浅谈断层及其对开采影响的分析方法论文
摘要：本文介绍了断层落差与走向长度规律的分析方法、断层走向的分析方法、断层对开采影响的分析方法，总结了各分析方法的特点和适用性以及对煤矿生产的指导意义。
关键词：断层；落差；走向长度：裂隙频率：分析方法
断层是影响煤矿开采的主要地质因素。大型及特大型断层一般在井田勘探时就已查明，矿井初步设计阶段已作了考虑，这些断层影响井田的划分和水平划分，而中、小型断层则影响巷道掘进和回采。
在煤矿生产中，资源条件评价大量遇到的是小断层。下面根据钱家营矿业分公司井田的构造特点再结合自己工作实践，提出以下几种小断层规律及其对开采影响的分析方法。
一、断层落差与走向长度规律的分析方法
(一)分析的目的与意义
小型断层直接影响巷道和工作面回采，当工作面遇到断层时，顶
板压力增大，开采工效降低，灰分、成本增高，甚至由于断层展布规律和破坏程度掌握不清造成停工减产，酿成安全事故。因此研究小断层规律，准确预测、预报小断层特征对资源评价及煤炭生产具有重要意义，在开滦矿区加强这方面的研究意义更显重大。
(二)分析方法
1、目前主要有三类分析方法
一是地质分析方法，该法主要利用钻孔揭露的断层资料综合地质力学及地质成因研究地层规律；二是物探方法，它通过三维地震和电法勘探来探测断层，该法对大、中型断层是可行的，但在探测小断层方面，目前仍存在一些技术及经济上的问题：三是统计分析方法，该法是近几年兴起的，它试图通过对已有小断层资料的统计分析，找出其规律，进而对待采区的小断层及其破坏程度进行预测。下面具体介绍断层落差与走向长度规律的统计分析方法
2、断层走向长度与落差的分析方法
断层走向长度与落差是断层的两个重要参数，走向长度与落差越大，断层对煤炭生产的影响也越大，生产实践表明：一般情况下走向长度随着落差的增大而增大。随着矿井勘探、巷道掘进及工作面回采，可以不断查明小断层的落差，但其延展长度往往难以确定。如果找出落差与走向长度的统计关系，就可以利用落差来预测其延展区间。尤其当工作面周围巷道掘好后，可以根据已揭露的小断层落差来预测其在未采的采区及工作面内的延展长度，进而预测断层对该采区及工作面的影响程度，因此，收集井田内小断层的资料，分析正断层、逆断层所占比例，小断层落差与走向长度散点图，用线性函数、幂函数和指数函数等函数对井田小断层落差与走向长度进行回归分析，找出最优回归方程，就可以定性地来表示断层落差h(m)与走向长度1(m)的关系。
3、断层落差及走向长度与总体频率的分析方法
根据生产区域已揭露的小断层，按一定的间距对落差、走向长度分别进行分组，计算出每一落差及走向长度区间内小断层的出现频率，建立数学统计关系。这样当知道在某工作面可能出现的断层总数时，据此即可估计预测某一断层落差及走向长度下断层指数的期望值，进而可以预测工作面内断层对开采的影响程度。用平均落差及平均走向长度与频率的直方图可以直观地看出关系，同时还可能总结出最佳回归方程。
4、断层落差与裂隙密度的分析方法
生产实践表明：断层落差与该断层附近顶板的裂隙密度有一定的关系，裂隙密度随落差的增大而增加。而裂隙密度越大，顶板往往越破碎。在钱矿井田巷道较大断层或小断层群处，裂隙非常发育。在煤层顶板正常地段(即无断层)，裂隙条数一般在10条／米以下，接近较大断层处(范围5～30米)裂隙密度逐渐增加，到断层处可达15条／米以上，裂隙方向大都与断层方向平行。通过收集的有关巷道25条断层及其相邻顶板裂隙的资料进行回归分析得出回归方程如下：
h=-0.79+0.106n
式中：n为断层附近10米内的顶板裂隙密度(条／米)；h为断层落差(m)，从回归方程可见，h=0时，n=7.5条／米；当n>i米时，n>12条／米。再考虑断层拓展区间，通过观测掘进巷道顶板裂隙，即可预测掘进前方有无断层及断层落差，据此可以调整掘进方向和坡度，采取过断层的准备措施，加强顶板支护，做好防水、防冒顶工作，以减少废巷。
二、断层走向的分析方法
(一)研究断层走向的目的与意义
断层走向对开采有直接影响。对大、中型断层其走向井田、水平及采区的划分，开拓、开采方式以及开拓巷道、准备巷道的布置；对小型断层其走向不同，即与工作面的夹角不同，断层对回采工作面的影响程度也不同。当工作面遇到断层时可通过调整工作面推进方向以减小断层的影响。因此，若掌握大断层的走向，则可以选择合理的开拓方式，若能够预测工作面小断层走向的期望值，则可以有意识地将工作面布置成与期望值呈一个有利的夹角，使开采方便高效地进行，所以对断层走向进行统计分析，找出其规律是非常重要的。另一方面矿井投产时，大、中型断层已基本查明，但小断层大都在开采时才能揭露，因此，如果我们能掌握某区域内大、中型断层与小断层走向之间及相邻区域小断层走向间的关系，就可以根据大型断层及己已采采区的小断层估计未采采区小断层的走向，即可以据此确定开拓、开采方案，预测断层对开采指标的影响，制定有关生产或目标定额。
(二)断层走向的分析方法
现有的各种统计方法中尚不能圆满解决有关断层走向估计等方面的问题，不便得出某一区域(工作面、采区、矿井)断层走向的期望值及其离散程度，因而难以预测该区域断层(走向)对开采的影响程度，更不便进一步研究断层间的关系及断层预测。主要研究方法有以下三种：一是断层走向的频率分布分析方法，它是用圆周直方图、直线直方图、玫瑰图示方法来表示；二是断层的平均走向与圆上方差分析法。
三是小断层走向及小断层与大断层走向间关系统计分析方法。由于断层走向统计分析主要用数值统计知识，这里不多介绍。
三、断层对开采影响的分析方法
工作面小断层对开采的主要影响可能有断层落差、走向长度、倾角及断层走向与工作面夹角，但对各影响因素的重要程度、影响方式看法不一。下面用四个变量作为断层的影响因素来介绍几种分析方法。
(一)落差h与煤厚m的比值u
一般来说，u值越大，即断层落差越大，煤厚越小，工作面过断层就越困难，因而对生产影响也越大。此比值能反映断层两翼煤层中断开部分的厚度。对于综采，如果该厚度大于或稍大于支架的最低高度，则支架容易移动，对综采影响不大；反之影响较大，甚至于倒面搬家。
(二)断层面倾角β
断层面倾角小，在工作面出现的破碎带宽度较大，冒顶危险程度也加大，反之则影响小。
(三)断层走向与工作面的夹角0当断层走向与工作面平行或近似平行时，断层全部或大于部分
同时暴露于工作面，顶板破碎面积大，来压集中，顶板不易管理，支架移动困难，容易造成工作面切顶，对开采最为不利。因此，当断层走向与工作面夹角在0°～20°时，断层难以通过；当20°<0<65°时较难通过；当o>65°～90°容易通过，但也有时此断层会对采面长期正常生产产生影响，并不十分有利。
(四)断层走向长度l和面积s的比值v
s为影响面积或评价单元面积。1为某断层在该影响面积内的走向长度。显然，l越大，s越小，对开采影响越大。需要指出的是，断层对开采的影响还与顶底板岩性有关，当u较大时，岩性较时，则过断层较容易，否则较难。但岩性太软，顶板则难以控制，也不利于过断层。
四、经验与体会
断层及其对开采影响的分析方法，主要适用于煤矿生产阶段。它通过对已回采工作面和采区揭露的小断层资料进行统计分析从而建立数据模型。得出必要参数和回归方程，定量地得出断层及其对开采的影响程度，进一步对未投入采区和工作面进行预测、预报。