构造对煤矿生产的影响.ppt

第二章构造对煤矿生产的影响 第一节概述矿井构造的研究意义 等级划分 研究步骤和内容第二节地质构造 褶曲 断层 裂隙 对煤矿生产的影响第三节构造的观测与判断第四节构造预测第五节对构造的处理第六节井下煤 岩 层产状的测定 第一节概述 一 矿井地质构造的研究意义构造是影响煤矿生产建设最重要的地质条件 因素 因为地质构造具有普遍性和控制性的特点 地质构造普遍存在于一切矿井 其复杂程度 表现形态和对生产的影响大小在不同矿井可有不同差异 在矿井中 地质构造还对其它开采地质条件起着明显的控制作用 在研究煤厚变化 顶底板稳定性 煤与瓦斯突出 岩浆侵入 岩溶陷落 地温 地压等开采地质条件时 都必需考虑构造因素的控制性 二 矿井地质构造的等级划分 1 构造按其规模大小和对生产的影响程度不同 可分为大 中 小三个等级 其中 中型构造尤其是中型断裂构造 是矿井地质研究的主要对象和工作重点2 矿井断层的分级与标准 大型断层落差大于30m 中型断层落差小于30m到落差大于煤厚 小型断层落差小于煤厚 说明 除规模外 断层的影响 还与煤厚 采煤方法等有关 相同落差的断层 对厚煤层影响小 对薄煤层影响大 对综采影响大 对炮采影响小 因此 采用落差与煤厚对比作为定量分级指标 断层落差是评定断层规模的基本指标 但这一指标也有缺陷 如对于大型缓倾角断层和平移断层 它们落差虽小 规模却大 对生产影响严重 另外 同一断层的不同地段落差也不是一个固定的数值 因此有人认为在矿井断层定量分级时 还应参照断层的其它断距 断层的延伸长度和断层带宽度等指标 三 矿井地质构造的研究步骤和内容 一 研究步骤可概括为 1 观测 指对井巷已揭露的构造现象进行观察 测量 记录 描绘和摄影等项工作 这是一项基础工作 务必扎实抓好2 判断 是对揭露尚不充分的构造 根据与它有成因联系的各种地质标志 通过综合研究 分析对比 对它的存在 性质和规模作出的切合实际的辨认 全面地占有资料 科学地进行综合分析 是正确判断的前提 在作出判断之前 应尽量设想各种可能 并逐一筛选 以防片面性 3 预测 是指对部分揭露或未揭露地区的构造 根据地质理论和已掌握的地质规律 提出的预见性认识 矿井地质离不开科学的预测 那种就事论事的传统作法 满足不了当前煤矿生产对地质的要求 4 处理 是指针对已查明的构造特点 为克服和尽量减少它对生产的不利影响 采取的相应技术措施和办法 构造处理主要由采掘人员进行 但矿井地质人员要了解处理的原则 熟悉处理的方法 协助采掘人员妥善处理好构造 二 生产矿井研究地质构造的主要内容 概括为 收全取准资料 及时上图分析 总结地质规律 开展构造预测 巧避构造之害 巧用构造之利1 系统观测收集井巷和钻孔揭露的一切构造资料 并正确填绘在矿井地质图上 查明井田内各区段 部位的煤层产状变化和构造展布特点2 对新揭露的构造 要查明褶曲轴的方向 位置 煤层标高及起伏变化及断层的性质 断距 延伸方向和另一盘断失煤矿层的确切位置3 及时地提出可能出现的各种构造迹象 以及它们对煤厚变化 岩浆侵入 充水条件 瓦斯赋存等的控制影响4 系统掌握各具体构造的延伸变化和总体展布特点 尽可能对下一煤层 下一水平 深部或未采掘地段的构造提出预测意见5 与采掘部门一起及时调整和改进巷道方向或工程布署 妥善解决和处理构造给生产带来的各种不利影响 第二节地质构造对煤矿生产的影响 主要是 造成开采条件的复杂化 造成开拓和开采系统的不合理 从而影响矿井的开拓部署和采煤方法选择 影响正常的采掘工作和安全生产 减少煤炭储量和矿井服务年限从构造的规模看 不同等级的构造对煤矿建设生产的影响不同 大型构造是整个煤产地的骨干构造 它决定着井田的划分和井型规模 中型构造是分布在井田内的次一级构造 影响水平 采区划分和巷道布置 小型构造更次一级 在巷道或工作面中就能看清全貌 对生产影响较小 但当其密集发育时 会削弱顶板稳定性 使顶板维护困难 此外 小型构造常是瓦斯突出的发生部位 从构造的类型看 褶曲 断层 裂隙对煤矿生产的影响也各有区别 一 褶曲对煤矿生产的影响 1 影响工作面布置2 造成煤厚突变 影响开采3 造成巷道曲折 影响运输4 造成瓦斯压力增大 增加瓦斯突出危险5 褶曲轴部往往岩层破碎 顶板压力增大 易发生冒顶事故 需加强支护 6 大中型褶曲 影响采区划分和大巷位置的选择 运输大巷往往沿向斜轴方向布置 回风巷往往沿背斜轴向布置 如 7 小构造使工作面长度变化 影响机械化采煤 二 断层对煤矿生产的影响 1 影响井田划分 井田内存在大断层 将给生产带来巨大的困难 如 2 影响井田开拓方式的选择和采区布置 断层的位置 产状 规模等对此都会产生影响 如 3 影响回采工作 回采工作面内存在小断层 会使生产条件困难 甚至造成停产事故4 影响安全生产 断层破碎带对井下涌水量增加 瓦斯突出 垮塌冒顶等有直接关系5 造成煤炭资源损失6 造成掘进率增高 三 裂隙对煤矿生产的影响 1 影响打眼 爆破 炮眼的方向如与主要裂隙面平行 容易产生卡钎子 爆破时容易沿裂隙面漏气 降低爆破效果2 影响回采率 根据裂隙的方向和发育程度 合理地布置回采工作面 可以提高生产效率 如 3 影响工作面支护和顶板管理方法 顶板裂隙发育 工作面一般不使用顶柱支护 应采用棚子 4 影响采掘工作面的布置和方向 掘进和回采方向 最好与主要裂隙方向成大锐角或相垂直 5 影响瓦斯和矿井水的危害 平巷平行于裂隙方向 掘进时不利于瓦斯从巷道内散放 会相对增加回采时瓦斯的散放强度 第三节构造的观测与判断 一 褶皱 一 褶曲的识别与观测1 褶曲的识别地层层序的对称重复 确定性标志 和岩层产状的规则变化 可能性标志 是识别褶皱的两大标志 在地层层序发生倒转的地区 即使岩层产状没有变化 也不能肯定就没有褶皱 在地层层序正常的地区 岩层产状的变化 既可由褶皱引起 也可由断层产生 因此 在利用岩层产状标志时要谨慎 岩层产状在石门中相背或相向倾斜 或是在煤层平巷中由于产状的急骤改变而使巷道转弯 巷道在平面上为S型 都表示可能有褶曲的存在 2 褶曲的观测 对在巷道中能观察全貌的小型褶曲 应系统地查明褶曲轴的位置 方向以及是否倾状 倾状方向和倾状角大小 褶曲两翼的煤层和岩层产状 褶曲宽度和幅度 褶曲对煤层厚度及结构的影响 褶曲与断裂 节理的关系 以及褶曲的延展变化 往深部发展趋势和对采掘生产的影响程度等 不能观察全貌时 则需通过各观测点的煤岩层位 层序 煤厚变化及伴生构造等的具体情况来确定 故对此观测必须仔细 二 褶曲轴判断1 巷道中实测 2 根据上部资料推断 3 根据区域构造线方向推测 4 实际控制与外推相结合 即边推边掘 边掘边采 三 查明褶曲的生产勘探工作1 巷探 对于向斜轴的探查 多采用由下水平的石门向上部煤层的向斜槽底掘立眼的方法 2 钻探 对褶曲构造的探测 应尽可能利用已揭露的各种资料 通过作图分析 初步判断其类型 规模和分布范围 当有些部位的构造形态还不清楚时 最好采用将来可为生产使用的探巷加以查明 对构造复杂 控制很少的褶曲 则应在井下邻近巷道用钻探查明 四 褶曲构造在主要地质图上的表现特征1 水平切面图上与地形地质图上特征类似 2 底板等高线图上与地形图上地形等高线特征类似 二 断层 一 断层的判断1 巷道遇断层前可能出现的征兆 1 接近断层时 煤层和顶 底板中裂隙显著增加 并且常常具有一定的规律性 2 煤岩产状发生显著变化 常出现牵引褶曲 3 煤厚发生变化 顶 底板出现不平行现象 4 煤层结构常发生变化 出现揉皱和破碎现象 5 在大断层附近常伴生一系列小断层 6 瓦斯大的矿井 巷道接近断层时 瓦斯涌出量往往有明显变化 7 充水性强的矿井 巷道接近层时 往往出现滴水 淋水甚至涌水现象 2 巷道遇断层的标志 1 煤 岩 层不连续 有多种情况 2 断层擦痕 3 牵引现象 4 断层角砾和断层泥 3 断层的识别 井巷中识别断层主要是地层和构造两大标志 1 地层标志凡在巷道中出现地层层序顺序性重复 或地层层位缺失等现象时 一般预示着断层的存在 注意 断层所造成的层位缺失仅限于断层附近 而不整合或假整合所造成的层位缺失具有区域性 断层所造成的层序重复具有顺序性 而褶皱所造成的层序重复具有对称性 2 构造标志凡在巷道中发现煤 岩层错断 产状剧烈变化和断层的伴生 派生构造时 则预示有断层的存在 一般来说 在薄煤层巷道中 识别断层并不困难 断层把煤 岩层错接在一起 一目了然 但在厚煤层中遇到落差小于煤厚的断层 或者断层把厚度相近的煤层对接在一起时 倘若不留意 将会漏掉断层 这时应根据煤层本身和顶底板特征 结合断层面上的粉煤线和其它构造标志确定 追索煤层中的稳定夹石层和特殊结构与性质的煤分层 看其是否断开 是识别断层的有效方法 此外 在煤层巷道中 当巷帮出现局部的煤层顶 底板三角区时 常有断层存在 二 断层的观测与描述1 断层的观测 1 断层位置的确定 方法是从已知测点或其它已知点用皮尺测量至断层的距离 2 断层面 带特征的观察 擦痕侧伏的观测规定 断层走向与擦痕仰起方向的锐夹角 为侧伏角 构成该锐角边的断层走向一端 带箭头端 的方位为侧伏方向 3 断层两盘伴生 派生地质现象的观察 4 断层性质和断层力学性质的鉴定 分布在主断层旁侧一端收敛 另一端撒开的一组小型弧形破裂面 它和羽状节理一样 也是由断层两盘相对运动派生的局部应力场的产物 不同的是形成帚状构造时断层带岩体受力不平衡 曾发生过局部旋转 帚状构造按破裂面力学性质不同 分为压扭性帚状构造和张扭性帚状构造 帚状构造 2 断层的测量 1 断层产状和断煤交线的测量 方法是在巷道两壁上找出同一盘断煤交线上的两个点 用线绳连接该两点 测量线绳的倾伏向和倾伏角即为断煤交线的方向 2 断距的测量 3 断层的描述断层描述一般以素描图为主 配合必要的数据和简要文字说明 常用的记录方式有 巷道剖面图加注数据 巷道平面图加注数据 巷道平面图加断面图 巷道平面图加巷道剖面图等 三 断失翼煤层的寻找方法1 煤 岩层层位对比法 根据巷道已揭露的断层另一盘的煤 岩层层位 结合断层的产状 来判断断层的性质和落差 2 根据伴生 派生的小型构造及断层面上特征 小型构造有 1 平行小断层 成组小断层性质与主断层相同 2 根据断层带和断层面特征 3 牵引褶曲 弯曲方向常指向煤层断失前方向 4 羽状断裂 羽状节理是一种小型的入字型构造 是指由高序次的主干断裂和旁侧的低序次分枝断裂或褶皱组合成 入 字形状的构造型式 若分枝构造属压性或压扭性 其与主干断裂所夹锐角尖端 指示对盘的运动方向 若分枝构造属张性或张扭性 其与主干断裂所夹锐角尖端 指示本盘的运动方向 3 根据规律推 与邻区对比 4 作图分析 5 生产勘探方法 四 断层在地质图上的表现1 在剖面图及煤层地板等高线图上的表现 2 在水平切面图上的表现 一条直线即走向3 在地形地质图上的表现 一条线 与地形 产状及二者的关系有关 仅大致反映断层的延伸方向 注意表示方法 第四节构造的预测 构造预测的根据一般有两方面 一是根据已揭露的资料来推断下部煤层 下一水平或邻近地区的构造情况 二是根据已查明的构造规律来预测未采掘地区的构造展布特点一 已知构造的延伸预测根据上部煤层或上一水平已经揭露的构造资料 通过作图方法来预测深部或下一煤层的构造延展情况 1 利用剖面图推断深部构造的发育情况2 利用水平切面图推断构造在走向延展的情况 3 利用底板等高线预见同一煤层深部构造的出现情况 4 利用不同煤层底板等高线图推断下一煤层的构造发育情况 5 利用煤层立面图推断急倾斜煤层深部构造的情况 二 总体构造规律预测1 根据构造组合型式预测构造2 根据应力和应变特征预测构造3 根据构造复杂程度分区预测构造三 采掘前方未知断层的预测1 断层存在与否的预测2 断层产状和性质的预测3 断层断距的预测4 断层位置的预测 第五节对构造的处理 一 对褶皱的处理1 大型褶曲 影响井田划分和整个开拓系统的褶曲构造 1 大型褶曲轴线作为井田边界 2 井田内开拓部署中的处理方法 背斜轴部 总回风巷 向斜轴部 集中运输巷 2 中型褶曲 是大型褶曲的次一级构造 1 轴线选做采区中心 布置采区上 下山 对开阔的平缓褶曲 以向斜轴作为采区中心 向两翼布置回采工作面 2 轴线做为采区边界 紧闭褶曲 3 工作面直接推过褶曲轴 宽缓褶曲 褶曲较宽缓 规模不大时可布置单翼采区 工作面直接推过褶曲轴部 3 小型褶曲 1 使煤厚发生变化 变化严重时要重新开掘切眼 2 沿煤层掘进时 褶曲使巷道变得弯曲 弯曲过大时采面运输巷要改造取直 二 对断层的处理包括 对不同类型的断层进行合理的设计布署 在采掘过程中遇到新发现的构造时 调整和改进生产系统和采掘方向 总之要在保证安全生产的情况下 最大限度地减少断层对生产的不利影响 一 开拓设计时对断层的处理P291 井田或采区边界的确定 在划分井田或采区边界时 如有落差大的断层存在 最好以大断层作为它们的边界 煤柱可共用2 井筒位置的选择 应尽量避开大的断层带布置 特别是井底车场 采区边界布置 3 运输大巷的布置 在有断层错动的地方 煤 岩层可以错移得很远 甚至与另一盘的含水层相接触 这时必须处理好巷道改向问题 运输大巷是生产上长期使用的主要巷道 要求布置在煤层附近 通常在煤层底板 的稳固岩层中 并力求平直 无急剧拐弯 因此 当掘进遇较大断层时 应根据运输和安全等要求 切实处理好改向和弯度等问题 并使改向后的巷道尽快进入原设计层位 4 采区块段划分 尽可能地将较大断层留在各块段之间的煤柱当中 在断层发育的采区 必须综合考虑断层的位置 落差 被切割块体的大小 形态和已有生产系统来布置采面 为避免断层对回采的影响 应尽可能地将较大走向断层留在采面之间的区段煤柱内 将倾向断层作为回采边界 如果煤层被倾向或斜交断层切割 断层之间又足以布置一个采面时 可因地制宜布置倾向长壁工作面 图中采区将两走向断层处理在上下煤柱之中 又以倾向断层作为回采边界 很合理 二 巷道掘进时对断层的处理 1 平巷过断层 巷道变方位 不变坡度 1 斜穿煤层顶 底板过断层 考虑因素 岩性是否利于施工等 距离短 少丢三角煤等 2 顺断层面过断层 如果断层附近岩石破碎 压力大 又有水 瓦斯等的威胁时 则不能紧靠断层施工巷道 而应在巷道穿过断层后 距离断层面一定距离平行走向 掘石门进入另一翼煤层 2 斜巷过断层 巷道坡度变方位不变 1 当断层落差小于煤厚时 采取挑顶 卧底或挑顶卧底相结合的方式来通过断层 2 当断层落差大于煤厚时 必须改用石门 反眼 立眼等方式进入另一翼煤层 三 回采阶段对断层的处理 1 走向断层的处理 1 断层落差小于煤