构造复杂煤层开采课件

构造复杂煤层开采断裂构造煤层开采向斜构造煤层开采盆地构造煤层开采其他构造煤层开采不稳定煤层开采12/5/20231构造复杂煤层是指断裂构造多，褶曲构造多的煤层

兖州煤田、济宁煤田、神东煤田构造相对简单；龙口、枣庄煤田较简单；新汶煤田的南部较简单，但北部相对较复杂；宁阳煤田构造复杂；临沂煤田是火成岩侵蚀的重灾区。掌握和了解构造复杂煤层的开拓、开采技术是采矿工程师应该具备的基本素质。12/5/20232

第一章断裂构造煤层

的开采方法

12/5/20233第一节断裂构造煤层的特点及

其研究的主要内容断裂构造影响造成的顶板事故占60%以上；断裂构造影响造成的突水事故占80%以上。肥城国家庄煤矿、大汶口石膏矿断裂构造破坏其完整形，为冒落和充水创造条件，给矿井生产带来困难。12/5/20234主要研究内容1、断层对采区和水平划分带来的影响；2、主要巷道与断层的相互位置关系；3、断块之间的联系方式（形式和数量)；4、掘进和回采过断层的技术措施；5、各块段生产系统之间的相互协调关系12/5/20235第二节开拓部署中断层的处理

1、以断层划分井田是矿井开拓部署的重要关键（1）大型矿井将落差大淤100m断层作为井田边界；（2）小型矿井将落差大淤50m断层作为井田边界。其目的是减少井田边界煤柱

2、断层对水平划分与位置的确定影响较大（1）图1-1为单水平开拓部署的处理方案

12/5/20236按斜长可能划分2-3个区段，但断层影响可作为单水平处理（2）利用水平位置的变动解决断层两翼煤层的开采12/5/20237（3）利用斜巷解决个别煤层上、下阶段斜长不一致的问题12/5/20238

（4）利用暗井开采开采水平以下被断层切割的煤层技术经济合理开采水平延深水平12/5/20239

（5）

因地制宜穿层布置大巷在煤层群开采中是可行的

大巷二层

四层四层十一层二层二层四层12/5/202310（6）利用采区石门、溜煤眼和斜巷开拓受断裂构造影响的缓倾斜

煤层开采较为有利

石门溜煤眼斜溜煤眼12/5/202311（7）利用断层作为划分开采水平的依据H=20mh=80mH=20mH=20m-420m-375m-225m-65m12/5/202312(8）利用辅助水平解决部分被走向断层切割的块段开采辅助水平大巷开采水平大巷工作面

工作面上山上山12/5/2023133、上山的布置应与过断层的石门工程两相比较确定断层落差大于20m时可作为采区的边界，落差为10-15m时采区可直接穿过12/5/20231412/5/2023154、根据断层的产状改变开采体系可取得很好的技术经

济效益（1）遇倾斜断层时可将走向长壁改为倾斜长壁或伪倾斜长壁开采12/5/202316

前苏联顿巴斯矿区，1966—1970年377个工作面（36.2%)

重新进行了开切和准备，调整后既增加了工作面推进长

度，又大大减少了费用（年平均减少110-130万卢布）

（2）采用房柱式开采回收断层破坏区的煤炭资源根据海滨矿区的经验，认为破坏系数小于250m/每百平方米、断层落差小于每层厚度的0.6-0.7倍时，可使用长壁开采，否则使用房柱式开采是合适的。12/5/202317第三节采区内巷道布置方案1、块段走向长度较短时，可采用顺断层布置上山单翼开采，以减少煤炭损失量及两翼开采的困难。注：工作面推进方向与断层面逆向为佳，同向易出水；工作面平行断层易出水，宜斜角布置。12/5/2023182、上山穿过斜交断层布置，使断层煤柱与护巷煤柱合

二为一12/5/2023193、上山顺倾斜断层布置，利用中部车场

石门联系两翼平巷上山12/5/2023204、缓倾斜煤层遇逆断层时（h小於10m),运输上山布置在下

盘，轨道上山布置在上盘卧底掘进，利用溜煤眼和石

门分别联系两翼平巷。煤层煤层溜煤眼轨道上山运输上山12/5/2023215、采区内有走向断层〔h=2m）时,可以断层作为划分区

段的依据。上下区段同采时，可同步或保持一定的

错距。12/5/2023226、遇斜交断层时，可在斜长较大区域采用双工作面布置，

过断层后采用单工作面布置。12/5/2023237、倾斜长度较大的局部块段可采用仰斜开采（倾角小

於10度）区段上平巷区段下平巷仰斜工作面12/5/2023248、按断层的分布形态确定工作面布置方案

（1）平行构造带呈折线布置，上下顺槽均留出5-15m的

煤柱，作为断层摆动误差的调节余地。5-15m煤柱断层

断层5-15m煤柱12/5/202325（2）构造带呈尖角状时可采用分段台阶布置，也可采

微调面布置（每次增加2-3架支架，不断的补充，可

减少一次更换时间太长的问题）。12/5/202326(3)构造呈非平行折线型时，材料道以折线顺断层布置，

运输道采用直线定向掘进。12/5/202327第四节掘进巷道时断层处理1、h<10m时可采用转上、转下掘进，既穿顶、穿底掘进，待找到煤层时再正常掘进。穿顶掘进穿底掘进12/5/2023282、当h>10m时，应采用计算和作图法

求出石门的方向和长度No.124No.224-200-20012/5/2023293、当h<1.0m时，且错动频繁不宜采用转上或转下的方式

时，可采用直线掘进4、遇地垒或地堑时，可采用直线掘进12/5/2023305、开拓掘进上山时，应严格控制走向断层，

以便为区段平巷布置提供依据实际揭露断层实际揭露断层预测断层12/5/2023316、可在预测断层位置处，保持5-10m煤柱掘进，每隔

20-30m垂直断层掘小巷（或打钻），以探明断层的位置注意：若断层导水应严格控制探巷和探孔打钻掘巷12/5/2023327、若巷道掘进遇到断层时可采用挑顶和卧底的方式或

挑顶与卧底相结合的方式挑顶处理卧底处理12/5/2023338、上山或下山掘进时，遇落差较大的断层时可采用平

巷过渡联结方式正断层逆断层上山或下山上山或下山12/5/2023349、为保持主要下山或上山的一致性，

可采用穿层掘进的方式把上、下部水平位置确定后，然后去确定角度，以满足不同的运输方式12/5/202335注意：

（1）上下山过断层后，尽量不要布置在煤层的上方，

以减少煤柱尺寸；（2）上（下）山过断层后，倾角不要变化太大，最好控制在8度之内，曲率半径大于9-12m；（3）过断层时岩石比较破碎，应采用浅炮孔，少装药的爆破方式；（4）巷道倾角变化处应安设托滚和地滚；（5）在断层处应加强密集支护或打抬棚，应积极推广锚杆支护；（6）遇含水断层时，顶板破碎且淋水较大时，可采取木垛支护，防止冒顶引起更大的水流出。（7）进风道遇地质破碎带时，且裂缝中有瓦斯喷出时，12/5/202336采取如下措施：设专门排放瓦斯管道砌旋封闭安设排放瓦斯管（孔）安设排放瓦斯管（孔）设吹风管设挡风管12/5/202337第五节工作面中过断层的处理

1、走向断层的处理措施（1）底板取平法-----h<0.5m或小於1/2煤层厚度时；（2）起底挑顶法-----h>0.5m、小于煤层厚度时；（3）预开机窝法预开机窝12/5/202338(4)增开中间巷法联络平巷直接掘出超前掘进超前掘进10-20m12/5/2023392、倾斜断层处理法

（1）伪斜工作面法

工作面与断层面成较大的倾角（一般为60-80度），以防出现切工作面的危险，也便于流水。12/5/202340（2）穿硐重开切眼法停采线新开切眼10m12/5/202341(3)重开切眼法----h>0.5m,或>1/2煤层厚度重开切眼2-10m12/5/2023423、斜交断层的处理方法（1）工作面逐渐缩面法-------工作面缩至10-20m时停止工作面推进，剩余部分作为煤柱留设。10—20m煤柱12/5/202343（2）工作面微调法

12345应加强支护上部逐渐前移过断层后重开切眼下部逐渐前移12/5/202344

p=(b-R)/(L)m式中p----每根支柱的错距，m;b----截深，m；R----调面距离，m；L----工作面长度，m；m----支柱间距，m。L

m

b

Rp12/5/202345（3）预开探巷探明断层，并以探巷作为工作面新开切眼探巷探巷预测断层实际揭露断层实际揭露断层12/5/202346过断层的支护措施：a、调整工作面与断层斜交，易于维护；b、采用密集支护，以防破碎顶板冒落；c、浅眼少装药爆破；d、机采工作面在断层顶板破碎处，预开机窝，背严顶板。12/5/202347第六节

综采工作面中过断层的处理一、断层参数及其影响断层落差（h）当h/m=0.8时工作面产量将下降40%~80%。断层的影响范围（H)H=6√hh=1~1.5m时，产量下降8%；h=0.5~1.0m时，产量下降4%。断层与工作面的夹角（α）0~30º产量急剧下降；角度继续加大产量下降平缓。围岩中等稳定时，α应为20~30º;不稳定时α应为30~45º。当工作面与断层的夹角为12/5/20234890~70º时，产量下降0~0.5%；70~46º时，产量下降0.5~2%;45~21º时,产量下降2~5%;20~0º时，产量下降5~8.4%。

12/5/202349第二章向斜构造煤层的开采方法

第一节向斜构造煤层的特点

煤层形态上看呈U字型，从岩层位置上看，在向斜中央部分沉积的是新岩石。-100-200-300-100-200-300strike

dip向斜背斜12/5/202350本章主要介绍内容：

1、倾斜构造煤层的巷道布置；

2、开拓开采方法；

3、向斜构造的处理方法和设计施工中应注意问题第二节向斜构造煤层的开拓方式12/5/202351一、向斜煤层造成环形运输的运输方式主井副井大巷12/5/202352二、向斜构造煤层造成阶段斜长大小不一致L1L2

L2>L1辅助水平开采水平12/5/202353三、向斜构造可使下山采区变为上山采区主斜井副斜井

上山上山12/5/202354第三节向斜构造区域采区

上、下山的布置方案一、采区上、下山布置在向斜构造煤层的最大倾角处12/5/202355二、采区上山顺向斜轴布置当两翼走向变化大或倾角变化大时，应采用顺轴向布置方式，以轴部分为两翼，每翼似单斜开采12/5/202356三、采区上、下山顺向斜轴布置在煤层底板岩石中在倾斜或急倾斜煤层中，顺煤层布置难以适应运输提升轨道------α≯25°；胶带输送机----α≯17°在底部穿层布置四、顺向斜轴开掘专门运输上山直接进入轴部运输巷通过上山进入轴部运输巷轴部运输巷轴部运输巷12/5/202357五、采区上山或下山与向斜轴斜交布置12/5/202358六、采区上、下山布置在向斜的翼部12/5/202359七、采区上、下山顺向斜区的断层布置

12/5/202360第四节向斜构造煤层

回采工作面的布置一、回采工作面以向斜轴作为边界线12/5/202361二、根据煤层走向变化，调整工作面的布置1、推进方向变化----旋转开采2、线长变化----合二为一旋转开采合二为一12/5/202362第五节小型向斜构造的处理1、双机接力或在轴部专设运输机道，以解决运输机跳链的问题：第一部输送机第二部输送机12/5/2023632、顺轴两侧布置工作面-100-20012/5/202364第六节设计施工中应注意

的几个问题一、运输问题1）运输方式应单一，减少转折环节；采用旋转开采，等2）顺轴向布置运输巷道，以利于向斜两翼的煤炭运输。二、通风问题尽量采用向斜轴部进风，两翼巷道回风的方案或对角式通风。三、排水问题向斜轴是天然的集水线，应当将排水巷和水仓设在轴部，以利于排水。12/5/202365四、测量问题1、已控制向斜轴时，可顺轴挂线掘进；2、未完全控制向斜构造时，沿预计的向斜轴2~5°挂线掘进，见轴后顺轴挂线掘进。2~5°ac

d向斜轴cdbaa—探轴巷道c---平巷b---重开探巷d---顺轴巷道12/5/202366五、地压问题在轴部进行开拓时，巷道承受较大集中压力，应采取：1、服务年限长时，应将巷道布置在稳定的岩石中；2、煤层倾角较小时，集中巷应布置在向斜的翼部，离开轴部压力集中区；3、减小巷道断面，由双轨改为单轨断面；4、应注意加强顶板支护。12/5/202367六、瓦斯突出问题1、瓦斯突出为矿压和煤层瓦斯综合作用的结果，即矿压大和瓦斯压力大区域，正是构造变化剧烈的区域；2、断层带就是瓦斯突出密集的地区，东北等地统计，90%突发在地质构造破坏区域；37.85%发生在断层附近；西南等地统计，地质构造带瓦斯突出占95%；向斜轴部突出占60.6%。

采取措施:1）开采解放层；2）大直径钻孔、水力冲孔和震动放炮以排放瓦斯；3）加强巷道支护。向斜区开采的问题归纳起来为三个问题:一是向斜区与整个矿井的开拓部署问题；二是向斜区两翼煤层的开采方法；三是向斜轴部的开采问题。12/5/202368第三章盆地构造煤层开采方法

第一节盆地构造的特点煤四周向中央倾斜，形成规则和不规则的盆状结构。盆地由中央到外，逐渐变化为老岩层。形状多为圆形或椭圆形。-80-100–12012/5/202369第二节盆地构造煤层的开采方法1、横切盆地开采方法------一分为二法主斜井副斜井适应于矿井产量不大，断层构造不多，煤层倾角较大的地质条件12/5/2023702、纵横切割盆地开采方法有利于巷道掘进和回采工作面的推进，适应于倾角较小情况下12/5/2023713、水平切割盆地法---采区上下山开拓法在盆地中央受地质条件限制不能建立主水平时开采水平上山上山下山12/5/2023724、四面轮子坡开拓方式将主水平建立在盆底，由盆底向四周开拓采区上山（轮子坡），该方法适用于大小盆地。全部为上山开拓，运输、通风、排水均有利。12/5/202373第三节区段平巷布置方法1、只平不直的布置方式---沿等高线布置，易于排水和轨道运输，不利于运输机运输，工作面长度变化较大。3‰~5‰的坡度布置工作面平巷2、直至不平----沿中线掘进，工作面长度变化不大，尤其适用于综采工作面，但起伏不平不利于排水和轨道运输。

以机头为起点甩机尾以机尾为起点甩机头12/5/202374第四节回采工作面长度变化的

影响分析1、煤层巷道布置方式影响1）只平不直（按腰线掘进)L2=L1sinα1/sinα2L2L2L1α1α2α2L2----随煤层倾角变化的工作面长度，m；L1----工作面在煤层倾角α1

时的起始长度，m；α1

、α2----工作面起始角和回采过程中变化的煤层倾角。H(高差）L2sinα2=L1sinα112/5/2023752）只直不平----沿中线掘进L1L2́L2́α1α2L2́----工作面随煤层变化的长度，m.L2́=L1cosα1/cosα2D12/5/202376当煤层倾角变化范围为10~30º时,采用只直不平的方

式工作面长度变化较小；30~50º时，两种布置方式工作面

长度的变化绝对值相同；对综采工作面来讲，工作面的

变化长度最好控制在5m之内，最大在10m之内。煤层倾角变化影响（每百米的变化率）为：ΔL2=100(sinα1/sinα2-1)ΔL2'=100(cosα1/cosα2-1)α1>α2时，ΔL2'为负值，即工作面长度缩短。α1<α2时，ΔL2为负值，即工作面长度缩短。12/5/2023773、采用只直不平时，底板倾角的影响α1α2H1H2ΔHL2L1L2-L1=L2sinα2-

L1

sinα1L1=100m时，L2=100

cosα1

/cosα2（D=100

cosα1=L2cosα2)

ΔH=100(cosα1sinα2/cosα2-sinα1)巷道倾角ββ=sinˉ¹ΔH/Sn,

sn为每一折线长度在高差ΔH范围内的巷道长度，m。ΔHSnΔH12/5/202378第五节盆地开拓的几个问题

1、盆地开拓方法主要取决于主水平的位置1）主水平设置在盆地边缘处，则采用下山开采；2）主水平设置在盆地中间时，则采用上、下山布置；3)主水平设置在盆地底部时，则采用上山布置。

2、井筒位置

1）位于盆地央优点是上山采区运输排水简单，缺点是井筒工程量大，准备时间长，煤柱量大；2）位于盆地一侧与第一种正好相反；3）位于煤层底板（斜井开拓）优点与第一种相同，且不留井筒煤柱。缺点是工程量大，石门工程量大。3、支护问题

盆地压力集中，应加强支护，或将巷道布置在底板岩石中，或采用由下向上开采的上行开采方式。

12/5/202379第四章其他构造煤层的开采方法

第一节背斜和穹隆构造煤层的开拓方法背斜是与向斜方向相反的一种地质构造，穹隆是与盆地构造相反的地质构造。+100+50+012/5/202380一、背斜构造的处理方法

1、以背斜轴作为划分采区的依据；2、顺背斜轴开掘上下山，以背斜两翼构成一个双翼采区；3、采区的局部背斜构造可作为划分区段的依据；4、顺背斜轴定向问题与向斜轴定向相同。12/5/202381二、穹隆构造处理方式风井设在顶部采用上行通风，水平大巷布置在穹隆构造的底部，采用上山开采。风井主井副井上山12/5/202382第二节遭受火成岩破坏

煤层的开采方法火成岩侵入对煤层破坏极大，形成断失、变薄、变厚（煤包）、变成天然焦等，且规律不易掌握，给巷道布置带了一定的困难。山东临沂、淄博、兖州等地都有火成岩侵入的现象。串珠状变厚区变薄区尖灭区12/5/202383火成岩侵入煤层开采的首要问题是找煤问题1、巷探法；2、物探法；3、钻探法；4、巷道素描，通过实际揭露的岩石素描来从宏观上预测煤层的赋存状况。岩墙煤层预测煤层12/5/202384火成岩侵入区回采工作面的处理方法1、超前掘进----把火成岩放炮处理，顶与煤层顶板高度一致，底比工作面底板低100~200mm,以防止采煤机割底板。2、躲开火成岩区---运输道顺火成岩布置运输道火成岩火成岩12/5/202385

淄博部分矿认为:

对于与工作面斜交小于35度的火成岩带应采取超前掘

进通过；

对于倾角大于35度的应采取事先布置巷道躲开为好。

12/5/202386

第三节回采工作面遇陷落柱的

技术措施

新汶、莱芜矿区到不同程度的遇到过陷落柱，一是带来开采的困难，二是受到水的威胁。范各庄矿2171工作面1984年6月2日10时20分发生突水事故，21小时5分钟将整个矿井淹没，最后波及开滦东部5个矿被淹。应采用钻探和物探的方式控制陷落柱的范围钻探探巷钻探12/5/202387穿过陷落柱的技术措施1、在顶梁上挂网加强支护（双层网）；2、超前支护法；3、缩小采高法---保持支架的稳定性和少出矸石；4、为了防止松软底板支架扎底，应在顶梁下设一支柱，抬起支架底座后在底座下部垫木或矸石后再前移支架。5、工作面松软扎底时，用顶梁吊起输送机前移。1m留1m的台阶，上部超前支护12/5/202388遇陷落柱突水的措施：1、强排通过；2、注浆封堵（穿裙戴帽）；3、构筑结构物封堵。巷道注浆层穿裙戴帽穿裙戴帽12/5/202389第四节煤与瓦斯突出矿井巷

道布置方法80%~95%发生在地质构造应力区；25%~50%发生在采掘及煤柱应力区。一、开采解放层的布置方式和采掘的关系的特点解放层超前被解放层开采，这一超前关系必须满足煤层开采的两个条件：1、确保被解放层采掘安全解放层工作面应超前被解放层的掘进工作面，L>2M,≮30m,L为安全错距，M为层间距；T>3~4或4~6个月，T为安全时间错距。12/5/2023902、在开拓与开采布置上，安“三区成套”、“四区超前”安

排开采关系和采掘关系三区成套是对生产系统而言，指：开拓区；解放层的准备回采区；被解放层的准备回采区。四区超前是对生产的具体安排而言，即：解放层的开拓超前被解放层的准备；解放层的准备超前被解放层的回采；解放层的回采超前被解放层的准备；被解放层的准备（掘进）超前被解放层的回采。12/5/202391二、矿井水平接替的特点1、上下水平同采时间长，水平均衡生产时间短一般解放层约3~5年转入新水平开采才能保证矿井正常的水平接续，加上延深工程需3年左右，造成水平延深频繁。2、加大水平垂高，增设中间辅助水平，以利于解放层的准备、开采和瓦斯抽放，同时还便于人员撤离。12/5/202392三、采区巷道布置特点1、解放层开采时不划分采区，不留或少留煤柱，跨上山连续开采，减少采掘和煤柱应力集中对突出煤层采掘作业的安全威胁；2、采区划分采区段数目尽量减少，急倾斜不超过2段，缓倾斜不超过3段；3、采掘作业适当分散，减少事故的波及范围；4、尽可能的利用共用巷道抽放瓦斯；5、建立尾巷通风系统，采用Y、Z型等通风方式。12/5/202393第五节裂隙发育的处理方式1、调面处理方式；2、垂直节理打木锚杆方式。>35º25m12/5/202394第五章不稳定煤层的开采方法

第一节不稳定煤层的分类

不稳定煤层是指其赋存条件在井田或采区范围内变化很大、且无明显规律一致影响正常开采的煤层。主要是指厚度、倾角以及地质构造变化大的煤层。12/5/2023951、煤层结构的变化煤层结构主要指含矸石和夹矸的多少，分为简单、较简单、复杂和较复杂四类：简单是指含矸率0%~10%时；较简单是指含矸率10%~20%时；结构复杂是指含矸率20%~40%时；结构极复杂煤层是指含矸率>40%的煤层。该煤层失去开采价值。12/5/2023962、煤层厚度的变化

衡量煤层厚度的变化的指标是用煤层厚度变异系数Cv来表示,%。Cv=S/X·100%式中Cv----变异系数，%；S-----标准离差；X-----样本均值。稳定煤层：Cv<20%~30%；较稳定煤层：Cv<20%~50%，个别的到90%(江西各煤田）；不稳定煤层：Cv>50%；极不稳定煤层：未定。

12/5/2023973、煤层的可采系数一般指煤层厚度小于1.3m以下的薄煤层和极薄煤层。煤层的可采程度可用可采系数K表示

K=n/N·100%式中n----全部见煤点；N----合乎开采厚度的点数。稳定：K=90%~100%；较稳定：K=75%~90%，淮南>93%；不稳定：K=50%~90%，淮南达93%；极不稳定煤层：淮南<85%,福建<40%12/5/2023