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煤矿生产过程中,常见的地质问题有哪些

文章出处:admin 人气:发表时间:2018-07-18 09:16

影响煤矿生产的主要地质因素

 

煤层厚度变化

 

煤层厚度变化是影响煤矿生产的主要地质因素之一。煤层发生分叉、变薄、尖灭等厚度变化,直接影响煤矿正常生产。

 

一、煤层厚度变化的原因及变化特征

 

煤层厚度变化是多种多样的,但就其成因来说,可分为原生变化和后生变化两大类。

 

(一)煤层厚度的原生变化

 

煤层厚度的原生变化是指泥岩层堆积过程中,在形成煤层顶板岩层的沉积物覆盖以前,由于地壳活动,沉积环境变迁等各种地质因素的影响而引起的煤层形态和厚度变化。原生变化主要包括地壳不均衡沉降引起的煤层分叉、变薄、尖灭、泥炭沼泽古地形对煤层形态和煤厚的影响、河流同生冲蚀、海水同生冲蚀等四种原因。

 

(二)煤层厚度的后生变化

 

煤层厚度的后生变化是指煤层被沉积物覆盖以后,或煤系形成以后,由于河流剥蚀、构造变动、岩浆侵入、岩溶陷落等各种地质因素的影响而引起煤层形态和厚度变化。

 

二、煤层厚度变化对煤矿生产的影响

 

煤层厚度变化对煤矿生产的影响主要表现在以下几个方面:

 

1.影响采掘部署

 

2.影响采煤工艺

 

3.影响计划生产

 

4.掘进率增高

 

5.采出率降低

 

三、煤层厚度变化的研究和处理

 

(一)煤层厚度变化的观测和探测

 

1.煤层的观测

 

1)煤层的观测内容

 

2)煤层的观测方法

 

2.煤层的探测

 

1)煤层厚度的探测

 

(1)煤巷掘进中的探煤厚工作。

 

(2)回采工作面的探煤厚工作。

 

2)煤层分叉尖灭的探测

 

根据煤层分叉的稳定情况大致可分为两种:一种是煤层分叉后分层的分布比较稳定;另一种是煤层分叉后只有一层保持稳定(即为主分叉层),其它各层延续不远很快尖灭。

 

3)煤层底凸薄化的探测

 

煤层底凸薄化是指煤层底板凸起造成煤层变薄尖灭的现象。对于这种变化,常用的探测方法如下:

 

(1)钻探控制巷道掘进方向的底凸位置。 

 

(2)利用巷道穿越底凸部位,直接圈定煤层底板凸起的位置及薄化范围。

 

(3)利用工作面上分层边采边探的煤层观测资料,编制煤层顶、底板标高等值线图,研究泥炭沼泽的基底地形,圈定煤层底凸薄化的位置和范围。

 

4)煤层河流冲蚀变薄带的探测

 

首先应在巷道中仔细观察和素描冲蚀带的宽度、厚度、岩石成分、层理、砾石分布、煤层顶板冲蚀情况、冲蚀面特征、冲蚀处煤质变化等。将各巷道所见的冲蚀现象投绘在平面图上,进行对比分析,确定古河床的分布范围及对煤层破坏的情况,圈出古河床冲蚀带范围。

 

(二)定量评定煤层厚度的稳定性

 

(三)煤层厚度变化的处理

 

1.掘进中的处理办法

 

(1)在煤巷掘进中遇到煤层分叉、尖灭现象,要根据具体情况确定掘进方案,如已知上分层稳定可采,而下分层常变薄尖灭,则巷道应紧靠煤层顶板掘进。如果是下分层稳定可采,上分层不稳定,则应紧靠煤层底板掘进。如果分叉后煤层全部可采,应先采上分层,再采下分层。

 

(2)在采区上山掘进中,如遇煤层变薄带,应按变薄带的范围大小来决定巷道是直接穿过,还是停止掘进,或从其它地方另开巷道。若变薄带范围不大,并且确知工作面有煤可采时,掘进巷道采取挑顶或破底办法直接穿过变薄带。

 

(3)主要运输巷遇到局部煤层变薄或尖灭时,巷道可按原计划施工,穿过变薄尖灭带。 

 

2.回采工作中的处理方法

 

回采工作面遇到变薄带或无煤区时,可采用直接推过或绕过的办法。若变薄带或不可采区范围较小,则可采用直接推过的办法;若变薄带范围较大,可考虑采用绕过的办法;大面积的不可采区,应布置探巷,探清不可采范围,将工作面分为几块回采,先采①、②两块,然后合成一个工作面③进行回采。

 

第二节  矿井地质构造

地质构造是影响煤矿建设和生产的各种地质因素中最重要的因素之一。地质构造包括褶皱、节理和断层。断层是矿井地质构造的研究重点。

 

矿井地质构造按其规模大小和对生产的影响程度,可分为大、中、小三种类型。大型构造是指决定井田边界的大型褶曲与断层,这类构造在勘探阶段已基本查明。中型构造是指分布在井田范围内,影响水平、采区划分和巷道布置的次一级构造,它们对煤矿生产影响极大,是矿井地质工作的重点。小型构造是指那些在巷道或工作面中比较容易查明全貌的更次一级的褶曲与断层。

 

一、褶曲构造对煤矿生产的影响与研究

 

(一)褶曲构造对煤矿生产的影响

 

1.大型褶曲

 

大型褶曲在勘查段已经查明,它的规模、方向和位置影响到井田的划分和矿井开拓方式及开拓系统的部署,是矿井设计考虑的主要问题。

 

2.中型褶曲

 

中型褶曲对整个矿井的开拓部署影响不大,但对采区的布置关系密切,影响到采区的大小和采区巷道的布置。

 

3.小型褶曲

 

小型褶曲是在回采工作面准备过程中,在巷道中揭露的幅度仅几米到几十米,长度为几米到几十米的褶曲。它影响煤层平巷的掘进方向,从而影响工作面长度,给机械化回采、顶板管理带来一定困难。小型褶曲还往往引起煤层厚度发生变化,使生产条件复杂化。小型褶曲特别发育时,甚至会使煤层变为不可采。

 

(二)煤矿生产中褶曲构造的研究

 

1.褶曲的判断

 

判断井下褶曲的存在,主要是根据煤、岩层产状的规则变化和岩层层序的对称重复出现这两大标志。如在石门巷道中岩层倾向相背或相倾,或是在煤层平巷中由于煤层走向的急剧变化而使平巷弯曲,表明有褶曲(背斜或向斜)存在。

 

在构造简单,岩层标志比较明显的地区,根据褶曲核部和两翼的岩层层序, 

 

2.褶曲的观测

 

(1)对在巷道中能看到全貌的小褶曲,应系统观测褶曲轴的位置、方向、产状。对中型褶曲,在一条巷道中不能观测到全貌时,应准确鉴定观测点处的煤层,岩层层位及其顶底面顺序,岩层产状、煤厚变化,以及与其伴生的次一级小构造等,然后将所观测到的资料投绘到平面图和剖面图上,在图上综合分析,确定褶曲轴的位置延展方向。

 

(2)观测描述褶曲两翼的岩层产状,褶曲宽度和幅度,褶曲的延展变化及向深部的延伸趋势。

 

3.褶曲的探测

 

(三)褶曲的处理

 

通过对褶曲的判断、观测、探测,已基本查明它的位置、方向及产状变化。在此基础上可对褶曲采取如下措施进行处理。

 

1.大型褶曲

 

(1)褶曲轴线作为井田边界。有些大型向斜,由于轴部埋藏较深,开采困难,多作为井田边界,其两翼分别由两个或几个井田开采。有些大型宽缓背斜,两翼煤层距离较远,井下难以形成统一的生产系统,可以褶曲轴为界,两翼分别有两个井田开采。

 

(2)大型褶曲在井田开拓部署中的处理方法。不是所有的大型褶曲轴都必须作为井田边界,在有的井田内也可以有大型褶曲存在。若在井田内有大型背斜构造,开拓系统中常把总回风道布置在背斜轴附近,两翼煤层均可利用。有些位于向斜构造的矿井,常把运输巷道布置在向斜轴部附近,用一条运输巷解决向斜两翼的运输问题。

 

2.中型褶曲

 

(1)以褶曲轴线作为采区中心布置采区上山或下山。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,采区走向长可达1000m以上。

 

(2)以褶曲轴作为采区边界。在较紧闭的褶曲轴部,次一级构造往往发育,因此常以褶曲轴作为采区边界。

 

(3)工作面直接推过褶曲轴。当褶曲较宽缓,而规模不太大时,可布置单翼采区,工作面直接推过褶曲轴部。

 

3.小型褶曲

 

(1)采面重开切眼生产。在小型褶曲发育地区,常见到煤层突然增厚或变薄,甚至不可采,使工作面无法通过,需要重新开掘切眼进行生产。

 

(2)采面运输巷改造取直。煤矿要求运输巷在60m内不能有大的弯曲,弯曲过多无法使用。由于小褶曲存在,使煤层平巷弯弯曲曲,为满足生产要求,巷道需要改造取直。

 

二、断裂构造对煤矿生产的影响与研究

 

(一)节理(裂隙)对煤矿生产的影响及处理

 

1.影响钻眼爆破效果

 

2.影响开采效率

 

3. 影响顶板控制方法

 

4.影响工作面布置

 

5.对其它方面的影响

 

(二)断层对煤矿生产的影响

 

断层破坏了煤层的连续性和完整性,对煤矿生产造成了很大影响。断层规模不同,对生产的影响程度不同。目前对断层规模等级的划分标准尚不统一。根据煤矿工作实践,建议采用下列划分标准:落差大于50m为特大型断层,落差50~20m为大型断层,落差20~5m为中型断层,落差小于5m为小型断层。

 

断层对煤矿生产的影响主要表现在以下七个方面:

 

  1. 影响井田划分

2.影响井田开拓方式

 

3.影响采区和工作面布置

 

4.影响安全生产

 

5.增加煤炭损失量

 

6.增加巷道掘进量

 

7.影响煤矿综合经济效益

 

(三)煤矿生产中断层的研究

 

  1. 断层的判断

断层的出现不是孤立的,常在断层附近的煤、岩层中伴生一些与正常情况不同的地质现象,这些现象预示者前方可能有断层存在,应作好过断层的准备工作。在断层出现前,可能遇到的征兆,主要有以下几种现象:

 

(1)煤层、岩层的产状发生显著的变化时,可能有断层存在。

 

(2)煤层厚度发生变化,煤层顶底板出现不平行现象时,可能有断层存在。

 

(3)掘进巷道中经常出现明显的小褶曲(如开滦唐山煤矿),或煤层常发生强烈揉皱,滑面增多或变为鳞片状碎煤(如淄博龙泉矿)等现象时,可能有断层存在。

 

(4)煤层和顶、底板中的裂隙显著增加,并有一定的规律性时,可能有断层存在。

 

(5)在大断层附近常伴生一系列小断层,这些小断层是判断大断层的重要标志。

 

(6)在高瓦斯的矿井,在巷道中瓦斯涌出量常有明显变化地段,可能有断层存在。如焦作矿务局焦西矿掘进巷道时,遇断层前后瓦期涌出量出驼峰现象。

 

(7)充水性强的矿井,巷道接近断层时,常出现滴水、淋水以至涌水的现象,可能有断层存在。

 

在实际工作中,应根据上述各种征兆,再结合矿井的具体地质条件和已采掘地段断层资料,进行综合分析,使判断更符合实际。

 

2. 断层的观测

 

(1)确定断层位置。

 

(2)观察断层面特征。

 

(3)观察断层的伴生派生构造。

 

(4)确定断层性质及断层力学性质。

 

(5)测量断层面产状。

 

(6)确定断层的落差。

 

3.断层的探测(断失煤层的寻找)

 

煤矿中判断断层性质和确定断距的方法主要有以下五种:

 

(1)层位对比法。

 

(2)伴生派生构造判断法。

 

(3)规律类推法。

 

(4)作图分析法。

 

(5)生产勘探法。

 

(四) 断层的处理

 

1.开拓设计阶段对断层的处理

 

(1)井田边界和采区边界的确定。凡是井田内遇到落差大于50m的特大型断层时,应以该大型断层作为井田边界。

 

(2)井筒位置的选择。一般立井井筒要布置在倾角较大的大断层下盘,距断层30~50m以外的位置。

 

(3)运输大巷的布置。运输大巷是需布置在较坚硬的岩层中,且尽量少改变方向。但在断层错动处,断层上、下盘的煤岩层位移较大,甚至与另一盘的含水层相遇,因此必须考虑巷道的改道问题。

 

(4)采区内块段划分。被断层切割破坏的地区,要综合考虑断层的位置、落差、被切割块段的大小和形态,以及已有的生产系统等因素来划分开采块段,要尽可能地将较大断层留在各块段之间的煤柱当中。

 

(5)井田开拓方式的确定。选择井田开拓方式时,要考虑各种地质因素的影响,其中断层占重要地位。

 

2.巷道掘进阶段对断层的处理

 

(1)平巷过断层。平巷过断层分为穿过煤层顶板(或底板)和顺断层面掘进两种方式。

 

(2)倾斜巷道过断层。上山、下山等倾斜巷道遇断层后,可以根据生产的要求采取多种形式通过断层。

 

当断层落差较小时,根据断失盘是上升还是下降盘分别采用挑顶、挖底或挑顶挖底相结合的方式通过断层。

 

3.回采阶段对断层的处理

 

(1)采用强行通过的方法。

 

(2)采用重开切眼的方法。当断层落差大于煤厚时,对于倾向断层或斜交断层可采用重开切眼的方法,即提前在断层另一盘重新开掘切眼,待工作面推进到断层处,停止回采,工作面搬家到新切眼内继续开采。

 

(3)采用划小工作面的方法。当断层落差大于煤厚时,对于走向断层,可在断层两侧补掘中间平巷,把原来一个采面划分为两个采面分别回采。对于落差一端大、一端小的斜交断层,可采用合采与分采相结合的方法,把断层上、下盘煤层结合起来开采。

 

第三节 岩浆侵入煤层

 

一、岩浆侵入煤层的观测与研究

 

(一)岩浆侵入体的一般特征

 

  1. 岩浆侵入体的产状

生产矿井中发现的岩浆侵入体主要有以下两种产状:

 

(1)岩墙。

 

(2)岩床。

 

2.岩浆侵入体岩性

 

(二)对岩浆侵入体的观测

 

对在井下一切揭露岩浆侵入体的地点,都应进行详细的观测和素描。观测的内容有以下四个方面:

 

1.岩浆侵入体的颜色、矿物成分、结构、构造特征及名称。

 

2.岩浆侵入体的产状、延展范围。

 

3.岩浆侵入体与断裂构造的关系。

 

4.煤层被破坏情况,包括岩浆侵入体与煤层的接触关系、天然焦宽度、煤层的变质程度等。

 

(三)对岩浆侵入体的探测

 

(四)岩浆侵入体资料的综合研究

 

二、岩浆侵入体对煤矿生产的影响

 

(一)岩浆侵入体对煤质的影响

 

(二)岩浆侵入体对煤矿生产的影响

 

三、岩浆侵入煤层的处理

 

第四节  岩溶陷落柱

 

岩溶陷落柱是指煤层下伏碳酸盐岩等可溶岩层,经地下水溶蚀形成的岩溶洞穴,在上覆岩层重力作用下产生塌陷,形成筒状或似锥状柱体。简称陷落柱,俗称“矸子窝”或“无炭柱”。

 

陷落柱在我国华北石炭二迭纪聚煤区中普遍分布,其中以山西、河北最为发育。

 

一、陷落柱的成因

 

(一)岩溶发育的地质条件

 

(二)溶洞塌陷机理

 

二、陷落柱的特征

 

(一)陷落柱的形态特征

 

(二)陷落柱的地表出露特征

 

(三)陷落柱的井下特征

 

(四)陷落柱的分布特征

 

三、陷落柱的观测与研究

 

四、陷落柱对煤矿生产的影响及处理

 

第五节  影响煤矿生产的其它地质因素

 

一、矿井瓦斯  

 

二、煤层顶底板

 

三、矿井地热的危害

 

四、矿山压力

 

五、煤层自燃与煤尘

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