研究地質構造對煤礦安全生產的影響_《商情》2013年48期

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

　　【摘要】：隨著礦井開采的不斷深入，井下地質構造（斷層、陷落柱）對生產的影響日趨嚴重，如何能安全順利高效地通過地質構造，將影響降低到最小，需要從多方面入手，采取科學合理的措施，嚴格執行相關注意事項，這是確保安全有序作業的基礎和保證。

　　【關鍵詞】：地質構造；煤與瓦斯突出；出水機理；安全回采率
 

　　一、引言

　　地質構造主要通過影響煤層中瓦斯的保存條件和軟分層的發育來控制煤與瓦斯突出發生的條件。在煤炭形成的漫長地質時期，煤層受到沉積作用、煤化作用和構造運動等影響，在煤體內部產生大量的裂隙、孔隙、褶皺和斷層等構造類型。煤層的自燃主要經過氧化放熱、蓄熱散熱和蔓延擴展等環節，裂隙、孔隙、褶皺和斷層通過影響各個環節的發展，從而影響煤層的自燃。構造應力是控制礦區采動損害的一個不容忽視的因素。

　　二、地質構造對煤層自燃的影響

　�。ㄒ唬┟簩又械牧严吨饕�是內生裂隙和外生裂隙。

　　內生裂隙：煤層在煤化作用過程中因成煤物質結構、構造等的變化而產生的裂隙，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，由于區域構造變動而在煤層中發育的裂縫。通常成組出現，方向性明顯，裂隙面較平直，延伸遠，可切入其它煤層，甚至煤的頂底板巖層。

　　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，從而導致煤層自燃初期的低溫氧化階段順利進行。

　�。ǘ�）斷層對煤層自燃的影響

　　在沒有受到采動影響的煤層中，斷層的數量、規模、性質和走向對煤層通氣供氧影響很大，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。當火焰蔓延到正斷層處時，由于煤層已經被斷層切斷，火焰在此結束蔓延趨勢。當正斷層完全切斷煤層時，斷層位置成為天然的防火墻。在逆斷層附近，一旦斷距較小，就會使煤層發生重復，煤層厚度增大，而厚度又是煤層自燃的一個必不可少的條件，所以煤層自燃會在逆斷層處發展和蔓延。當有多個煤層且間距較小時，斷層的存在則會引起不同煤層之間的煤火相互貫通，燃燒煤層可導致不同層的煤燃燒。

　　另外，由于斷層的存在，使得在選擇開采方法時必須采取工作面過斷層的種種措施，從而嚴重影響采煤和掘進的速度，給采空區中遺煤的自燃爭取了時間，加大了自燃的幾率。

　�。ㄈ�）褶皺對煤層自燃的影響

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

　　在向斜位置，煤層中集聚的熱量向上擴散，一般不會在核部周圍發生自燃。另外，倒轉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的數量，容易誘發大規模的煤層自燃。

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　　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，沉積物顆粒之間生成粒間孔和植物各組織內部的胞腔，共同組成煤層的原生孔隙。

　　次生孔隙：煤層在煤化作用過程中，原生礦物結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。

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

　　總之，地質構造對煤層自燃的影響很大。裂隙、孔隙、褶皺和斷層的數量、規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，從而導致煤層自燃初期的低溫氧化階段順利進行；裂隙和斷層也是煤火燃燒過程中物質和能量的噴出通道；斷層的性質可決定煤火是否繼續向煤層深部發展；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、導熱性差的煤層頂板，那么此處是煤層聚熱增溫的良好場所，也是易于自燃的地方。

　　三、構造應力對礦區采動損害的影響

　　礦區采動損害，是因煤炭井工開采對覆巖和地表地質環境造成的損害。從構造地質學的觀點來看，礦區采動損害是在地殼構造運動產生的應力作用、巖體本身重力以及地下開采活動聯合影響下發生的主采煤層上覆巖、土體的一種特殊的表生構造現象。

　　對于一個具體的煤礦區來說，要么處于擠壓構造應力場，要么處于拉張構造應力場。擠壓與拉張是煤礦區常見的兩種最基本的構造應力狀態。

　　由于構造應力的作用，可以改變采動影響下的巖層移動方向和移動量的大小，同時也影響井下巷道的變形破壞模式。如果煤礦區處于擠壓構造應力場中，在煤層未開采之前，側向擠壓應力早己存在，它使煤層覆巖有向上彎曲的趨勢；在煤層被采出后，覆巖重力首先克服側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，由于側向擠壓構造應力的存在，使巖體所受圍壓升高，必將使巖體的力學強度增加，從而減小煤層開采對覆巖的損害。

　　另一方面，由于巖石的抗拉強度最低，在受拉張應力作用后，很容易產生張節理，使巖層的連續性遭到破壞，失去內聚力；拉張應力的作用可以抵消一部分因重力作用在巖層中產生的水平關聯應力，從而使巖塊受到的側向夾持力減小甚至消失，很容易在重力作用下失穩沉降，即使拉張應力不足以使巖層破斷，也會使巖體的圍壓降低，從而導致巖體強度的下降。為了保護煤礦區地質環境，煤炭資源開發活動必須要有一個度，要把開采強度限制在煤礦區地質環境可以承受的范圍之內。

　　四、結論

　　在煤礦的開采活動中，探明地質構造的類型和規模是保障安全生產的第一步。時刻注意地質構造的變化，預防煤礦重大事故的發生。關于地質構造對煤礦安全生產的研究，今后將主要集中在以下幾個方面：地質構造對煤與瓦斯突出影響的定量化分析；地質構造對煤層自燃的定量化分析；地質構造對礦區采動損害的定量化分析。

　　【參考文獻】：

　　[1]尉茂河.煤層自燃的內外因分析及其預防對策[J].煤礦安全，1998，（2）.

　　[2]文虎.煤自燃的熱量積聚過程及影響因素分析[J].煤炭學報，2003，（4）.

　　[3]華星.煤型氣地質綜合研究思路與方法[M].北京：地質出版社，2004.

 

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