论煤矿地质构造情况对安全生产的影响

薛俊升

摘 要：在煤炭形成的漫长地质时期，煤层受到沉积作用、煤化作用和构造运动等影响，在煤体内部产生大量的裂隙、孔隙、褶皱和断层等构造类型。煤层的自燃主要经过氧化放热、蓄热散热和蔓延扩展等环节，裂隙、孔隙、褶皱和断层通过影响各个环节的发展，从而影响煤层的自燃。构造应力是控制矿区采动损害的一个不容忽视的因素。

关键词：煤矿;地质构造;安全生产

在煤矿生产活动中，保障安全是基础。对于煤矿地质构造的研究和监控非常有必要。这样做可以积极的预防事故的发生。通过对地质构造的研究，可以对煤与瓦斯突出影响、对煤层自燃、对矿区采动损害作定量化分析。积极采取相应措施，保证煤矿生产的安全。

1 地质构造对煤与瓦斯突出的影响

1.1 褶皱对煤与瓦斯突出的影响

背斜倾伏端：在背斜倾伏端，煤层埋深增加，瓦斯在煤层中更加容易保存;褶皱作用发生时，背斜倾伏端岩层经过剧烈的层间错动，甚至伴随着顺倾伏方向的逆断层，导致煤变得十分破碎，软分层发育。所以，背斜倾伏端发生煤与瓦斯突出的可能性极大。

向斜轴部：在向斜轴部，压性和压扭性节理处于主导地位，导致围岩封闭瓦斯的能力明显增强;经过褶皱作用，岩层发生剧烈的层间错动，使得煤层产生塑性变形，褶皱轴部加厚，软分层厚度和分布范围都很大。所以，向斜轴部发生煤与瓦斯突出的可能性很大。背斜轴部：在背斜轴部，张性节理处于主导地位，并且埋深相对较浅，导致围岩封闭瓦斯的能力明显减弱，煤层中瓦斯不易保存下来;背斜轴部围岩处于拉张状态，岩层相对错动不剧烈，形成的软分层厚度和分布范围一般很小。所以，背斜轴部发生煤与瓦斯突出的可能性相对较小。

1.2 断层作用对煤与瓦斯突出的影响

压性断层：压性断层导致围岩结构致密，透气性比较差，瓦斯沿断层任何方向的运移都比较困难，对煤层中的瓦斯保存最为有利;压性断层两盘发生剧烈的相对错动，同时周围煤层发生剧烈的层间错动，导致压性断层控制形成的软分层厚度大，分布范围广，强度大。所以，在压性断层附近，发生煤与瓦斯突出的可能性极大。例如：2004年10月20日，郑州煤电公司大平煤矿特大煤与瓦斯突出，21轨道下山岩石掘进工作面遇到强烈的挤压性逆断层，落差高达10m，断层下盘煤层下滑，掘进工作面距离煤层较近，断层破碎带是泥质岩层，坚固性差，从而导致了特大煤与瓦斯突出事故的发生。

张性断层：张性断层导致围岩结构疏松，透气性比较好，瓦斯沿断层任何方向的运移都比较容易，不利于煤层中的瓦斯保存;张性断层两盘发生微弱的相对错动，同时周围煤层发生轻微的层间错动，导致压性断层控制形成的软分层厚度小，分布范围小，强度小。

2 地质构造对煤层自燃的影响

2.1 褶皱对煤层自燃的影响

褶皱通过控制煤层氧化释放出的热量的运移方向和聚集状况来影响煤层的自燃。在背斜位置，煤层低温氧化释放出的热量就会运移到背斜的核部，如果核部的煤层顶板是渗透性较差的泥岩、页岩，那么核部处就会集聚大量的热量，从而使煤体温度升高，继而发生自燃。在向斜位置，煤层中集聚的热量向上扩散，一般不会在核部周围发生自燃。另外，倒转褶皱可以使煤层厚度变大，有利于热量的集聚，并且增加了燃烧物质的数量，容易诱发大规模的煤层自燃。

2.2 断层对煤层自燃的影响

在没有受到采动影响的煤层中，断层的数量、规模、性质和走向对煤层通气供氧影响很大，直接影响到煤层的自燃。煤层自燃后，火焰蔓延的方向受断层的性质和断距大小的影响。在正断层位置，煤层被断开，阻止了火焰向煤层深部蔓延。当火焰蔓延到正断层处时，由于煤层已经被断层切断，火焰在此结束蔓延趋势。当正断层完全切断煤层时，断层位置成为天然的防火墙。在逆断层附近，一旦断距较小，就会使煤层发生重复，煤层厚度增大，而厚度又是煤层自燃的一个必不可少的条件，所以煤层自燃会在逆断层处发展和蔓延。当有多个煤层且间距较小时，断层的存在则会引起不同煤层之间的煤火相互贯通，燃烧煤层可导致不同层的煤燃烧。

2.3 裂隙对煤层自燃的影响

煤層中的裂隙主要是内生裂隙和外生裂隙。内生裂隙：煤层在煤化作用过程中因成煤物质结构、构造等的变化而产生的裂隙，一般面平且直，一般不切入到其它煤层中。外生裂隙：煤层形成后，由于区域构造变动而在煤层中发育的裂缝。通常成组出现，方向性明显，裂隙面较平直，延伸远，可切入其它煤层，甚至煤的顶底板岩层。裂隙影响煤层的供氧条件，它们的存在可以增大煤氧接触面积，从而导致煤层自燃初期的低温氧化阶段顺利进行。

2.4 采煤沉陷

采煤沉陷是我国煤炭矿区现存的最大安全隐患之一，如果不能完全对其进行有效的管理和控制，就难以保证煤炭开采工作的安全、稳定、有序进行，甚至有可能造成大规模的人员伤亡，对于社会的安定也会造成一定程度的影响。

煤矿区地质构造的不同是引起采煤沉陷事故发生的根本原因之一，不同的地质构造其岩石组成成分、硬度、强度都有很大的差异，因此，引发采煤沉陷的几率也有所区别。

针对这一主要原因，在煤矿区设立时就要可采取如下措施：1、煤炭矿区管理人员和技术人员要对矿区实地情况进行系统、科学的研究与勘查;2、逐步制定一套或多套详尽、合理、科学的煤炭开采计划和开采组织形式;3、在煤炭开采中一定要尽量避开较易发生采煤沉陷的地区。

3 构造应力对矿区采动损害的影响

矿区采动损害，是因煤炭井工开采对覆岩和地表地质环境造成的损害。从构造地质学的观点来看，矿区采动损害是在地壳构造运动产生的应力作用、岩体本身重力以及地下开采活动联合影响下发生的主采煤层上覆岩、土体的一种特殊的表生构造现象。对于一个具体的煤矿区来说，要么处于挤压构造应力场，要么处于拉张构造应力场。挤压与拉张是煤矿区常见的两种最基本的构造应力状态。由于构造应力的作用，可以改变采动影响下的岩层移动方向和移动量的大小，同时也影响井下巷道的变形破坏模式。如果煤矿区处于挤压构造应力场中，在煤层未开采之前，侧向挤压应力早已存在，它使煤层覆岩有向上弯曲的趋势;在煤层被采出后，覆岩重力首先克服侧向力造成的向上的弯矩，剩余的垂向力才引起煤层顶板向下弯曲变形。

4 提高煤炭矿井开采的利用率，回收率

随着开采水平的延深，煤层产状及地质构造发生了很大的变化，地质构造非常复杂，所以对煤的有效开采与回收也变得困难起来，如何提高煤炭矿井开采的利用率，回收率，提高经济效益是我们当前矿业工作的一个重要挑战，面对这一挑战，我们提出了以下应对办法：1、进行补充矿井地质勘探、巷探，调查研究煤系地层中伴生矿产的储存情况和能利用价值;2、计算和核实矿井储量，掌握储量动态，提高储量级别，设法扩大矿井储量，及时提出合理开采和利用煤炭资源的意见;3、研究地质构造、煤层和煤质的变化规律;4、长期坚持井下现场观测收集掌握第一手资料。对煤系地层观测时，对一切穿过煤系地层的井巷均应逐层观测其岩性特征和厚度，对煤层、标志层和煤层顶底板需做重点观测。对煤层观测时不论是否可采，都必须进行观测和描述。严格按照以上应对办法才能有效的判断出断层的构造形态及分布规律和发展方向，减少煤炭资源的丢失，提高煤炭的回收率。

结论

在煤矿的开采活动中，探明地质构造的类型和规模是保障安全生产的第一步。时刻注意地质构造的变化，预防煤矿重大事故的发生。关于地质构造对煤矿安全生产的研究，今后将主要集中在以下几个方面：地质构造对煤与瓦斯突出影响的定量化分析;地质构造对煤层自燃的定量化分析;地质构造对矿区采动损害的定量化分析。

参考文献

[1]尉茂河。煤层自燃的内外因分析及其预防对策。煤矿安全，2011.

[2]周世宁，何学秋。煤和瓦斯突出机理的流变假。中国矿业大学学报，2014.

[3]华星。煤型气地质综合研究思路与方法。地质出版社，2016.