掘进巷道过断层技术分析与实践.doc

掘进巷道过断层技术分析与实践 王凯 王涛摘 要：从断层描述、断层判断、断层处理入手，分析、比较过断层技术区别，对现场施工具有一定的指导意义。关键词：断层描述；断层判断；断层处理 1 断层描述在井巷掘进过程中，发现只要存在这些现象之一：巷道中出现煤岩层层序重复或煤岩层缺失；巷道中发现煤岩层错位，煤岩层产状发生激烈变化；巷道内发现煤岩层的特征(如：厚度、光泽、硬度、煤岩成分)发生变化等，通常预示着有断层出现。1.1 断层位置通常是通过断层附近的测量点或井巷开口点的位置来确定断层面的具体位置。1.2 断层面主要描述断层面的形态特征是张性状还是压性状，断层面的受挤压状况断层面两盘的擦痕，牵引，伴生小断层的发育情况，两盘的煤岩层特征，煤岩层组合关系等断层面的产状确定，在现场可直接用地质罗盘测量断层面的走向和倾向。 图1 煤层坡度、巷道坡度、巷道 流水坡度三维图1.3 断层带主要描述断层带的宽度及变化情况，破碎带充填物的岩性特征，碎裂块状的大小排列及胶结情况。1.4 断层落差断层落差指的是断层两盘同一煤层之间的标高差。如断层的落差不大，在巷道内断层的两盘均见同一层煤，可以用尺直接量断层的落差。如断层的落差大，通常是通过生产勘探法或作图法分析断层落差。2 断层判断巷道掘进过程中遇到断层落差较小，并揭露出断层两盘，可直接判断断层类别。当遇到断层落差较大，不能看到对盘的煤层时，需先确定断层的性质后，再去寻找断失的煤层，其断层判断方法可分为直接法和间接法。2.1 直接法在实际生产过程中确定断层的性质和判断断层的落差直接方法通常有以下几种：1) 煤岩层对比法。根据巷道揭露的断层两盘的煤岩层层位岩性来确定断层的性质，寻找断失的煤层。该方法比较简单实用，但要断层两盘均揭露出来，才能判断断层类别，这对落差较小的断层适用。2) 伴生派生构造判断法。断层面附近常伴生派生一些小型及微型的次生构造，在成因上与断层有联系，在分布上与断层相伴，它们既可以作为断层存在的标志，也可以作为判断断层的性质。主要伴生派生构造有：牵引褶曲、断层擦痕等，在断层两盘牵引褶曲弯曲的突出方向所指的方向一般是对盘的运动方向。在断层面上常常会有两盘在发生运动时留下的痕迹，在这些痕迹块上面可以用手从上往下触摸，如果擦痕面是光滑，不会刺手，那就说明对盘的运动方向是和手摸擦痕的移动方向是一致的，反之，如会刺手，那对盘的运动方向和手摸擦痕的移动方向是相反的。擦痕有时也表现为一端粗而深，一端浅而细，一般浅而细的一端为对盘的运动方向。3) 标志层对比法。所谓标志层就是容易辨认的特点，而且分布广泛，层位较为稳定的煤岩层。一般情况下，依据标志就能解决煤层的对比问题，为找断失的煤层提供了可靠的对比。4) 煤层特征对比法。各个煤层的厚度、结构和物理性质具有不同的特征，可以利用厚度大小、夹石层数、出现的部位和形态或夹有特殊类型的煤可作为对比，各煤层的物理性质、光泽、硬度、煤质好坏等，利用煤层本身特征，可以直接识别层位，在生产中判断对盘煤层具有良好的效果。5) 煤岩层组合特征对比法。在矿区范围内，煤岩层组合特征比较明显时，煤层与标志层的组合关系进行煤层对比，同时在标志层控制的基础下，煤层与标志层又比较稳定时，可利用层间距进行煤层对比，寻找对盘煤层。6) 生产勘探法。在以上几种方法都取不到良好效果的时候，可采用生产勘探法，生产勘探法主要有：巷探和钻探两种，(1)在断层性质已确定，而落差不能确定的时候，采用巷探；(2)在落差和性质都不能确定的时候，在生产中又需要先查明断层的性质和落差才能确定巷道的掘进方向时，采用钻探。2.2 间接法在实际生产过程中确定断层的性质及落差的间接方法主要分为以下几种：1) 规律类推法。随着矿井地质资料的累积，对矿区出现的断层得到一些规律性的认识：在小区域范围内，在同一构造应力作用下形成的成组派生小断层的性质与同生的主断层的性质相同，可以利用这些小断层的性质来预测主断层的性质。2) 作图分析法。当遇到大断层时，可充分利用各种矿图(包括地质剖面图、采掘工程平面图、煤层底板等高线图等)，将新揭露的断层位置点画在图上，根据断层的产状进行上下左右的对比连接，和附近以往查明的断层产状基本一致，特征相同，并能连接，就可以认为新揭露的断层是已知断层的延伸，由此推断新断层的性质、落差及延伸长度。3) 专家系统。专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。该方法需要建立有代表性的、本矿井的断层(包括断层类别、产状、断距，岩性，两盘煤层及煤层顶底板岩性)的数据库，当生产中遇见新断层时，可把该断层信息输入到专家系统中去判断断层类别。通常，由于地质条件的复杂多样性，运用单一方法往往很难判断断层的特性，为准确识别断层，在生产实践中常采用上述几种方法综合进行分析判断，以便互相补充验证。3 断层处理主要根据断层和巷道掘进方向、断层的性质、落差大小、巷道的用途、运输方式等综合考虑处理断层一般采用改变巷道的掘进方向或改变巷道的掘进坡度方法处理断层。3.1 改变巷道的掘进方向当工作面的运输巷遇到落差大于35 m的断层，如已掘的运输巷长度符合正常生产的工作面运输巷长度，可把断层作为回采工作面的自然边界处理，巷道不过断层，退后一定距离(留一定煤柱)沿煤层作切眼。如已掘巷道长度不够满足生产需要，巷道过断层后需改变掘进方向寻找煤层，由于断层附近围岩不稳定，处于应力集中区，采取先不改变掘进方向，直接过断层，进入到另一盘后再平行断层走向掘石门，寻找缺失煤层。3.2 改变巷道的掘进坡度1） 直接过断层法在揭露断层处A，按l5上坡掘进，直接过断层找煤。方案分析：由于断裂构造不仅使煤层错断、缺失，而且破坏煤层顶、底板的完整性，造成顶、底板破坏容易引起顶板冒落事故，因此该方案缺点是： 施工难度大，由于断层处构造应力集中，煤岩体非常松散、顶板难以控制，顶板冒落高度在4m以上。 )有淋水，煤岩体遇水膨胀，片帮、冒顶加剧。 出矸量大，运输费用提高。 支护困难，需要用双重支护，先打锚杆、锚索后，再使工字钢棚；穿顶木材多、支护成本高。2）后退挑顶过断层法根据公式： S=Htg式中：S放顶后退距离，m； H断层落差，m； 放顶施工坡度。L=H/sin式中：L从放顶点开始见煤掘进斜长，m；即自见断层处往外退至A点处，按15上坡挑顶掘进，约在B点过断层，沿七层煤继续掘进。在七层煤顶板中施工，岩石稳定，支护效果好，减少构造应力影响，顶板不易冒落，便于控制。其优点是： 工作场所工作环境好，避开淋水和松散煤、岩体，施工容易，利于顶板管理工作。 七层煤顶板为砂岩，较稳定，支护效果好，支护费用低。 挑顶产生的矸石堆至回填区，减少排矸量，降低运输费用。3） 方案比较后退挑顶过断层，不仅营造了一个安全的工作环境，而且为优质快掘、节支降耗打下基础。施工实践证明，掘进速度提高3倍以上，出矸量减少50，支护成本降低70，运输费用降低60。4 结语1）后退挑顶方案的关键是揭露断层后，对断层要素确定清楚，从而准确计算巷道坡度、起坡点位置及见煤点位置