浅谈煤矿井下断层构造对安全开采的影响及防范措施

2024年3月5日发(作者：诚如是)

浅谈煤矿井下断层构造对安全开采的影响及防范措施

[摘要] 本文分析了永安煤业斑竹坑井田内揭露的四条断层构造的分布位置、发育程度、断层构造的特征，并根据断层构造的要素分析了断层构造对开采安全的四大影响因素，提出了要加强管理人员地质知识的培训力度、实行采掘工作面构造动态汇报制度、加强采面技术管理三个方面的防范措施。

[关键词] 断层构造 开采安全 防范措施

1.前言

永安煤业斑竹坑井田位于永安加福复式向斜东翼，其基本构造形态为一北东倾伏具波状起伏的向斜构造，从南往北其地质构造逐渐复杂，在漫长的成煤过程中，经受多次强烈的地质构造运动，使斑竹坑井田的地层出现重复或缺失，给井田内各采掘工作面的开采和安全生产带来很大的困难。根据上部揭露及勘探情况，断裂构造主要分布在8线附近的F3断层以东，有F2、F10、F22 、F23、F26等五条断距大于30m的断层，在断层两侧次一级断层、褶曲发育，煤层的连续性和稳定性受到一定破坏，其中正断层为F1、F2、F10、F23、F26，隐伏断层为F22，逆断层为F3，其中F2、F23、F26正断层及F3逆断层等四条断层，延伸方向基本一致，基本呈水平排列，F2、F23、F3断层两侧褶皱发育强烈，对煤层的连续性及稳定性破坏极大。

矿区内具有代表性为F2、F3断层及F23断层，F2断层自祖武溪沟向北东方向延伸至17线并逐渐转为东向，向溪口方向延伸，长达5700m以上，断层面倾向北西，倾角50°～70°，一般破碎带较宽，局部达20m以上，向北逐渐变小，如303采区－20C9S巷道断层产状不清，断层破碎带宽度2～3m，在断层附近，煤层顶、底板破碎，采面压力大，支护困难。在中巷掘进到位仅一个月的时间，巷道在断层带附近就冒顶长达26米，给煤层的回采带来了极大的困难。F3断层以正北方向或北东方向向井田北部延伸，断层倾向90°～110°，倾角60°～80°，落差大于62m。C1层组及9号层组煤层均受到切割，在断层两侧发育次一级褶曲构造，C9煤层组受破坏更为激烈，如在304采区+20m区段，303采区从-60、-90m、-130m三个区段均有巷道揭露或穿过F3断层，断层带破碎，巷道压力大，破碎带一般宽度1～5m。根据实际开采揭露,在断层两侧煤层受到极大破坏，巷道围岩破碎，采面支护量大。F3正断层位于井田东北部，从5线以北东方向往1线延伸，全长超过1500m，断层倾向北西，倾角65°，水平断距90m，为张性正断层。断层带宽度2～3m。在402采区－170C0北巷过该断层时，C0煤层直接与C1煤层接触，C1煤厚达3.4米，并夹有大量煤团块及透镜状岩块，过断层掘进16米时，迎头3米范围内发生了大面积冒顶，致使工作面要退出重新开口。

2.断层构造对安全开采的影响

煤岩层产生断层的区域是地质应力作用较强烈的地方，对煤岩层的完整性破坏很大。另外，断层带一般具有导水性或局部导水性，在不明断层类型下进行作

业时，特别是采面回采，没有采取相应的安全防护措施，一旦遇到导水断层，断层水，地表渗透水及断层相通的井下积水区的水就会沿断层带进入工作面造成水害事故；若遇到断层带的煤层增厚带，采取不正确的开采方法或是不妥当的支护措施，易酿成煤岩层冒落而产生冒顶事故，严重制约了煤矿的开采安全。

2.1在采掘工作面，煤层与岩层的硬度相比，煤层的硬度较小，受到断层的牵扯应力后，容易产生塑性流动，聚集增厚甚至形成煤包，煤层结构受到破坏，煤岩质变松。受挤压流动后接触面光滑，呈透镜体构造赋存。当在该煤岩层施工或是开采时，原来的应力平衡受到破坏，全部压力都集中在巷道两帮及顶板上，容易产生压断棚梁，造成了煤岩层垮落事故。如在掘进308采区轨道上山时，因支护方式不正确导致该上山发生了冒顶。该上山发生冒顶的地点由于受F27断层构造的影响，煤岩层受到挤压产生断裂，断层带内夹有角砾及煤团块及透镜状结构岩块，在掘进到该地点时，未搞清楚构造情况，没有采取正确的支护方法和有效措施，仅采用普通的木架棚背顶支护方式。由于受断层应力挤压作用，岩层构造被破坏，岩层松懈，层与层之间的接触面光滑，之间的摩擦力减小，全部的压力都集中在木棚上，木棚承受不了压力，发生冒顶。

2.2在断层上、下两盘，由于受断层牵扯影响，经常会产生次一级的向背斜构造，在背斜的轴部，煤岩层受到拉伸，煤岩层与煤岩层之间的粘合力降低。在向斜轴部，煤岩层的顶板受到挤压，煤岩层的结构受到严重的破坏，裂隙极为发育。在这些向背斜轴部未进行施工掘进或回采前，煤岩层都紧紧靠在一起，受到各自底板的支撑，不会产生掉落。当向背斜轴部的煤岩层被施工后，顶板失去底板的支撑，压力平衡被破坏，重新分布的压力集中在顶板上，破碎的顶板就很容易产生局部冒落。

2.3在断层带附近，由于受到剪切应力的作用，次一级的小断层较为发育，有的产生顶板断裂底板不断裂或底板断裂顶板不断裂的现象，有的产生裂隙，严重地破坏了地层的完整性。同时，在地质应力的作用下，局部断层附近地段原来局部可采的煤层（代表性有C10煤层）可能产生煤层聚集增厚，当在断层带附近开有采时，顶板以上的煤层被采空后，压力集中在顶板上，加上顶板被破坏，就易发生冒顶。如210采区＋50C10南块段复采工作面，该工作面C10煤层顶板存在一条顺层断层，断层延伸影响至C10煤层的直接顶，因受断层牵扯影响，C10顶板岩性极为破碎，岩块直径小于20cm。当该采面回采至该断层位置时，由于顶板破碎且支护措施不正确，导致发生了冒顶。

2.4断层带内由于岩性破碎，易成为导水通道，当断层与上部采空区积水区或地表水相连，井下的采掘工作面一旦遇到断层时，水就会沿着断层带进入工作面，引起透水事故。断层带也是气体的通道，当采掘工作面遇到断层，而该断层又与采空区或瓦斯聚集区相连通，有毒有害气体就会沿着断层带进入工作面，引起中毒事故。

3.应采取的防范措施

断层构造对于煤层的延续性及赋存产生很大的影响，同时也使煤岩层的完整

性受到破坏，给煤矿的开采安全带来了极大的威胁，为了能充分地开采煤炭资源，实现安全生产，必须做好以下工作。

3.1加强管理人员地质知识的培训力度。要摒弃原来安监员只培训安全监察的内容，采掘技术员、作业人员只培训施工方式、采面布置、回采管理等培训旧模式，而应加强对矿井地质常识，特别是矿区内存在影响较大的断层构造及对煤岩层产生的影响和破坏程度、采掘工作面断层构造形态的判断、断层性质的判断（如是否导水断层）等方面的培训工作，以提高对断层构造与开采安全之间关系的认识，提高在断层影响区段进行开拓掘进、煤层开采的技术管理。对于每个工作面开工前，地质人员必须把该工作面预计在哪个位置将揭露什么断层，断层对于煤岩层的破坏程度向现场管理人员及施工作业人员说明清楚，并结合各方面收集的资料，正确布置掘进施工、采面回采的方案，并做好现场施工过程的监督工作，确保安全生产。

3.2实行采掘工作面构造动态汇报制度。加强采掘工作面地质动态构造的预测预报工作，在采掘工作面施工过程中，及时提供较可靠的即将揭露构造类型及形态变化对煤岩层可能产生的影响及破坏，根据不同的构造形态采取不同的掘进、开采方案，制定相应可靠的安全技术措施。一是班组人员（主要是班长）在工作面构造发生变化时必须第一时间打电话向矿调度室汇报，由矿调度室打电话向生产、安监部门汇报，及时安排人员到现场进行查看并制定补充安全技术措施；对于如实汇报构造变化的人员给予适当的奖励；二是技术员、安监员现场发现的构造变化情况必须及时向各部门汇报，便于制定措施，确保安全生产信息资源共享、信息沟通交流畅通；三是安监员必须加大对工作面炮后管理力度，只有在炮后才能发现顶板构造变化情况。

3.3加强采面技术管理。一是要加强采掘工作面的支护管理。对回采工作面回采过程中遇断层构造时，必须及时优化采煤方法，改变支护方式，缩小采面的控顶面积，同时要加快工作面推采进度，确保回采安全。对于井巷工程揭露的断层带大于0.5米地带，杜绝使用木支架支护，而应采用矿工钢进行支护，并采取防倒棚措施；服务年限较长的开拓系统工程，及时采用砌碹支护，同时严格执行背帮过顶措施，防止帮、顶碎矸滑落，形成未支撑空间。二是要加强井田内的水文地质工作，及时提供矿井内的水文地质情况，了解现有的采掘工作面周边的老采空区的积水分布情况，特别是周边存在断层构造的老采区积水区，制定可靠的防治水措施。

4.结语

在采掘开采活动中，现场地质构造是动态变化的，只有充分认识断层构造的类型及对开采安全的影响程度，提前做好预测预报，加强过程监管，事先采取有效的防范措施，方能确保开采安全。