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煤矿地质构造异常区科普
发布时间：2025-07-10 来源：地大华睿阅读: 0
/ 煤矿地质构造异常区：识别、危害与防治科普 /
煤矿地质构造异常区，堪称煤矿井下的“多事之地”，像断层、陷落柱、褶曲等异常构造，往往带来围岩破碎、顶板淋水、应力集中等一系列棘手问题，严重威胁着生产安全与人员生命。以下，我将结合《煤矿地质工作细则》《煤矿安全规程》《煤矿安全风险预控管理体系规范》等核心标准，为大家揭开地质构造异常区的神秘面纱，并分享行之有效的防治方法。
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地质构造异常区，简单来说，就是因地壳运动或后期地质作用，导致岩层形态、结构与正常情况不同的区域。这些区域在煤矿开采中犹如“隐形陷阱”，一旦处理不当，极易引发各类事故。依据《煤矿地质工作细则》，常见的地质构造异常区主要有以下三类：
1.1
（一）断层：地下岩层的“断裂带”
断层是指岩层受力发生破裂，两侧岩块发生显著位移的地质构造。就好比地下岩层被一把巨大的“剪刀”剪断并错开。在煤矿井下，断层的存在会造成诸多麻烦：
•围岩破碎与顶板隐患：断层附近的岩石，由于受到强大应力作用，完整性遭到破坏，变得破碎不堪。这使得巷道掘进和工作面开采时，顶板难以支护，冒顶事故发生的概率大幅增加。例如，2022 年山西某煤矿在掘进过程中遭遇一条落差 5 米的断层，围岩破碎严重，尽管采取了加强支护措施，但仍发生了小规模冒顶，所幸未造成人员伤亡。
•顶板淋水风险：断层可能成为地下水的通道，地表水或含水层中的水顺着断层裂隙渗透到井下，导致顶板淋水现象加剧。大量淋水不仅影响作业环境，降低工作效率，还会进一步软化围岩，削弱顶板稳定性。
•应力集中危害：断层改变了原有的地层应力分布，在其附近形成应力集中区域。当采掘活动接近这些区域时，煤岩体承受的应力超过其极限强度，容易引发冲击地压等动力灾害，对设备和人员安全构成巨大威胁。
根据《煤矿地质工作细则》规定，井工煤矿必须查明落差≥5m 的断层，露天煤矿需查明影响边坡稳定的断层，采用钻探、物探等手段详细了解断层的产状、落差、导水性等参数，为后续开采方案制定提供依据。
1.2
（二）陷落柱：地下的“神秘漏斗”
陷落柱是由于地下岩溶空洞塌陷，上覆岩层随之垮落而形成的柱状构造，形似一个巨大的“漏斗”从地下向上延伸。在煤矿开采中，陷落柱带来的危害不容小觑：
•破坏煤层连续性：陷落柱内部通常为杂乱无章的破碎岩块，没有可采煤层。一旦采掘工作面遇到陷落柱，煤层连续性被破坏，不仅煤炭资源损失严重，还可能导致采掘设备损坏，生产中断。例如，河南某煤矿在回采过程中遭遇一个直径 30 米的陷落柱，直接导致该区域煤层无法正常开采，被迫调整开采布局，造成了巨大的经济损失。
•引发水害事故：陷落柱可能沟通不同含水层，甚至与地表水相连，成为水害的导水通道。当采掘揭露陷落柱时，若未提前做好防治水措施，极有可能引发突水事故，淹没巷道和工作面。
《煤矿地质工作细则》明确要求，对于水文地质复杂矿井，必须采用三维地震、瞬变电磁等先进技术，查明直径≥20m 的陷落柱，并通过钻探验证其导水性，严禁在未探明陷落柱情况的区域盲目进行采掘作业。
1.3
（三）褶曲：煤层的“扭曲变形”
褶曲是岩层受力发生的弯曲变形，就像把原本平整的煤层“揉皱”了一样。褶曲构造在煤矿中较为常见，其对开采的影响主要体现在以下方面：
•顶板稳定性问题：在褶曲的轴部，岩层受到强烈挤压，岩石破碎，顶板完整性差，容易发生冒顶事故。同时，褶曲使煤层厚度和产状发生变化，给支护设计和开采工艺选择带来困难。例如，山东某煤矿在开采过程中遇到一个背斜褶曲，轴部煤层变薄，顶板破碎，为了保证安全生产，不得不加强支护并调整采煤工艺，增加了开采成本和难度。
•应力集中现象：褶曲构造改变了地层应力分布，在轴部和转折端等部位形成应力集中区。当采掘活动进入这些区域时，煤岩体在高应力作用下，容易发生片帮、冒顶等事故，严重时可能引发冲击地压。
根据《煤矿安全规程》，开采受褶曲影响的煤层时，必须提前编制专项开采设计，对顶板稳定性和应力分布进行详细分析，采取针对性的支护和开采措施，确保安全生产。
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地质构造异常区的存在，给煤矿安全生产带来了多方面的严峻挑战，依据《煤矿安全风险预控管理体系规范》，这些危害主要体现在以下几个关键方面：
2.1
（一）顶板事故频发
围岩破碎和顶板淋水使得顶板稳定性大幅降低，在地质构造异常区，顶板事故发生率远高于正常区域。破碎的围岩难以有效支撑顶板，加上淋水软化作用，顶板随时可能垮塌。据统计，因地质构造异常导致的顶板事故，在煤矿顶板事故总数中占比高达 30%以上，严重威胁着井下作业人员的生命安全。
2.2
（二）瓦斯灾害风险增大
断层、褶曲等构造可能成为瓦斯运移的通道和聚集场所。在这些异常区，瓦斯浓度容易出现异常升高现象，增加了瓦斯爆炸和瓦斯突出的风险。例如，在高瓦斯矿井中，当采掘工作面接近导气断层时，瓦斯浓度可能在短时间内急剧上升，若不能及时发现和处理，极易引发瓦斯事故。
2.3
（三）水害威胁加剧
陷落柱、断层等构造若沟通含水层或老空区，会导致大量水涌入井下，造成突水、透水事故。水害事故来势凶猛，破坏力巨大，可能瞬间淹没巷道、冲毁设备，对矿井安全生产造成毁灭性打击。近年来，因地质构造引发的水害事故时有发生，给煤矿企业带来了惨重的损失。
2.4
（四）冲击地压风险提升
应力集中是地质构造异常区的显著特征之一，在高应力作用下，煤岩体储能增加，当达到一定程度时，就可能引发冲击地压。冲击地压具有突发性和强大的破坏力，会造成巷道严重变形、设备损坏，甚至导致人员伤亡。例如，2021 年辽宁某煤矿在开采过程中，由于工作面处于地质构造应力集中区域，发生了冲击地压事故，造成巷道变形严重，部分设备报废，所幸人员及时撤离，未造成重大伤亡。
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面对地质构造异常区带来的诸多危害，煤矿企业必须依据相关规范标准，采取科学有效的防治措施，构建全方位的安全保障体系：
3.1
（一）精准探测：提前锁定异常区域
1.物探技术先行：采用三维地震勘探、瞬变电磁法、地质雷达等先进物探技术，对煤矿井田范围内的地质构造进行全面扫描。三维地震勘探能够清晰地揭示地层结构和构造形态，瞬变电磁法可有效探测地下含水构造和断层分布，地质雷达则适用于近距离精细探测。通过多种物探技术联合应用，能够快速、准确地圈定地质构造异常区的大致范围。
2.钻探验证补充：在物探圈定的异常区域，布置验证钻孔进行钻探。通过取芯分析，详细了解岩层岩性、断层产状、陷落柱内部结构等信息，为后续防治措施制定提供准确数据。例如，对于疑似断层区域，通过钻探取芯可以确定断层的落差、断层面特征以及两盘岩性变化，从而判断断层的导水性和对开采的影响程度。
3.动态监测跟进：建立地质构造动态监测系统，利用传感器实时监测地质构造异常区的顶板位移、应力变化、瓦斯浓度、水位等参数。一旦数据出现异常，系统立即发出预警，为及时采取应对措施提供依据。例如，在断层附近安装顶板离层仪和应力传感器，实时掌握顶板稳定性和应力变化情况；在陷落柱周边布置瓦斯传感器和水位传感器，监测瓦斯和水害隐患。
3.2
（二）合理开采：优化方案降低风险
1.调整开采顺序：根据地质构造分布情况，合理规划开采顺序。优先开采地质条件相对简单的区域，为后续开采复杂区域积累经验和创造有利条件。例如，对于存在多个断层的采区，可以先开采远离断层的区域，再逐步向断层附近推进，同时加强对断层区域的监测和防护。
2.优化开采工艺：针对不同的地质构造异常区，选择合适的开采工艺。在围岩破碎的断层附近，采用短掘短支、超前支护等工艺，减少顶板暴露时间和面积；在褶曲区域，根据煤层厚度和产状变化，灵活调整采煤机割煤参数和支架支护方式，确保开采安全高效。
3.留设保护煤柱：对于导水断层、陷落柱等可能引发水害和其他灾害的构造，严格按照《煤矿安全规程》和《煤矿防治水细则》要求，留设足够尺寸的保护煤柱，阻断灾害传播路径。例如，对于导水断层，煤柱宽度应根据断层落差、含水层水压等因素通过计算确定，确保煤柱能够有效阻挡水害和应力传递。
3.3
（三）强化支护：保障顶板安全稳定
1.加强支护设计：根据地质构造异常区的具体情况，进行针对性的支护设计。在围岩破碎、应力集中区域，采用高强度锚杆、锚索联合支护，并增加支护密度。例如，在断层附近巷道，将锚杆长度增加、直径加粗，锚索间距缩小，确保支护系统能够有效支撑顶板。
2.采用联合支护方式：结合巷道实际情况，采用多种支护方式相结合。如在破碎顶板区域，采用锚网索支护的基础上，增设钢带、工字钢支架等刚性支护，形成联合支护体系，提高支护效果。
3.及时支护与加强维护：严格执行“先支护、后掘进”原则，确保巷道掘进后及时进行支护。同时，加强对支护设施的日常检查和维护，发现问题及时处理。对于受采动影响或地质条件变化导致支护失效的区域，及时进行修复和加强支护。
3.4
（四）防治水害：切断水害传播途径
1.水文地质勘查：加强对地质构造异常区的水文地质勘查工作，详细查明含水层分布、水位、水压以及构造导水性等情况。通过建立水文地质模型，预测水害发生的可能性和危害程度，为防治水措施制定提供科学依据。
2.探放水措施：在采掘作业前，严格按照“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则，进行探放水作业。采用物探、钻探相结合的方法，提前探明前方水情，若发现积水区，及时采取放水、注浆封堵等措施，消除水害隐患。例如，在接近陷落柱或导水断层前，施工多个探放水钻孔，确保将积水提前疏放或封堵，防止突水事故发生。
3.排水系统建设：完善矿井排水系统，确保排水能力满足最大涌水量要求。配备足够数量的排水泵、排水管路，并定期进行检修和维护，保证排水系统在水害发生时能够正常运行。同时，在井下关键位置设置防水闸门，当发生突水事故时，能够及时关闭防水闸门，控制水害蔓延范围。
3.5
（五）瓦斯治理：消除瓦斯爆炸隐患
1.瓦斯监测监控：在地质构造异常区，加密瓦斯传感器布置，提高瓦斯监测频率，实现对瓦斯浓度的实时、精准监测。一旦瓦斯浓度超过预警值，立即发出警报，并采取相应措施，如停止作业、加强通风等，防止瓦斯积聚和爆炸事故发生。
2.瓦斯抽采利用：对于高瓦斯矿井或瓦斯异常区域，建立瓦斯抽采系统，提前对瓦斯进行抽采。通过地面钻孔抽采、井下顺层钻孔抽采、穿层钻孔抽采等多种方式，降低煤层瓦斯含量和压力，减少瓦斯涌出量。同时，积极推进瓦斯综合利用，将抽采的瓦斯用于发电、供暖等，实现资源回收利用。
3.通风管理优化：优化矿井通风系统，确保通风顺畅，风量分配合理。在地质构造异常区，根据瓦斯涌出情况和通风阻力变化，及时调整通风设施，增加通风量，稀释瓦斯浓度。例如，在断层附近巷道，合理设置风门、风桥等通风设施，保证风流稳定，有效排出瓦斯。
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煤矿地质构造异常区因其复杂性和潜在危险性，始终是煤矿安全生产的重点防范对象。通过对断层、陷落柱、褶曲等异常构造的准确识别，对其带来的围岩破碎、顶板淋水、应力集中等危害的深入了解，并严格按照《煤矿地质工作细则》《煤矿安全规程》《煤矿安全风险预控管理体系规范》等规范标准，采取精准探测、合理开采、强化支护、防治水害、瓦斯治理等一系列科学有效的防治措施，我们能够最大程度降低地质构造异常区对煤矿安全生产的影响。作为地质工程师，作者呼吁煤矿企业高度重视地质构造异常区的管理，将各项防治措施落到实处，加强员工培训，提高全员对地质构造异常区危害的认识和应对能力。只有这样，我们才能有效防范各类事故发生，守护好煤矿安全生产的底线，保障矿工的生命安全和企业的可持续发展。希望通过今天的科普，大家对煤矿地质构造异常区有了更清晰的认识，共同为煤矿安全生产贡献力量。
