淺談斷層及其對(duì)開采影響的分析方法論文
摘要：本文介紹了斷層落差與走向長(zhǎng)度規(guī)律的分析方法、斷層走向的分析方法、斷層對(duì)開采影響的分析方法，總結(jié)了各分析方法的特點(diǎn)和適用性以及對(duì)煤礦生產(chǎn)的指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞：斷層；落差；走向長(zhǎng)度：裂隙頻率：分析方法
斷層是影響煤礦開采的主要地質(zhì)因素。大型及特大型斷層一般在井田勘探時(shí)就已查明，礦井初步設(shè)計(jì)階段已作了考慮，這些斷層影響井田的劃分和水平劃分，而中、小型斷層則影響巷道掘進(jìn)和回采。
在煤礦生產(chǎn)中，資源條件評(píng)價(jià)大量遇到的是小斷層。下面根據(jù)錢家營(yíng)礦業(yè)分公司井田的構(gòu)造特點(diǎn)再結(jié)合自己工作實(shí)踐，提出以下幾種小斷層規(guī)律及其對(duì)開采影響的分析方法。
一、斷層落差與走向長(zhǎng)度規(guī)律的分析方法
(一)分析的目的與意義
小型斷層直接影響巷道和工作面回采，當(dāng)工作面遇到斷層時(shí)，頂
板壓力增大，開采工效降低，灰分、成本增高，甚至由于斷層展布規(guī)律和破壞程度掌握不清造成停工減產(chǎn)，釀成安全事故。因此研究小斷層規(guī)律，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)小斷層特征對(duì)資源評(píng)價(jià)及煤炭生產(chǎn)具有重要意義，在開灤礦區(qū)加強(qiáng)這方面的研究意義更顯重大。
(二)分析方法
1、目前主要有三類分析方法
一是地質(zhì)分析方法，該法主要利用鉆孔揭露的斷層資料綜合地質(zhì)力學(xué)及地質(zhì)成因研究地層規(guī)律；二是物探方法，它通過三維地震和電法勘探來探測(cè)斷層，該法對(duì)大、中型斷層是可行的，但在探測(cè)小斷層方面，目前仍存在一些技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上的問題：三是統(tǒng)計(jì)分析方法，該法是近幾年興起的，它試圖通過對(duì)已有小斷層資料的統(tǒng)計(jì)分析，找出其規(guī)律，進(jìn)而對(duì)待采區(qū)的小斷層及其破壞程度進(jìn)行預(yù)測(cè)。下面具體介紹斷層落差與走向長(zhǎng)度規(guī)律的統(tǒng)計(jì)分析方法
2、斷層走向長(zhǎng)度與落差的分析方法
斷層走向長(zhǎng)度與落差是斷層的兩個(gè)重要參數(shù)，走向長(zhǎng)度與落差越大，斷層對(duì)煤炭生產(chǎn)的影響也越大，生產(chǎn)實(shí)踐表明：一般情況下走向長(zhǎng)度隨著落差的增大而增大。隨著礦井勘探、巷道掘進(jìn)及工作面回采，可以不斷查明小斷層的落差，但其延展長(zhǎng)度往往難以確定。如果找出落差與走向長(zhǎng)度的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，就可以利用落差來預(yù)測(cè)其延展區(qū)間。尤其當(dāng)工作面周圍巷道掘好后，可以根據(jù)已揭露的小斷層落差來預(yù)測(cè)其在未采的采區(qū)及工作面內(nèi)的延展長(zhǎng)度，進(jìn)而預(yù)測(cè)斷層對(duì)該采區(qū)及工作面的影響程度，因此，收集井田內(nèi)小斷層的資料，分析正斷層、逆斷層所占比例，小斷層落差與走向長(zhǎng)度散點(diǎn)圖，用線性函數(shù)、冪函數(shù)和指數(shù)函數(shù)等函數(shù)對(duì)井田小斷層落差與走向長(zhǎng)度進(jìn)行回歸分析，找出最優(yōu)回歸方程，就可以定性地來表示斷層落差h(m)與走向長(zhǎng)度1(m)的關(guān)系。
3、斷層落差及走向長(zhǎng)度與總體頻率的分析方法
根據(jù)生產(chǎn)區(qū)域已揭露的小斷層，按一定的間距對(duì)落差、走向長(zhǎng)度分別進(jìn)行分組，計(jì)算出每一落差及走向長(zhǎng)度區(qū)間內(nèi)小斷層的出現(xiàn)頻率，建立數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)關(guān)系。這樣當(dāng)知道在某工作面可能出現(xiàn)的斷層總數(shù)時(shí)，據(jù)此即可估計(jì)預(yù)測(cè)某一斷層落差及走向長(zhǎng)度下斷層指數(shù)的期望值，進(jìn)而可以預(yù)測(cè)工作面內(nèi)斷層對(duì)開采的影響程度。用平均落差及平均走向長(zhǎng)度與頻率的直方圖可以直觀地看出關(guān)系，同時(shí)還可能總結(jié)出最佳回歸方程。
4、斷層落差與裂隙密度的分析方法
生產(chǎn)實(shí)踐表明：斷層落差與該斷層附近頂板的裂隙密度有一定的關(guān)系，裂隙密度隨落差的增大而增加。而裂隙密度越大，頂板往往越破碎。在錢礦井田巷道較大斷層或小斷層群處，裂隙非常發(fā)育。在煤層頂板正常地段(即無斷層)，裂隙條數(shù)一般在10條／米以下，接近較大斷層處(范圍5～30米)裂隙密度逐漸增加，到斷層處可達(dá)15條／米以上，裂隙方向大都與斷層方向平行。通過收集的有關(guān)巷道25條斷層及其相鄰頂板裂隙的資料進(jìn)行回歸分析得出回歸方程如下：
h=-0.79+0.106n
式中：n為斷層附近10米內(nèi)的頂板裂隙密度(條／米)；h為斷層落差(m)，從回歸方程可見，h=0時(shí)，n=7.5條／米；當(dāng)n>i米時(shí)，n>12條／米。再考慮斷層拓展區(qū)間，通過觀測(cè)掘進(jìn)巷道頂板裂隙，即可預(yù)測(cè)掘進(jìn)前方有無斷層及斷層落差，據(jù)此可以調(diào)整掘進(jìn)方向和坡度，采取過斷層的準(zhǔn)備措施，加強(qiáng)頂板支護(hù)，做好防水、防冒頂工作，以減少?gòu)U巷。
二、斷層走向的分析方法
(一)研究斷層走向的目的與意義
斷層走向?qū)﹂_采有直接影響。對(duì)大、中型斷層其走向井田、水平及采區(qū)的劃分，開拓、開采方式以及開拓巷道、準(zhǔn)備巷道的布置；對(duì)小型斷層其走向不同，即與工作面的夾角不同，斷層對(duì)回采工作面的影響程度也不同。當(dāng)工作面遇到斷層時(shí)可通過調(diào)整工作面推進(jìn)方向以減小斷層的影響。因此，若掌握大斷層的走向，則可以選擇合理的開拓方式，若能夠預(yù)測(cè)工作面小斷層走向的期望值，則可以有意識(shí)地將工作面布置成與期望值呈一個(gè)有利的夾角，使開采方便高效地進(jìn)行，所以對(duì)斷層走向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，找出其規(guī)律是非常重要的。另一方面礦井投產(chǎn)時(shí)，大、中型斷層已基本查明，但小斷層大都在開采時(shí)才能揭露，因此，如果我們能掌握某區(qū)域內(nèi)大、中型斷層與小斷層走向之間及相鄰區(qū)域小斷層走向間的關(guān)系，就可以根據(jù)大型斷層及己已采采區(qū)的小斷層估計(jì)未采采區(qū)小斷層的走向，即可以據(jù)此確定開拓、開采方案，預(yù)測(cè)斷層對(duì)開采指標(biāo)的影響，制定有關(guān)生產(chǎn)或目標(biāo)定額。
(二)斷層走向的分析方法
現(xiàn)有的各種統(tǒng)計(jì)方法中尚不能圓滿解決有關(guān)斷層走向估計(jì)等方面的問題，不便得出某一區(qū)域(工作面、采區(qū)、礦井)斷層走向的期望值及其離散程度，因而難以預(yù)測(cè)該區(qū)域斷層(走向)對(duì)開采的影響程度，更不便進(jìn)一步研究斷層間的關(guān)系及斷層預(yù)測(cè)。主要研究方法有以下三種：一是斷層走向的頻率分布分析方法，它是用圓周直方圖、直線直方圖、玫瑰圖示方法來表示；二是斷層的平均走向與圓上方差分析法。
三是小斷層走向及小斷層與大斷層走向間關(guān)系統(tǒng)計(jì)分析方法。由于斷層走向統(tǒng)計(jì)分析主要用數(shù)值統(tǒng)計(jì)知識(shí)，這里不多介紹。
三、斷層對(duì)開采影響的分析方法
工作面小斷層對(duì)開采的主要影響可能有斷層落差、走向長(zhǎng)度、傾角及斷層走向與工作面夾角，但對(duì)各影響因素的重要程度、影響方式看法不一。下面用四個(gè)變量作為斷層的影響因素來介紹幾種分析方法。
(一)落差h與煤厚m的比值u
一般來說，u值越大，即斷層落差越大，煤厚越小，工作面過斷層就越困難，因而對(duì)生產(chǎn)影響也越大。此比值能反映斷層兩翼煤層中斷開部分的厚度。對(duì)于綜采，如果該厚度大于或稍大于支架的最低高度，則支架容易移動(dòng)，對(duì)綜采影響不大；反之影響較大，甚至于倒面搬家。
(二)斷層面傾角β
斷層面傾角小，在工作面出現(xiàn)的破碎帶寬度較大，冒頂危險(xiǎn)程度也加大，反之則影響小。
(三)斷層走向與工作面的夾角0當(dāng)斷層走向與工作面平行或近似平行時(shí)，斷層全部或大于部分
同時(shí)暴露于工作面，頂板破碎面積大，來壓集中，頂板不易管理，支架移動(dòng)困難，容易造成工作面切頂，對(duì)開采最為不利。因此，當(dāng)斷層走向與工作面夾角在0°～20°時(shí)，斷層難以通過；當(dāng)20°<0<65°時(shí)較難通過；當(dāng)o>65°～90°容易通過，但也有時(shí)此斷層會(huì)對(duì)采面長(zhǎng)期正常生產(chǎn)產(chǎn)生影響，并不十分有利。
(四)斷層走向長(zhǎng)度l和面積s的比值v
s為影響面積或評(píng)價(jià)單元面積。1為某斷層在該影響面積內(nèi)的走向長(zhǎng)度。顯然，l越大，s越小，對(duì)開采影響越大。需要指出的是，斷層對(duì)開采的影響還與頂?shù)装鍘r性有關(guān)，當(dāng)u較大時(shí)，巖性較時(shí)，則過斷層較容易，否則較難。但巖性太軟，頂板則難以控制，也不利于過斷層。
四、經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)
斷層及其對(duì)開采影響的分析方法，主要適用于煤礦生產(chǎn)階段。它通過對(duì)已回采工作面和采區(qū)揭露的小斷層資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析從而建立數(shù)據(jù)模型。得出必要參數(shù)和回歸方程，定量地得出斷層及其對(duì)開采的影響程度，進(jìn)一步對(duì)未投入采區(qū)和工作面進(jìn)行預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)。
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