研究地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的影響_《商情》2013年48期

　　注：本文摘自《商情》2013年48期第224-224頁(yè)，作者：賈慧娟；鄭州華轅煤業(yè)有限公司

　　【摘要】：隨著礦井開采的不斷深入，井下地質(zhì)構(gòu)造（斷層、陷落柱）對(duì)生產(chǎn)的影響日趨嚴(yán)重，如何能安全順利高效地通過(guò)地質(zhì)構(gòu)造，將影響降低到最小，需要從多方面入手，采取科學(xué)合理的措施，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)注意事項(xiàng)，這是確保安全有序作業(yè)的基礎(chǔ)和保證。

　　【關(guān)鍵詞】：地質(zhì)構(gòu)造；煤與瓦斯突出；出水機(jī)理；安全回采率
 

　　一、引言

　　地質(zhì)構(gòu)造主要通過(guò)影響煤層中瓦斯的保存條件和軟分層的發(fā)育來(lái)控制煤與瓦斯突出發(fā)生的條件。在煤炭形成的漫長(zhǎng)地質(zhì)時(shí)期，煤層受到沉積作用、煤化作用和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等影響，在煤體內(nèi)部產(chǎn)生大量的裂隙、孔隙、褶皺和斷層等構(gòu)造類型。煤層的自燃主要經(jīng)過(guò)氧化放熱、蓄熱散熱和蔓延擴(kuò)展等環(huán)節(jié)，裂隙、孔隙、褶皺和斷層通過(guò)影響各個(gè)環(huán)節(jié)的發(fā)展，從而影響煤層的自燃。構(gòu)造應(yīng)力是控制礦區(qū)采動(dòng)損害的一個(gè)不容忽視的因素。

　　二、地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤層自燃的影響

　　（一）煤層中的裂隙主要是內(nèi)生裂隙和外生裂隙。

　　內(nèi)生裂隙：煤層在煤化作用過(guò)程中因成煤物質(zhì)結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等的變化而產(chǎn)生的裂隙，一般面平且直，一般不切入到其它煤層中。

　　外生裂隙：煤層形成后，由于區(qū)域構(gòu)造變動(dòng)而在煤層中發(fā)育的裂縫。通常成組出現(xiàn)，方向性明顯，裂隙面較平直，延伸遠(yuǎn)，可切入其它煤層，甚至煤的頂?shù)装鍘r層。

　　裂隙影響煤層的供氧條件，它們的存在可以增大煤氧接觸面積，從而導(dǎo)致煤層自燃初期的低溫氧化階段順利進(jìn)行。

　　（二）斷層對(duì)煤層自燃的影響

　　在沒(méi)有受到采動(dòng)影響的煤層中，斷層的數(shù)量、規(guī)模、性質(zhì)和走向?qū)γ簩油�氣供氧影響很大，直接影響到煤層的自燃。煤層自燃后，火焰蔓延的方向受斷層的性質(zhì)和斷距大小的影響。在正斷層位置，煤層被斷開，阻止了火焰向煤層深部蔓延。當(dāng)火焰蔓延到正斷層處時(shí)，由于煤層已經(jīng)被斷層切斷，火焰在此結(jié)束蔓延趨勢(shì)。當(dāng)正斷層完全切斷煤層時(shí)，斷層位置成為天然的防火墻。在逆斷層附近，一旦斷距較小，就會(huì)使煤層發(fā)生重復(fù)，煤層厚度增大，而厚度又是煤層自燃的一個(gè)必不可少的條件，所以煤層自燃會(huì)在逆斷層處發(fā)展和蔓延。當(dāng)有多個(gè)煤層且間距較小時(shí)，斷層的存在則會(huì)引起不同煤層之間的煤火相互貫通，燃燒煤層可導(dǎo)致不同層的煤燃燒。

　　另外，由于斷層的存在，使得在選擇開采方法時(shí)必須采取工作面過(guò)斷層的種種措施，從而嚴(yán)重影響采煤和掘進(jìn)的速度，給采空區(qū)中遺煤的自燃爭(zhēng)取了時(shí)間，加大了自燃的幾率。

　　（三）褶皺對(duì)煤層自燃的影響

　　褶皺通過(guò)控制煤層氧化釋放出的熱量的運(yùn)移方向和聚集狀況來(lái)影響煤層的自燃。在背斜位置，煤層低溫氧化釋放出的熱量就會(huì)運(yùn)移到背斜的核部，如果核部的煤層頂板是滲透性較差的泥巖、頁(yè)巖，那么核部處就會(huì)集聚大量的熱量，從而使煤體溫度升高，繼而發(fā)生自燃。

　　在向斜位置，煤層中集聚的熱量向上擴(kuò)散，一般不會(huì)在核部周圍發(fā)生自燃。另外，倒轉(zhuǎn)褶皺可以使煤層厚度變大，有利于熱量的集聚，并且增加了燃燒物質(zhì)的數(shù)量，容易誘發(fā)大規(guī)模的煤層自燃。

　　（四）孔隙對(duì)煤層自燃的影響

　　煤層中的孔隙主要是原生孔隙和次生孔隙。

　　原生孔隙：煤層在沉積時(shí)，沉積物顆粒之間生成粒間孔和植物各組織內(nèi)部的胞腔，共同組成煤層的原生孔隙。

　　次生孔隙：煤層在煤化作用過(guò)程中，原生礦物結(jié)晶溶蝕而形成的孔隙，因淋濾、溶蝕等作用形成的粒間孔隙，以及煤化作用過(guò)程中因甲烷等氣體的逸出而留下的孔隙等，共同組成煤層的次生孔隙。

　　一般來(lái)說(shuō)，煤中的孔隙越多，氧氣越容易進(jìn)入，煤氧接觸面積越大，越容易氧化升溫直至自燃。煤的孔隙會(huì)隨著煤化作用加深而不斷減少，煤級(jí)較高的煤中原生孔隙基本消失，這就可以解釋變質(zhì)程度低的煤比變質(zhì)程度高的煤更容易自燃，就是因?yàn)樽冑|(zhì)程度低的煤孔隙度要大于變質(zhì)程度高的煤，從而使氧氣更容易進(jìn)入到煤層中，增大了煤氧接觸的面積。

　　總之，地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤層自燃的影響很大。裂隙、孔隙、褶皺和斷層的數(shù)量、規(guī)模影響煤層的供氧條件，它們的存在可以增大煤氧接觸面積，從而導(dǎo)致煤層自燃初期的低溫氧化階段順利進(jìn)行；裂隙和斷層也是煤火燃燒過(guò)程中物質(zhì)和能量的噴出通道；斷層的性質(zhì)可決定煤火是否繼續(xù)向煤層深部發(fā)展；褶皺可控制煤低溫氧化釋放出的熱量聚集，如果背斜核部有封閉性好、導(dǎo)熱性差的煤層頂板，那么此處是煤層聚熱增溫的良好場(chǎng)所，也是易于自燃的地方。

　　三、構(gòu)造應(yīng)力對(duì)礦區(qū)采動(dòng)損害的影響

　　礦區(qū)采動(dòng)損害，是因煤炭井工開采對(duì)覆巖和地表地質(zhì)環(huán)境造成的損害。從構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，礦區(qū)采動(dòng)損害是在地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力作用、巖體本身重力以及地下開采活動(dòng)聯(lián)合影響下發(fā)生的主采煤層上覆巖、土體的一種特殊的表生構(gòu)造現(xiàn)象。

　　對(duì)于一個(gè)具體的煤礦區(qū)來(lái)說(shuō)，要么處于擠壓構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)，要么處于拉張構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。擠壓與拉張是煤礦區(qū)常見(jiàn)的兩種最基本的構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)。

　　由于構(gòu)造應(yīng)力的作用，可以改變采動(dòng)影響下的巖層移動(dòng)方向和移動(dòng)量的大小，同時(shí)也影響井下巷道的變形破壞模式。如果煤礦區(qū)處于擠壓構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)中，在煤層未開采之前，側(cè)向擠壓應(yīng)力早己存在，它使煤層覆巖有向上彎曲的趨勢(shì)；在煤層被采出后，覆巖重力首先克服側(cè)向力造成的向上的彎矩，剩余的垂向力才引起煤層頂板向下彎曲變形。同時(shí)，由于側(cè)向擠壓構(gòu)造應(yīng)力的存在，使巖體所受圍壓升高，必將使巖體的力學(xué)強(qiáng)度增加，從而減小煤層開采對(duì)覆巖的損害。

　　另一方面，由于巖石的抗拉強(qiáng)度最低，在受拉張應(yīng)力作用后，很容易產(chǎn)生張節(jié)理，使巖層的連續(xù)性遭到破壞，失去內(nèi)聚力；拉張應(yīng)力的作用可以抵消一部分因重力作用在巖層中產(chǎn)生的水平關(guān)聯(lián)應(yīng)力，從而使巖塊受到的側(cè)向夾持力減小甚至消失，很容易在重力作用下失穩(wěn)沉降，即使拉張應(yīng)力不足以使巖層破斷，也會(huì)使巖體的圍壓降低，從而導(dǎo)致巖體強(qiáng)度的下降。為了保護(hù)煤礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境，煤炭資源開發(fā)活動(dòng)必須要有一個(gè)度，要把開采強(qiáng)度限制在煤礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境可以承受的范圍之內(nèi)。

　　四、結(jié)論

　　在煤礦的開采活動(dòng)中，探明地質(zhì)構(gòu)造的類型和規(guī)模是保障安全生產(chǎn)的第一步。時(shí)刻注意地質(zhì)構(gòu)造的變化，預(yù)防煤礦重大事故的發(fā)生。關(guān)于地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的研究，今后將主要集中在以下幾個(gè)方面：地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤與瓦斯突出影響的定量化分析；地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤層自燃的定量化分析；地質(zhì)構(gòu)造對(duì)礦區(qū)采動(dòng)損害的定量化分析。

　　【參考文獻(xiàn)】：

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