動,沉積環境變遷等各種地質因素的影響而引起的煤層形態和厚度變化。原生變化主要包括地殼不均衡沉降引起的煤層分叉、變薄、尖滅、泥炭沼澤古地形對煤層形態和煤厚的影響、河流同生沖蝕、海水同生沖蝕等四種原因。

 

(二)煤層厚度的后生變化

 

煤層厚度的后生變化是指煤層被沉積物覆蓋以后,或煤系形成以后,由于河流剝蝕、構造變動、巖漿侵入、巖溶陷落等各種地質因素的影響而引起煤層形態和厚度變化。

 

二、煤層厚度變化對煤礦生產的影響

 

煤層厚度變化對煤礦生產的影響主要表現在以下幾個方面:

 

1.影響采掘部署

 

2.影響采煤工藝

 

3.影響計劃生產

 

4.掘進率增高

 

5.采出率降低

 

三、煤層厚度變化的研究和處理

 

(一)煤層厚度變化的觀測和探測

 

1.煤層的觀測

 

1)煤層的觀測內容

 

2)煤層的觀測方法

 

2.煤層的探測

 

1)煤層厚度的探測

 

(1)煤巷掘進中的探煤厚工作。

 

(2)回采工作面的探煤厚工作。

 

2)煤層分叉尖滅的探測

 

根據煤層分叉的穩定情況大致可分為兩種:一種是煤層分叉后分層的分布比較穩定;另一種是煤層分叉后只有一層保持穩定(即為主分叉層),其它各層延續不遠很快尖滅。

 

3)煤層底凸薄化的探測

 

煤層底凸薄化是指煤層底板凸起造成煤層變薄尖滅的現象。對于這種變化,常用的探測方法如下:

 

(1)鉆探控制巷道掘進方向的底凸位置。 

 

(2)利用巷道穿越底凸部位,直接圈定煤層底板凸起的位置及薄化范圍。

 

(3)利用工作面上分層邊采邊探的煤層觀測資料,編制煤層頂、底板標高等值線圖,研究泥炭沼澤的基底地形,圈定煤層底凸薄化的位置和范圍。

 

4)煤層河流沖蝕變薄帶的探測

 

首先應在巷道中仔細觀察和素描沖蝕帶的寬度、厚度、巖石成分、層理、礫石分布、煤層頂板沖蝕情況、沖蝕面特征、沖蝕處煤質變化等。將各巷道所見的沖蝕現象投繪在平面圖上,進行對比分析,確定古河床的分布范圍及對煤層破壞的情況,圈出古河床沖蝕帶范圍。

 

(二)定量評定煤層厚度的穩定性

 

(三)煤層厚度變化的處理

 

1.掘進中的處理辦法

 

(1)在煤巷掘進中遇到煤層分叉、尖滅現象,要根據具體情況確定掘進方案,如已知上分層穩定可采,而下分層常變薄尖滅,則巷道應緊靠煤層頂板掘進。如果是下分層穩定可采,上分層不穩定,則應緊靠煤層底板掘進。如果分叉后煤層全部可采,應先采上分層,再采下分層。

 

(2)在采區上山掘進中,如遇煤層變薄帶,應按變薄帶的范圍大小來決定巷道是直接穿過,還是停止掘進,或從其它地方另開巷道。若變薄帶范圍不大,并且確知工作面有煤可采時,掘進巷道采取挑頂或破底辦法直接穿過變薄帶。

 

(3)主要運輸巷遇到局部煤層變薄或尖滅時,巷道可按原計劃施工,穿過變薄尖滅帶。 

 

2.回采工作中的處理方法

 

回采工作面遇到變薄帶或無煤區時,可采用直接推過或繞過的辦法。若變薄帶或不可采區范圍較小,則可采用直接推過的辦法;若變薄帶范圍較大,可考慮采用繞過的辦法;大面積的不可采區,應布置探巷,探清不可采范圍,將工作面分為幾塊回采,先采①、②兩塊,然后合成一個工作面③進行回采。

 

第二節  礦井地質構造

地質構造是影響煤礦建設和生產的各種地質因素中最重要的因素之一。地質構造包括褶皺、節理和斷層。斷層是礦井地質構造的研究重點。

 

礦井地質構造按其規模大小和對生產的影響程度,可分為大、中、小三種類型。大型構造是指決定井田邊界的大型褶曲與斷層,這類構造在勘探階段已基本查明。中型構造是指分布在井田范圍內,影響水平、采區劃分和巷道布置的次一級構造,它們對煤礦生產影響極大,是礦井地質工作的重點。小型構造是指那些在巷道或工作面中比較容易查明全貌的更次一級的褶曲與斷層。

 

一、褶曲構造對煤礦生產的影響與研究

 

(一)褶曲構造對煤礦生產的影響

 

1.大型褶曲

 

大型褶曲在勘查段已經查明,它的規模、方向和位置影響到井田的劃分和礦井開拓方式及開拓系統的部署,是礦井設計考慮的主要問題。

 

2.中型褶曲

 

中型褶曲對整個礦井的開拓部署影響不大,但對采區的布置關系密切,影響到采區的大小和采區巷道的布置。

 

3.小型褶曲

 

小型褶曲是在回采工作面準備過程中,在巷道中揭露的幅度僅幾米到幾十米,長度為幾米到幾十米的褶曲。它影響煤層平巷的掘進方向,從而影響工作面長度,給機械化回采、頂板管理帶來一定困難。小型褶曲還往往引起煤層厚度發生變化,使生產條件復雜化。小型褶曲特別發育時,甚至會使煤層變為不可采。

 

(二)煤礦生產中褶曲構造的研究

 

1.褶曲的判斷

 

判斷井下褶曲的存在,主要是根據煤、巖層產狀的規則變化和巖層層序的對稱重復出現這兩大標志。如在石門巷道中巖層傾向相背或相傾,或是在煤層平巷中由于煤層走向的急劇變化而使平巷彎曲,表明有褶曲(背斜或向斜)存在。

 

在構造簡單,巖層標志比較明顯的地區,根據褶曲核部和兩翼的巖層層序, 

 

2.褶曲的觀測

 

(1)對在巷道中能看到全貌的小褶曲,應系統觀測褶曲軸的位置、方向、產狀。對中型褶曲,在一條巷道中不能觀測到全貌時,應準確鑒定觀測點處的煤層,巖層層位及其頂底面順序,巖層產狀、煤厚變化,以及與其伴生的次一級小構造等,然后將所觀測到的資料投繪到平面圖和剖面圖上,在圖上綜合分析,確定褶曲軸的位置延展方向。

 

(2)觀測描述褶曲兩翼的巖層產狀,褶曲寬度和幅度,褶曲的延展變化及向深部的延伸趨勢。

 

3.褶曲的探測

 

(三)褶曲的處理

 

通過對褶曲的判斷、觀測、探測,已基本查明它的位置、方向及產狀變化。在此基礎上可對褶曲采取如下措施進行處理。

 

1.大型褶曲

 

(1)褶曲軸線作為井田邊界。有些大型向斜,由于軸部埋藏較深,開采困難,多作為井田邊界,其兩翼分別由兩個或幾個井田開采。有些大型寬緩背斜,兩翼煤層距離較遠,井下難以形成統一的生產系統,可以褶曲軸為界,兩翼分別有兩個井田開采。

 

(2)大型褶曲在井田開拓部署中的處理方法。不是所有的大型褶曲軸都必須作為井田邊界,在有的井田內也可以有大型褶曲存在。若在井田內有大型背斜構造,開拓系統中常把總回風道布置在背斜軸附近,兩翼煤層均可利用。有些位于向斜構造的礦井,常把運輸巷道布置在向斜軸部附近,用一條運輸巷解決向斜兩翼的運輸問題。

 

2.中型褶曲

 

(1)以褶曲軸線作為采區中心布置采區上山或下山。對開闊的平緩褶曲,以向斜軸作為采區中心,向兩翼布置回采工作面,采區走向長可達1000m以上。

 

(2)以褶曲軸作為采區邊界。在較緊閉的褶曲軸部,次一級構造往往發育,因此常以褶曲軸作為采區邊界。

 

(3)工作面直接推過褶曲軸。當褶曲較寬緩,而規模不太大時,可布置單翼采區,工作面直接推過褶曲軸部。

 

3.小型褶曲

 

(1)采面重開切眼生產。在小型褶曲發育地區,常見到煤層突然增厚或變薄,甚至不可采,使工作面無法通過,需要重新開掘切眼進行生產。

 

(2)采面運輸巷改造取直。煤礦要求運輸巷在60m內不能有大的彎曲,彎曲過多無法使用。由于小褶曲存在,使煤層平巷彎彎曲曲,為滿足生產要求,巷道需要改造取直。

 

二、斷裂構造對煤礦生產的影響與研究

 

(一)節理(裂隙)對煤礦生產的影響及處理

 

1.影響鉆眼爆破效果

 

2.影響開采效率

 

3. 影響頂板控制方法

 

4.影響工作面布置

 

5.對其它方面的影響

 

(二)斷層對煤礦生產的影響

 

斷層破壞了煤層的連續性和完整性,對煤礦生產造成了很大影響。斷層規模不同,對生產的影響程度不同。目前對斷層規模等級的劃分標準尚不統一。根據煤礦工作實踐,建議采用下列劃分標準:落差大于50m為特大型斷層,落差50~20m為大型斷層,落差20~5m為中型斷層,落差小于5m為小型斷層。

 

斷層對煤礦生產的影響主要表現在以下七個方面:

 

  1. 影響井田劃分

2.影響井田開拓方式

 

3.影響采區和工作面布置

 

4.影響安全生產

 

5.增加煤炭損失量

 

6.增加巷道掘進量

 

7.影響煤礦綜合經濟效益

 

(三)煤礦生產中斷層的研究

 

  1. 斷層的判斷

斷層的出現不是孤立的,常在斷層附近的煤、巖層中伴生一些與正常情況不同的地質現象,這些現象預示者前方可能有斷層存在,應作好過斷層的準備工作。在斷層出現前,可能遇到的征兆,主要有以下幾種現象:

 

(1)煤層、巖層的產狀發生顯著的變化時,可能有斷層存在。

 

(2)煤層厚度發生變化,煤層頂底板出現不平行現象時,可能有斷層存在。

 

(3)掘進巷道中經常出現明顯的小褶曲(如開灤唐山煤礦),或煤層常發生強烈揉皺,滑面增多或變為鱗片狀碎煤(如淄博龍泉礦)等現象時,可能有斷層存在。

 

(4)煤層和頂、底板中的裂隙顯著增加,并有一定的規律性時,可能有斷層存在。

 

(5)在大斷層附近常伴生一系列小斷層,這些小斷層是判斷大斷層的重要標志。

 

(6)在高瓦斯的礦井,在巷道中瓦斯涌出量常有明顯變化地段,可能有斷層存在。如焦作礦務局焦西礦掘進巷道時,遇斷層前后瓦期涌出量出駝峰現象。

 

(7)充水性強的礦井,巷道接近斷層時,常出現滴水、淋水以至涌水的現象,可能有斷層存在。

 

在實際工作中,應根據上述各種征兆,再結合礦井的具體地質條件和已采掘地段斷層資料,進行綜合分析,使判斷更符合實際。

 

2. 斷層的觀測

 

(1)確定斷層位置。

 

(2)觀察斷層面特征。

 

(3)觀察斷層的伴生派生構造。

 

(4)確定斷層性質及斷層力學性質。

 

(5)測量斷層面產狀。

 

(6)確定斷層的落差。

 

3.斷層的探測(斷失煤層的尋找)

 

煤礦中判斷斷層性質和確定斷距的方法主要有以下五種:

 

(1)層位對比法。

 

(2)伴生派生構造判斷法。

 

(3)規律類推法。

 

(4)作圖分析法。

 

(5)生產勘探法。

 

(四) 斷層的處理

 

1.開拓設計階段對斷層的處理

 

(1)井田邊界和采區邊界的確定。凡是井田內遇到落差大于50m的特大型斷層時,應以該大型斷層作為井田邊界。

 

(2)井筒位置的選擇。一般立井井筒要布置在傾角較大的大斷層下盤,距斷層30~50m以外的位置。

 

(3)運輸大巷的布置。運輸大巷是需布置在較堅硬的巖層中,且盡量少改變方向。但在斷層錯動處,斷層上、下盤的煤巖層位移較大,甚至與另一盤的含水層相遇,因此必須考慮巷道的改道問題。

 

(4)采區內塊段劃分。被斷層切割破壞的地區,要綜合考慮斷層的位置、落差、被切割塊段的大小和形態,以及已有的生產系統等因素來劃分開采塊段,要盡可能地將較大斷層留在各塊段之間的煤柱當中。

 

(5)井田開拓方式的確定。選擇井田開拓方式時,要考慮各種地質因素的影響,其中斷層占重要地位。

 

2.巷道掘進階段對斷層的處理

 

(1)平巷過斷層。平巷過斷層分為穿過煤層頂板(或底板)和順斷層面掘進兩種方式。

 

(2)傾斜巷道過斷層。上山、下山等傾斜巷道遇斷層后,可以根據生產的要求采取多種形式通過斷層。

 

當斷層落差較小時,根據斷失盤是上升還是下降盤分別采用挑頂、挖底或挑頂挖底相結合的方式通過斷層。

 

3.回采階段對斷層的處理

 

(1)采用強行通過的方法。

 

(2)采用重開切眼的方法。當斷層落差大于煤厚時,對于傾向斷層或斜交斷層可采用重開切眼的方法,即提前在斷層另一盤重新開掘切眼,待工作面推進到斷層處,停止回采,工作面搬家到新切眼內繼續開采。

 

(3)采用劃小工作面的方法。當斷層落差大于煤厚時,對于走向斷層,可在斷層兩側補掘中間平巷,把原來一個采面劃分為兩個采面分別回采。對于落差一端大、一端小的斜交斷層,可采用合采與分采相結合的方法,把斷層上、下盤煤層結合起來開采。

 

第三節 巖漿侵入煤層

 

一、巖漿侵入煤層的觀測與研究

 

(一)巖漿侵入體的一般特征

 

  1. 巖漿侵入體的產狀

生產礦井中發現的巖漿侵入體主要有以下兩種產狀:

 

(1)巖墻。

 

(2)巖床。

 

2.巖漿侵入體巖性

 

(二)對巖漿侵入體的觀測

 

對在井下一切揭露巖漿侵入體的地點,都應進行詳細的觀測和素描。觀測的內容有以下四個方面:

 

1.巖漿侵入體的顏色、礦物成分、結構、構造特征及名稱。

 

2.巖漿侵入體的產狀、延展范圍。

 

3.巖漿侵入體與斷裂構造的關系。

 

4.煤層被破壞情況,包括巖漿侵入體與煤層的接觸關系、天然焦寬度、煤層的變質程度等。

 

(三)對巖漿侵入體的探測

 

(四)巖漿侵入體資料的綜合研究

 

二、巖漿侵入體對煤礦生產的影響

 

(一)巖漿侵入體對煤質的影響

 

(二)巖漿侵入體對煤礦生產的影響

 

三、巖漿侵入煤層的處理

 

第四節  巖溶陷落柱

 

巖溶陷落柱是指煤層下伏碳酸鹽巖等可溶巖層,經地下水溶蝕形成的巖溶洞穴,在上覆巖層重力作用下產生塌陷,形成筒狀或似錐狀柱體。簡稱陷落柱,俗稱“矸子窩”或“無炭柱”。

 

陷落柱在我國華北石炭二迭紀聚煤區中普遍分布,其中以山西、河北最為發育。

 

一、陷落柱的成因

 

(一)巖溶發育的地質條件

 

(二)溶洞塌陷機理

 

二、陷落柱的特征

 

(一)陷落柱的形態特征

 

(二)陷落柱的地表出露特征

 

(三)陷落柱的井下特征

 

(四)陷落柱的分布特征

 

三、陷落柱的觀測與研究

 

四、陷落柱對煤礦生產的影響及處理

 

第五節  影響煤礦生產的其它地質因素

 

一、礦井瓦斯  

 

二、煤層頂底板

 

三、礦井地熱的危害

 

四、礦山壓力

 

五、煤層自燃與煤塵

此文關鍵字:礦壓監測系統,沖擊地壓監測,地壓監測系統,地表

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