淺談斷層及其對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度規律的分析方法、斷層走向的分析方法、斷層對開采影響的分析方法，總結了各分析方法的特點和適用性以及對煤礦生產的指導意義。
關鍵詞：斷層；落差；走向長度：裂隙頻率：分析方法
斷層是影響煤礦開采的主要地質因素。大型及特大型斷層一般在井田勘探時就已查明，礦井初步設計階段已作了考慮，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和回采。
在煤礦生產中，資源條件評價大量遇到的是小斷層。下面根據錢家營礦業分公司井田的構造特點再結合自己工作實踐，提出以下幾種小斷層規律及其對開采影響的分析方法。
一、斷層落差與走向長度規律的分析方法
(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，當工作面遇到斷層時，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律和破壞程度掌握不清造成停工減產，釀成安全事故。因此研究小斷層規律，準確預測、預報小斷層特征對資源評價及煤炭生產具有重要意義，在開灤礦區加強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
一是地質分析方法，該法主要利用鉆孔揭露的斷層資料綜合地質力學及地質成因研究地層規律；二是物探方法，它通過三維地震和電法勘探來探測斷層，該法對大、中型斷層是可行的，但在探測小斷層方面，目前仍存在一些技術及經濟上的問題：三是統計分析方法，該法是近幾年興起的，它試圖通過對已有小斷層資料的統計分析，找出其規律，進而對待采區的小斷層及其破壞程度進行預測。下面具體介紹斷層落差與走向長度規律的統計分析方法
2、斷層走向長度與落差的分析方法
斷層走向長度與落差是斷層的兩個重要參數，走向長度與落差越大，斷層對煤炭生產的影響也越大，生產實踐表明：一般情況下走向長度隨著落差的增大而增大。隨著礦井勘探、巷道掘進及工作面回采，可以不斷查明小斷層的落差，但其延展長度往往難以確定。如果找出落差與走向長度的統計關系，就可以利用落差來預測其延展區間。尤其當工作面周圍巷道掘好后，可以根據已揭露的小斷層落差來預測其在未采的采區及工作面內的延展長度，進而預測斷層對該采區及工作面的影響程度，因此，收集井田內小斷層的資料，分析正斷層、逆斷層所占比例，小斷層落差與走向長度散點圖，用線性函數、冪函數和指數函數等函數對井田小斷層落差與走向長度進行回歸分析，找出最優回歸方程，就可以定性地來表示斷層落差h(m)與走向長度1(m)的關系。
3、斷層落差及走向長度與總體頻率的分析方法
根據生產區域已揭露的小斷層，按一定的間距對落差、走向長度分別進行分組，計算出每一落差及走向長度區間內小斷層的出現頻率，建立數學統計關系。這樣當知道在某工作面可能出現的斷層總數時，據此即可估計預測某一斷層落差及走向長度下斷層指數的期望值，進而可以預測工作面內斷層對開采的影響程度。用平均落差及平均走向長度與頻率的直方圖可以直觀地看出關系，同時還可能總結出最佳回歸方程。
4、斷層落差與裂隙密度的分析方法
生產實踐表明：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，裂隙非常發育。在煤層頂板正常地段(即無斷層)，裂隙條數一般在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。通過收集的有關巷道25條斷層及其相鄰頂板裂隙的資料進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，n=7.5條／米；當n>i米時，n>12條／米。再考慮斷層拓展區間，通過觀測掘進巷道頂板裂隙，即可預測掘進前方有無斷層及斷層落差，據此可以調整掘進方向和坡度，采取過斷層的準備措施，加強頂板支護，做好防水、防冒頂工作，以減少廢巷。
二、斷層走向的分析方法
(一)研究斷層走向的目的與意義
斷層走向對開采有直接影響。對大、中型斷層其走向井田、水平及采區的劃分，開拓、開采方式以及開拓巷道、準備巷道的布置；對小型斷層其走向不同，即與工作面的夾角不同，斷層對回采工作面的影響程度也不同。當工作面遇到斷層時可通過調整工作面推進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，若能夠預測工作面小斷層走向的期望值，則可以有意識地將工作面布置成與期望值呈一個有利的夾角，使開采方便高效地進行，所以對斷層走向進行統計分析，找出其規律是非常重要的。另一方面礦井投產時，大、中型斷層已基本查明，但小斷層大都在開采時才能揭露，因此，如果我們能掌握某區域內大、中型斷層與小斷層走向之間及相鄰區域小斷層走向間的關系，就可以根據大型斷層及己已采采區的小斷層估計未采采區小斷層的走向，即可以據此確定開拓、開采方案，預測斷層對開采指標的影響，制定有關生產或目標定額。
(二)斷層走向的分析方法
現有的各種統計方法中尚不能圓滿解決有關斷層走向估計等方面的問題，不便得出某一區域(工作面、采區、礦井)斷層走向的期望值及其離散程度，因而難以預測該區域斷層(走向)對開采的影響程度，更不便進一步研究斷層間的關系及斷層預測。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系統計分析方法。由于斷層走向統計分析主要用數值統計知識，這里不多介紹。
三、斷層對開采影響的分析方法
工作面小斷層對開采的主要影響可能有斷層落差、走向長度、傾角及斷層走向與工作面夾角，但對各影響因素的重要程度、影響方式看法不一。下面用四個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，因而對生產影響也越大。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，對綜采影響不大；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，在工作面出現的破碎帶寬度較大，冒頂危險程度也加大，反之則影響小。
(三)斷層走向與工作面的夾角0當斷層走向與工作面平行或近似平行時，斷層全部或大于部分
同時暴露于工作面，頂板破碎面積大，來壓集中，頂板不易管理，支架移動困難，容易造成工作面切頂，對開采最為不利。因此，當斷層走向與工作面夾角在0°～20°時，斷層難以通過；當20°<0<65°時較難通過；當o>65°～90°容易通過，但也有時此斷層會對采面長期正常生產產生影響，并不十分有利。
(四)斷層走向長度l和面積s的比值v
s為影響面積或評價單元面積。1為某斷層在該影響面積內的走向長度。顯然，l越大，s越小，對開采影響越大。需要指出的是，斷層對開采的影響還與頂底板巖性有關，當u較大時，巖性較時，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、經驗與體會
斷層及其對開采影響的分析方法，主要適用于煤礦生產階段。它通過對已回采工作面和采區揭露的小斷層資料進行統計分析從而建立數據模型。得出必要參數和回歸方程，定量地得出斷層及其對開采的影響程度，進一步對未投入采區和工作面進行預測、預報。
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