地质构造对“双高”矿井建设的影响探析

　　阳泉煤业（集团）有限责任公司(以下简称阳煤集团公司)是一个拥有6个矿11对生产矿井，年产1600万t的国有特大型煤炭企业。目前，采煤综合机械化程度达到100%，高产高效矿井建设也创出历史新水平。随着高产高效矿井建设的发展，地质问题对煤炭生产的影响愈加突出，由于没有超前查明地质构造所造成的生产被动和经济损失逐年加大。本文将结合阳煤集团公司的生产和地质工作技术现状，分析地质问题凸显的原因，并提出解决地质问题的对策。

　　1　原因分析

　　1.1　矿区扩大，地质条件趋于复杂

　　阳煤集团公司经过多年的发展，东部浅埋区的多对井口相继报废。为保持一定的总体生产规模，生产采区和矿井不得不向西、向南延伸。采掘揭露表明，采区向西向南延伸后地质条件明显趋于复杂。二矿东部12区陷落柱密度为2.7个／km2，而西部13区为5.6个／km2；三矿二号井东部已采区陷落柱密度为5.4个／km2，而西部10采区为10个／km2。南部的五矿陷落柱分布密度最高达46个／km2，已开采的19个工作面，存在较大挠曲的工作面4个，占全部开采工作面的21%；遇见陷落柱114个，平均每个工作面中有6个。1.2　地质勘探成果控制程度偏低

　　(1)依据的技术标准偏低。阳煤集团公司各矿的精查勘探成果，大多形成于上世纪70年代，只有一矿矿区精查勘探完成于1983年。对于这一时期的地质报告，规范规定的主要地质成果指标是：查明第一水平内落差大于30m以上的断层，地质条件好的地区应查明落差20m的断层，对小构造发育程度做出评述。如此指标只能满足长壁炮采采煤方法的技术要求，不能适应综合机械化采煤方法对地质成果的要求。

　　(2)勘探工程质量较差。因主要工程在“文革”期间完成，造成工程质量较差。以冶头勘探区为例，在测井技术尚不完善的情况下，精查勘探共施工85个钻孔，有56个为不取芯钻孔。不取芯钻探工艺的大量采用导致勘探成果质量大大降低。其它勘探区也存在类似问题。

　　（3）阳泉矿区影响生产的主要地质构造为陷落柱，以钻探为主的勘探手段对其缺乏针对性，查明情况十分有限。例如，五矿在累计开采的5.28km2区域内，原精查地质报告只提供有7个陷落柱，而实际开采揭露了99个。

　　1.3　未知地质因素明显增加

　　随着采煤工艺的发展，开采方法发生了很大变化。15#煤厚煤层由分层开采变成了综采放顶煤一次采全高。分层开采时上分层遇到的地质构造，对于中、下分层等于事先查明。而一次采全高的综放采煤工艺丧失了边采边探、以采代探的有利条件，未知地质因素明显增加，地质构造对产量的影响明显加大。与之类似，阳煤集团公司五矿、新景矿目前分别只开采一层 15# 和3#煤层，无法通过上组煤的开采来预测下组煤的构造发育情况，工作面所遇到的都是未知地质构造，增加了生产衔接安排的困难。另外，工作面走向长度加大也增加了避开地质构造影响的困难。

　　1.4　采掘设备重型化，对地质构造的适应性差

　　一个综采工作面内安装有上千吨的大型设备，一个支架重达十几吨，一旦遇到地质构造，拆装转移非常困难。而炮采或高档普采工作面的搬家，以及延长或缩短与综采工作面相比是非常容易的。同样是遇到地质构造，炮采、高档普采工作面除硬过外，还可以采用绕、跑（搬家）等措施过地质构造，而综采工作面如此处理相当困难。据统计，高档普采工作面遇到30m 以上的陷落柱搬家一般需10～20d左右。而综采工作面搬家则需30～40d以上。由此可见，综采工艺适应性差增大了地质构造对生产的影响。

　　1.5　采煤队减少，遇地质构造对产量的影响大

　　从20世纪80年代初期至今，阳煤集团公司原煤年产量在1300～1600万t。这样的产量80代初是通过4 0余个采煤队来实现的，一个采煤队年产量最高也就是40～50万t，这是一种广种薄收的生产组织模式。在此情况下，如果一个工作面遇地质构造，其影响的产量对全公司来说比重并不大。当前，公司不足20个采煤队，其中一矿综五队年产量超过了200万t，如果不能提前查明，一旦遇到地质构造就会对产量造成重大影响，甚至危及全矿产量计划和经营指标。这种集中生产模式使得地质构造对产量的影响比重大大增加，凸显了地质构造对生产的影响。

　　1.6　超前查明地质构造的方法、手段不能满足需要

　　矿井地质工作是煤炭生产过程中的一项重要的基础性技术工作。20世纪90年代以来，采煤方法、采掘设备、工作面单产都发生了巨大变化，但地质工作的方式方法则没有很大的变化，仍然是将主要精力放在工作面中，仍然是以分析研究为主，缺乏技术手段方法的应用，查明构造的精度、速度不能满足高产高效生产的要求。虽然近几年我们比较成功地开展了工作面坑透和地面三维地震工作，但仍有很多技术难题。坑透必须在工作面形成之后进行，如遇大型构造，仍然会导致大量无效进尺和资源浪费，甚至是工作面报废；坑透能有效探测长轴大于30m 以上的陷落柱和落差大于1/ 2煤厚的断层，但对其它构造如冲刷、褶曲等有效性大大降低。三维地震勘探技术在平原区应用效果很好，但在山区的应用还处于起步阶段。总之，地质工作观念、工作方式及资金投入滞后于采煤技术的发展，超前查明地质构造的手段不足，也是地质问题凸显的原因之一。

　　2　对策研究

　　2.1　转变地质工作观念立足超前查明的原则

　　针对矿区地质条件趋于复杂的客观事实，传统的地质工作观念必须改变：(1)地质工作不仅是煤炭企业技术的基础工作，更是经济效益的基础工作，必须加大超前投入力度；(2)地质基础工作不是一劳永逸的，必须随着采煤技术的发展不断补充、完善和更新，工作标准必须适应主要采煤方法的要求；(3)对于高产高效工作面，地质条件必须立足超前查明。超前查明要把握好采区巷道布置前、综采工作面安装前和采煤工作面遇构造采取措施前3个环节。(4)要坚持“生产需要是目标，超前查明是标准，地质分析是基础，应用手段是关键”的技术工作思路，根据采煤方法和生产衔接，超前安排地质工作。

　　2．2　推广应用三维地震、坑透为主的综合勘探手段，提高地质成果质量

　　提高地质成果质量,查明隐伏地质构造，必须依赖于有效的地质勘探手段。就当前技术水平而言，应完善以下3个方面的勘探工作。首先，以钻探为主要手段的补充勘探工作必须到位。新布置采区内的高级储量比例必须达80%以上，构造及煤层控制程度必须满足高产高效的要求。其次，大力推进三维地震勘探。应当结合生产统一规划，逐步实施，实现在采区设计前完成三维地震勘探的工作目标。要基本查明30m以上陷落柱、5m以上落差断层以及无煤区，准确率不低于70%。第三，加大井下无线电坑透工作力度。坑透工作应当按照“集中管理，专业队伍，提高精度，市场引导”的指导方针，在一次坑透取得较好成果的基础上对异常区开展二次坑透，分析研究各种地质构造的异常规律，由多解向单解，由定性向定量逐步过渡；分析新的干扰因素及其排除方法，进一步提高坑透成果的准确率，满足高产高效要求。

　　2．3　优化采区、工作面设计，有效避让地质构造

　　地质条件可以查明，但不可以改变。采区和工作面设计前必须认真分析地质条件的特点和地质资料的可靠程度，结合采煤方法及矿井产量等因素，提出趋利避害的设计方案，有效避让地质构造。对于多煤层开采区域，要合理安排开采顺序。（1）设计必须依据地质部门正式批准的采区地质说明书，首采区段应有三维地震勘探资料；（2）采区和工作面设计在总体上向大采长、大走向发展的同时，要兼顾地质条件、采煤工艺、采掘队伍及矿井产量安排等因素，合理布置工作面尺寸，并针对构造随着采掘探明发生的变化而留有变化预案；（3 ）选择合理的采煤方法和开采顺序，以大面综采综放为主，小面高档普采为辅，优化工作面衔接顺序，做到合理集中生产。对于工作面遇构造缩短、跳采等方案要进行详细的经济效益评估和方案比较，突出经济效益；（4）开采结束的采区应对其设计进行总结、反思，积累经验教训。

　　2．4　合理选择采掘设备，提升设备过构造的能力

　　针对阳煤集团公司地质条件向复杂变化的趋势，要根据不同的地质条件，选用不同的采掘设备，加大采掘设备适应和克服构造的能力。（1）总体上讲，应具备开采薄、中、厚煤层的各类支架和采掘机械；（2）加大采煤机组主要部件如滚筒、刀齿的强度，对于较小构造和有夹矸的煤层可直接采过，以降低因过构造采取特殊措施的费用，并提高生产效率；（3）必须加强支架的爬坡能力和抗倾倒能力，防止褶曲构造和煤层坡度变化造成的支架倒架、窜架、窜溜等，对于构造复杂区和回收区，可采用小面开采，配备轻型支架。

　　2．5　加强工作面过构造的技术研究，规范施工组织和措施

　　加强工作面过构造的技术研究，顺利通过地质构造已成为提升高产高效水平的重要环节。（ 1）要加大构造探明力度，确保每个工作面进行坑透，对坑透异常区必须打钻证实，必要时进行巷探；（2）对过构造的技术方案要反复论证，不仅要考虑构造规模、性质，还要考虑产量、衔接安排及队伍状况，要进行经济效益评价，要有遇特殊情况的应变方案；（3）加强现场管理。地质部门要不间断地跟踪构造变化情况，定期向队组和有关部门提供剖面图及预测资料；生产部门要认真研究过构造的施工工艺措施，要确保各项技术措施落实到位，并保持一定的推进速度；（4）严密组织领导，大胆创新。过构造期间要制定专项的经济分配政策，并严格考核，井队领导要跟班上岗，确保有效的组织协调。要及时总结经验教训，积极探索，大胆创新，走出一条符合自身实际的路子，真正实现高产高效。

　　2．6　加快建立高产高效地质保障系统

　　高产高效地质保障系统是今后地质工作的目标。这一保障系统决不是将现有的各项地质工作简单相加结合而成，而应该是以本矿区特定地质条件为基础，以满足综采放顶煤工艺对地质要素查明程度要求为目标，使用先进可靠的技术手段，及时有效地为矿井生产提供准确可靠地质资料的工作过程。系统的主要构成是：以计算机为基础的地测基础资料、图件、数据信息化管理技术；以三维地震、无线电坑透、小型高效钻探为基础的地质构造探测技术；以系统评价严格考核为主的科学管理技术。系统的主要技术目标是：在采区工作面设计前，基本查明大于30m的陷落柱和大于5m的断层、无煤区及煤层分布形态，准确率不低于7 0％；在工作面生产前查明大于30m以上陷落柱和落差大于1/2煤厚的断层，基本查明影响综采生产的各类地质因素，准确率不低于85%；在生产过程中要及时准确查明工作面、掘进头遇到的地质构造，平面位置误差不超过5m。系统建立应遵循的原则是：“总体规化、分步实施、逐项突破、完善提高”。通过建立高产高效地质保障系统，更好地满足高产高效矿井建设的需要。