断层对开采影响的分析

技术与市场　２０１３年第２Ｏ卷第１１期　技术研发　断层对开采影响的分析　刘光明　（汾西矿业集团公司，山西介休摘０３２０００）　要：断层是影响煤矿开采的主要地质因素。文章介绍了断层落差与走向长度规律的分析方法、断层走向的分析方　法、断层对开采影响的分析方法，总结了各分析方法的特点和适用性以及对煤矿生产的指导意义。　关键词：断层；落差；走向长度：裂隙频率：分析方法　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—８５５４．２０１３．１１．０５８　１　断层落差与走向长度规律的分析　１．１分析的目的与意义　小型断层直接影响巷道和工作面回采，当工作面遇到断层　时，顶板压力增大，开采工效降低，灰分、成本增高，甚至由于断　层展布规律和破坏程度掌握不清造成停工减产，酿成安全事　故。因此研究小断层规律，准确预测、预报小断层特征对资源　评价及煤炭生产具有重要意义，在开滦矿区加强这方面的研究　意义更显重大。　１．２分析方法　１．２．１主要的三类分析方法　一是地质分析方法。该法主要利用钻孔揭露的断层资料，　综合地质力学及地质成因，研究地层规律。二是物探方法，通　过三维地震和电法勘探来探测断层，该法对大、中型断层是可　行的，但在探测小断层方面，目前仍存在一些技术及经济上的　问题。三是统计分析方法。该法是近几年兴起的，它试图通过　对已有小断层资料的统计分析，找出其规律，进而对采区的小　断层及其破坏程度进行预测。下面具体介绍断层落差与走向　长度规律的统计分析方法。　１．２．２断层走向长度与落差的分析方法　断层走向长度与落差是断层的两个重要参数，走向长度与　落差越大，断层对煤炭生产的影响也越大。生产实践表明：一　般情况下走向长度随着落差的增大而增大。随着矿井勘探、巷　道掘进及工作面回采，可以不断查明小断层的落差，但其延展　长度往往难以确定。如果找出落差与走向长度的统计关系，就　可以利用落差来预测其延展区间。尤其当工作面周围巷道掘　好后，可以根据已揭露的小断层落差来预测其在未采的采区及　工作面内的延展长度，进而预测断层对该采区及工作面的影响　程度。因此，收集井田内小断层的资料，分析正断层、逆断层所　占比例，小断层落差与走向长度散点图，用线性函数、幂函数和　指数函数等函数对井田小断层落差与走向长度进行回归分析，　找出最优回归方程，就可以定性地来表示断层落差ｈ（ｍ）与走　向长度１（ｍ）的关系。　１．２．３断层落差及走向长度与总体频率的分析方法　根据生产区域已揭露的小断层，按一定的间距对落差、走　向长度分别进行分组，计算出每一落差及走向长度区间内小断　层的出现频率，建立数学统计关系。这样当知道在某工作面可　能出现的断层总数时，据此即可估计预测某一断层落差及走向　长度下断层指数的期望值，进而可以预测工作面内断层对开采　的影响程度。用平均落差及平均走向长度与频率的直方图可　以直观地看出关系，同时还可能总结出最佳回归方程。　１．２．４断层落差与裂隙密度的分析方法　生产实践表明：断层落差与该断层附近顶板的裂隙密度有　一定的关系，裂隙密度随落差的增大而增加。而裂隙密度越　大，顶板往往越破碎。在矿井田巷道较大断层或小断层群处，　裂隙非常发育。在煤层顶板正常地段（即无断层），裂隙条数一　般在１０条／ｍ以下，接近较大断层处（范围５—３０　ｍ）裂隙密度　逐渐增加，到断层处可达１５条／ｍ以上，裂隙方向大都与断层　方向平行。通过收集的有关巷道２５条断层及其相邻顶板裂隙　的资料进行回归分析得出回归方程如下：　ｈ＝一０．７９＋０．１０６ｎ　式中：ｎ为断层附近１０　ｍ内的顶板裂隙密度（条／ｍ）；ｈ为　断层落差（ｍ），从回归方程可见，ｈ＝０时，ｎ＝７．５条／ｍ；当ｎ＞ｉ　米时，ｎ＞１２条／ｍ。再考虑断层拓展区间，通过观测掘进巷道　顶板裂隙，即可预测掘进前方有无断层及断层落差，据此可以　调整掘进方向和坡度，采取过断层的准备措施，加强顶板支护，　做好防水、防冒顶工作，以减少废巷。　２断层走向的分析　２．１　断层走向的目的与意义　断层走向对开采有直接影响。对大、中型断层其走向井　田、水平及采区的划分，开拓、开采方式以及开拓巷道、准备巷　道的布置；对小型断层其走向不同，即与工作面的夹角不同，断　层对回采工作面的影响程度也不同。当工作面遇到断层时可　通过调整工作面推进方向以减小断层的影响。因此，若掌握大　断层的走向，则可以选择合理的开拓方式，若能够预测工作面　小断层走向的期望值，则可以有意识地将工作面布置成与期望　值呈一个有利的夹角，使开采方便、高效地进行。所以对断层　走向进行统计分析，找出其规律是非常重要的。另一方面，矿　井投产时，大、中型断层已基本查明，但小断层大都在开采时才　能揭露，因此，如果我们能掌握某区域内大、中型断层与小断层　走向之间及相邻区域小断层走向间的关系，就可以根据大型断　层及已采采区的小断层，估计未采采区小断层的走向，即可以　据此确定开拓、开采方案，预测断层对开采指标的影响，制定有　关生产或目标定额。　２．２断层走向的分析方法　现有的各种统计方法中尚不能圆满解决有关断层走向估　计等方面的问题，不便得出某一区域（工作面、采区、矿井）断层　走向的期望值及其离散程度，因而难以预测该区域断层（走向）　（下转第９９页）　９７　技术与市场　２０１３年第２Ｏ卷第１１期　技术研发　浆法。　２）压水试验前，应同时观测孔内的稳定水位，有漏水的孔　还应测漏水量。　３）压水试验成果计算公式。单点法试验成果计算与表示　方法：ｑ＝Ｑ／ＰＬ　３．５工艺流程　砼与基岩接触段及其下一段的合格率为１００％；在以下各段的　合格率为９０％以上；不合格段的透水率值不超过设计规定值　的１００％，且不集中，则灌浆质量可认为合格。　２）检查孔压水试验合格后，按技术要求进行灌浆和封孔。　４．５抬动变形观测　定孔位于一钻孔一钻至第一段基岩２　ｍ一安装孔口封闭　器进行冲洗干净一简易压水试验（按总孑Ｌ数５％进行）一第一　段灌浆结束一扫孔钻进下段直至钻孔结束一按第一段灌浆要　求安装孔Ｅｌ封闭器，进行竞选和简易压试验，自下而上分段灌　浆直至灌浆结束一封孔。　４帷幕灌浆质量检查方法　４．１　帷幕灌浆质量检查　每个区段或每一单元帷幕灌浆基本完成后，按规定布置检　查孔、钻取岩芯，做压水试验，检查灌浆效果。帷幕灌浆质量检　查以分析检查孔压水试验为主。　４．２检查孔布置原则　灌浆过程要重视抬动问题，不能因砼板抬动，造成裂缝，给　砼带来危害，因此，对灌浆过程要进行抬动变形观测控制。抬　动变形观测孔的钻设于基础灌浆前完成，抬动变形观测点的布　置及灌浆压力控制准则，待进场后根据现场情况制定，并报监　理工程师批准实施。在进行裂隙冲洗、压水试验和灌浆施工过　程中均应进行抬动监测，观测成果报送监理工程师，抬动变形　值超过设计值时立即停止施工，并报请监理工程师共同研究处　理措施。　５结语　帷幕灌浆施工全过程中，遵照施工技术要求和施工组织进　行精心施工，并采取对每个区段或每一单元帷幕灌浆基本完成　后，按规定布置检查孔、钻取岩芯，做压水试验，检查灌浆效果，　这一举措，确保了帷幕灌浆施工的质量保证。　参考文献：　［１］　冉进平．帷幕灌浆施工工艺及效果分析［Ｊ］．甘肃农业，　２００７（７）．　１）检查孔数量，帷幕孔不少于　ｉｆ，￣Ｌ数的１０％，每一个区　段，每一个灌浆单元至少应布置一个检查孔。　２）检查孔宜布置在帷幕中心线上，地质条件复杂的部位，　注入量大的孔段附近，可能存在质量缺陷部位，钻孔偏斜过大　的部位。具体位置由现场监理工程师指定。　４．３检查孔岩样编录　［２］　聂志华，王伙财．三座店主坝帷幕灌浆施工技术［Ｊ］．广　东建材，２００９（４）．　［３］　杨力．浅谈小湾大坝帷幕灌浆施工工艺［Ｊ］．水利与建筑　工程学报，２０１０（８）．　１）检查孔要求采取岩样，并进行岩芯编录、岩芯素描、拍照　保存。　２）芯样的最大长度应限制在３ｍ以内。对于ｌｍ的钻进循　环，若芯样获得率＜８０％，则下一次应减少循环深度５０％，以后　依次减少５０％，直至５０　ｃｍ为止。　４．４检查孔压水试验　［４］　钱勇峰．帷幕灌浆施工工艺与质量控制要点［Ｊ］．水利规　划与设计，２０１２（３）．　［５］　王有德，洪永友．金安桥水电站厂房坝段坝基帷幕灌浆施　工工艺［Ｊ］．云南水力发电，２０１３（３）．　作者简介：　王晓琴（１９８５一），女，讲师。二级建造师。　近似平行时，断层全部或大于部分同时暴露于工作面，顶板破　碎面积大，来压集中，顶板不易管理，支架移动困难，容易造成　工作面切顶，对开采最为不利。因此，当断层走向与工作面夹　１）区段帷幕灌浆结束１４　ｄ后，打检查孔作压水试验，采用　单点法压水试验方法进行。帷幕灌浆压水试验合格标准：坝体　（上接第９７页）　对开采的影响程度，更不便进一步研究断层间的关系及断层预　测。主要研究方法有以下３种：①断层走向的频率分布分析方　法，它是用圆周直方图、直线直方图、玫瑰图示方法来表示；②　角在０。～２０。时，断层难以通过；当２０。＜０＜６５。时较难通过；当　断层的平均走向与圆上方差分析法。③小断层走向及小断层　０＞６５。一９０。容易通过，但有时此断层会对采面长期正常生产　与大断层走向间关系统计分析方法。由于断层走向统计分析　产生影响，并不十分有利。　主要用数值统计知识，这里不多介绍。　３．４断层走向长度ｌ和面积ｓ的比值ｖ　３断层对开采影响的分析方法　工作面小断层对开采的主要影响可能有断层落差、走向长　ｓ为影响面积或评价单元面积。１为某断层在该影响面积　内的走向长度。显然ｌ越大，ｓ越小，对开采影响越大。需要指　出的是，断层对开采的影响还与顶底板岩性有关，当Ｕ较大时，　度、倾角及断层走向与工作面夹角，但对各影响因素的重要程　度、影响方式看法不一。下面用四个变量作为断层的影响因素　来介绍几种分析方法。　３．１　落差ｈ与煤厚ｍ的比值Ｕ　岩性较软时，则过断层较容易，否则较难。但岩性太软，顶板则　难以控制，也不利于过断层。　４结语　般来说，ｕ值越大，即断层落差越大，煤厚越小，工作面　过断层就越困难，因而对生产影响也越大。此比值能反映断层　两翼煤层中断开部分的厚度。对于综采，如果该厚度大于或稍　一断层及其对开采影响的分析方法，主要适用于煤矿生产阶　段。它通过对已回采工作面和采区揭露的小断层资料进行统　计分析，从而建立数据模型。通过得出必要参数和回归方程，　定量地得出断层及其对开采的影响程度，进一步对未投入采区　和工作面进行预测、预报。　作者简介：　大于支架的最低高度，则支架容易移动，对综采影响不大；反之　影响较大，甚至于倒面搬家。　３．２断层面倾角Ｂ　断层面倾角小，在工作面出现的破碎带宽度较大，冒顶危　险程度也加大，反之则影响小。　３．３　断层工作面的夹角０　刘光明（１９８０一），男，山西平遥人，２００８年毕业于太原理　工大学，工程师，现汾西矿业集团公司从事采煤技术管理工作。　断层走向与工作面的夹角０，当断层走向与工作面平行或