煤矿地质构造对安全生产的影响分析

煤矿地质构造对安全生产的影响分析

摘要：随着矿井开采的不断深入,井下地质构造(断层、陷落柱)对生产的影响日趋严重,如何能安全顺利高效地通过地质构造,将影响降低到最小,需要从多方面入手,采取科学合理的措施,严格执行相关注意事项,这是确保安全有序作业的基础和保证。

关键词：地质构造煤与瓦斯突出出水机理安全回采率

1 引言

地质构造主要通过影响煤层中瓦斯的保存条件和软分层的发育来控制煤与瓦斯突出发生的条件。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。

2 地质构造对煤层自燃的影响

2.1 裂隙对煤层自燃的影响

煤层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。

2.2 孔隙对煤层自燃的影响

煤层中的孔隙主要是原生孔隙和次生孔隙。

原生孔隙:煤层在沉积时,沉积物颗粒之间生成粒间孔和植物各组织内部的胞腔,共同组成煤层的原生孔隙。

次生孔隙:煤层在煤化作用过程中,原生矿物结晶溶蚀而形成的孔隙,因淋滤、溶蚀等作用形成的粒间孔隙,以及煤化作用过程中因甲烷等气体的逸出而留下的孔隙等,共同组成煤层的次生孔隙。

一般来说,煤中的孔隙越多,氧气越容易进入,煤氧接触面积越大,越容易氧化升温直至自燃。煤的孔隙会随着煤化作用加深而不断减少,煤级较高的煤中原生孔隙基本消失,这就可以解释变质程度低的煤比变质程度高的煤更容易自燃,就是因为变质程度低的煤孔隙度要大于变质程度高的煤,从而使氧气更容易进入到煤层中,增大了煤氧接触的面积。

2.3 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。

2.4 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。

另外,由于断层的存在,使得在选择开采方法时必须采取工作面过

断层的种种措施,从而严重影响采煤和掘进的速度,给采空区中遗煤的自燃争取了时间,加大了自燃的几率。

总之,地质构造对煤层自燃的影响很大。裂隙、孔隙、褶皱和断层的数量、规模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;裂隙和断层也是煤火燃烧过程中物质和能量的喷出通道;断层的性质可决定煤火是否继续向煤层深部发展;褶皱可控制煤低温氧化释放出的热量聚集,如果背斜核部有封闭性好、导热性差的煤层顶板,那么此处是煤层聚热增温的良好场所,也是易于自燃的地方。

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,侧向挤压应力早己存在,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。同时,由于侧向挤压构造应力的存在,使岩体所受围压升高,必将使岩体的力学强度增加,从而减小煤层开采对覆岩的损害。

另一方面,由于岩石的抗拉强度最低,在受拉张应力作用后,很容易产生张节理,使岩层的连续性遭到破坏,失去内聚力;拉张应力的作用可以抵消一部分因重力作用在岩层中产生的水平关联应力,从而使岩块受到的侧向夹持力减小甚至消失,很容易在重力作用下失稳沉降,即使拉张应力不足以使岩层破断,也会使岩体的围压降低,从而导致岩体强度的下降。为了保护煤矿区地质环境,煤炭资源开发活动必须要有一个度,要把开采强度限制在煤矿区地质环境可以承受的范围之内。

4 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