断层对煤矿生产的影响及处理方法

一、节理（裂隙）对煤矿生产的影响及处理 当岩石中节理发育时，炮眼方向如与主要节理组平行，不仅容易卡钎子(尤其是用“一”宇型钻头)，而且在爆破时沿裂隙面漏气，爆破效果大大降低。所以，炮跟方向应尽量垂直主要节理面布置。 在回采时，根据节理面的方向和发育程度，合理布置回采工作面，可以提高生产效率。 煤层顶板岩石节理发育时，工作面顶板支护一般不能用单体柱，而要采用铰接顶梁或π型梁，并且顶梁不能平行主要裂隙组方向，应与主要裂隙组有一定交角，以防止顶板沿裂隙面冒落。当煤层倾角较小、顶板裂隙发育时；放顶距离要小，而且回柱放顶方向应根据顶板主要裂隙组方向确定。 当煤层顶板节理发育时，回采工作面布置要考虑节理的方向，以利于顶板支护。如果工作面平行主要裂隙组方向，容易发生冒顶事故。因此工作面布置最好与主要节理组方向有一定交角或接近垂直。 节理发育的地段是地下水和矿井瓦斯的良好通道。如果工作面采前要进行瓦斯抽放，一般应使回采准备巷道与主要节理组方向呈一定角度。为保证回采的安全，应在采前查明节理的发育程度及其与水源的导通情况。 二、断层对煤矿生产的影响及处理 1．断层对煤矿生产的影响 断层分布广，形态、类型繁多，规模大小不一。断层不仅改变了煤岩层的埋藏条件，而且使煤岩层发生错断并发生显著位移。 断层对煤矿生产的影响主要现在以下几方面。 (1)影响井田和采区划分 断层破坏了煤层的连续完整性，为减少断层给煤矿开采造成的困难和煤层因留设保安煤柱而造成的损失，在划分井田时，一般以断层作为井田边界；同时，在划分阶段或采区时，一般也以断层作为阶段或采区边界。 (2)影响井田开拓方式的选择和采区布置 若井田内存在大型断层，煤层必然被截割成若干不连续的块段，断层两侧煤层埋藏深度变化较大，应采用立井和主要石门开拓。 若采区受断层影响，煤层走向长度变短，只能布置单翼上山采区进行开采；而不受断层影响、煤层走向较长的采区，可以布置双翼上山开采。 (3)断层对掘进的影响 在巷道掘进中遇断层，有时不得不对设计调整；为了寻找断失煤层，需要开掘较多的巷道，增加了巷道掘进量，还可能造成无效进尺。 (4)断层对工作面的影响 为了确保工作面正常回采，工作面设计时往往被迫避开落差较大的断层或为断层留设保安煤柱，影响工作面的布置，使工作面回采长度缩短或形状发生改变，造成煤炭资源损失。 回采工作面内存在断层时，造成采煤工作面在通过断层时破岩石，造成煤炭资源损失，增加生产上的困难，影响生产的正常进行和经济效益。 (5)断层对安全生产的影响 落差较大的断层，常造成煤岩层直接与强含水层相连或断层带导通强含水层，井巷工程通过时常发生透水事故，甚至淹井。 在瓦斯含量大的矿井，断层破碎带容易积聚大量瓦斯，井巷通过时常常造成瓦斯突出事故。 断层存在，破坏了煤岩层的连续完整性，给井巷工程支护带来困难，甚至造成冒顶事故。 (6)影响煤矿综合效益。 井田内的断层发育程度与煤矿劳动生产率、吨煤成本、千吨掘进率、煤炭损失率和机械化开采水平等有密切关系，直接影响煤矿的综合效益。 2．断层的处理 为了最大限度地减少断层对煤矿生产的不利影响，必须深刻理解设计与生产的意图，对不同规模和性质的断层作出正确处理。 对断层处理的基本要求是既要以最短的距离找到断失煤层，又要满足煤矿生产的需要，并且把生产需要放在首位，做到创造好的生产条件，尽量减少煤炭资源损失，降低巷道掘进率，避免影响生产正常进行。下面按开拓设计、巷道掘进和工作面回采三个阶段，介绍断层的处理方法。 (1)在开拓设计中对断层的处理 开拓设计在考虑井田和采区边界划分、井筒位置、水平设置、巷道布置和工作面布置时，要充分考虑影响这些井巷工程的断层性质、产状、延展方向等，最大限度地减少断层对这些井巷工程的影响。 ①根据大型断层划分井田 在井田划分时，原则上以大型断层作为井田边界，这样不仅可以在矿井生产中减少大量岩石巷道，还可以最大限度地减少断层煤柱留设和井田边界重复煤柱留设而造成的煤炭资源损失。 ②根据大、中型断层划分采区 在井田内划分采区时，一般也是以大、中型断层为界进行采区划分。 ③根据断层确定井筒位置如果断层避不开断层时，立井井筒一般布置在倾角较大的断层下盘，距断层30-50m以外的位置；对于倾角较小的断层，只能在井筒施工中采取必要的保安，选择岩石较好的地段穿过断层，而且井底车场位置要尽量避开断层带。对于斜井的井筒位置，也要以同样方法处理。 ④根据断层确定运输巷布置 运输大巷是矿井生产中长期和维护的巷道，要求布置在容易维护的较坚硬岩层中，而且要尽量少改变方向，对断层的处理要充分依据上述原则。 ⑤根据断层确定井田的开拓方式 如果缓倾斜煤层遭受断层破坏，且煤层产状发生变化，就要采用立井与主要石门相结合的开拓方式；如果倾角较大煤层遭受断层破坏，为避免采用下山开拓，应采用立井开拓；只有在以断层作为井田边界，而且主要石门不能贯通所有可采煤层时，才可采用下山开拓。 ⑥根据断层确定开采水平和辅助水平 当井田内存在大中型走向断层时，若被断层切割的煤层倾斜长度大于3个区段，煤炭储量又能满足一个水平服务年限时，可以走向断层作为开采水平界限。 (2)巷送掘进过程中对断层的处理 在巷道掘进过程中，遇到断层时，首先要查明断层的产状，性质和落差，再结合掘进巷道的目的用途，根据不同的地质条件和生产上的要求，分别采用不同的处理方法。 概括起来井下巷道有两种，即：水平巷道和倾斜巷道。下面分别介绍水平和倾斜巷道掘进时遇断层的处理方法。 水平巷道遇断层的处理  除石门以外，平巷掘进所遇到的断层一般都是倾向断层和斜交断层。沿煤（岩）层走向掘进的水平巷道遇断层后，可根据煤（岩）层被断失的位置，采取斜穿煤层顶板（或底板）和沿断层面掘进两种方式通过断层。 斜穿煤层顶板或底板过断层  为了不改变巷道坡度，而采用改变巷道方向来通过断层（图1 ）。采用斜穿煤层顶板或底板过断层的关键，是必须掌握断层的落差，正确推断断失煤层的位置。应该指出，如果是运输平巷，巷道曲率要满足运输上的要求；至于破顶板还是破底板、巷道改向所掘岩巷是断层上盘还是下盘，应根据岩性是否有利于安全施工，以及所掘岩巷长度最短和尽量少丢三角煤等因素综合考虑确定。 图1  斜穿煤层顶板或底板过断层 a-煤层平巷破顶板过断层；b-煤层平巷破煤层底板过断层 沿断层面过断层  煤层平巷掘进中遇斜交断层或倾向断层后，视断层面及其附近的岩石压力大小、瓦斯和地下水等的威胁情况，再决定是改变巷道方向沿断层面掘进，还是距断层面一定距离平行断层走向掘进（图2 ）。 图2沿断层面过断层 a-岩石压力小又无瓦斯或地下水危胁，顺断层面断层； b-岩石破碎又有水或瓦斯等危胁时，平等断层面掘石门过断层。 倾斜巷道遇断层的处理  上山或下山等倾斜巷道掘进遇走向断层或斜交断层后，可根据生产上的要求，采取改变巷道坡度的形式通过断层的处理方法。现有以下几种情况： 当断层落差较小（小于煤厚）时，根据被断失煤层是上盘还是下盘，分别采用挑顶、卧底，或挑顶与卧底相结合的方式通过断层（图3 ）。无论选择什么方式通过断层，都必须使改变后的巷道坡度，有利于运输。 图3在倾斜巷道中用挑顶、卧底的方法通过小断层 当断层落差大于煤厚时，为了防止丢失煤层和少掘岩巷，采用石门、立眼或加大巷道坡度等方式进入断层的另一盘煤层（图4 ）。至于采用哪一种，应在查明断层的性质、产状和落差的前提下，除了考虑断失翼煤层所在位置之外，主要取决于生产上的要求和巷道的用途。 图4在倾斜巷道中用石门、反眼、立眼连络断层两盘煤层 ③煤层回采阶段对断层的处理 回采阶段所遇到的断层都是落差小的断层。这些断层有走向断层、倾向断层、斜交断层等。 a.走向断层的处理根据不同情况，有以下处理方法： 断层落差小于煤厚时，通常采用挑顶或卧底，或两者相结合的方法强行通过断层。当断层面倾向与煤层倾向相反时，可采用卧底的方式通过；当断层面倾向与煤层倾向一致时，对断层造成的台阶可用挑顶方式通过；为安全起见，大多是采用卧底方式通过。 断层落差大于煤厚或采高，且走向断层延长较远时，以断层为界，在断层两侧留适当宽的煤柱，将一个工作面改成两个工作面回采（图5 ）。在这种情况下，为了使上、下两工作面不致由于放顶所引起的冲击地压而互相影响，因而应保持一定的错距，一般是上部工作面超前下部工作面15～30m 。 b.倾向断层的处理  包括以下两种方法： 落差小于煤厚的倾向断层，采用挑顶或卧底的平推硬过的方法。 落差大于煤厚或采高的倾向断层，常要重新开掘过压切割眼。即工作面推进到留层，停止回采，再从另一盘开切割眼重新回采（图6 ）。 图5    走向断层的双工作面布置法                  图6回采工作面重开切割眼过倾向断层方法 c斜交断层的处理  在一般情况下，斜交断层与倾向断层的处理方法基本相同。但当断层落差变化在工作面内出现断层尖灭迹象时，可采用先合采、后分采相结合的方案（图7 ) ，或者采用先分采、后合采相结合的方案进行回采（图8 ）。 图7  采用先合后分采相结合的方式处理落差                图 8  斜交断层先分后合开采工作面 有变化的斜交断层                                              布置法 （AB线以南煤层错动小，采用强行通过断层 一起合采；AB线以北断层落差大，采用分采 的方法通过断层）