地质采矿因素对离层分布规律的影响解析

2019-02-10韦铁

世界有色金属 2019年12期

韦铁

（四川南江矿业集团有限公司，四川南江 636600）

对于地质采矿作业来说，采动覆岩当中的离层从产生直到消除都会有非常复杂的应力场改变，所以进行采矿因素对离层分布规律影响情况的研究是非常重要的，充分的研究能够有效提升采矿效率，能够加强采矿的安全性，有效提升其综合效益。本文所述的采矿因素包括地层结构和开采技术，对于此两方面对离层分布规律影响进行研究，这对于完善地质采矿作业的相关理论具有非常重要的意义。

1 离层分布规律现状概述

随着我国地质采矿技术的快速发展以及各方面的关注，越来越多的专家学者对于采动覆岩中离层的情况（从产生到消失的整个过程）给予了足够的重视。早期某系学者对于离层的分布规律进行了相应的研究，其结论在于：离层属于地壳岩层移动作用所产生的结果。随着研究的深入进行，人们对于离层分布情况有了更深的认识，发现采动覆岩中离层的产生、发展直到消失的整个过程受到开采空间的影响，因为开采空间的改变会引发外界应力场的作用，这是造成最终结果的根本因素。但是此运动过程并非一成不变，所以会造成岩性的较大改变，这也造成了地质采矿条件的改变，影响因素的复杂性就给相关研究工作造成了很多困扰。

从离层分布规律的相关研究进程可知，随着早期采动覆岩“拱梁式平衡”模型的建立，各方面学者将研究重点放在了离层分布时空规律方面。随着研究的深入，很多的离层分布研究理论得以出现，例如积分变换法、关键层理论、托板理论、能理释放法等等，这些理论的建立对于进一步研究离层分布规律打下了良好基础。

2 地质采矿因素对于离层分布规律的影响解析

整个地质采矿过程会从很多方面造成离层分布的影响，这就需要从时间、空间两个维度对其进行分析。总的来说，可以将离层分布规律的地质采矿因素分成“地质构造”和“开采技术”两方面。所谓的地质构造因素主要包括如下几方面：地质构造情况、覆岩岩性的软硬度、厚硬岩层的空间分布情况、互层条件、非沉积岩层表现形式等等；所谓的开采技术因素主要包括如下几方面：地质采矿方法和深度、煤层采出厚度、煤层采空区尺寸、煤层埋藏倾角和采矿工作进程等等。一般情况下进行地质采矿因素对离层分布规律影响进行研究时，更多是研究这两方面的内容，做好这两方面的平衡，完善相应理论。

2.1 地质构造因素对于离层分布规律的影响

第一，岩性对于离层分布规律的影响。采空区覆岩层所具有的岩性对于离层具有非常重要的影响，直接决定着离层能够形成。对于单一岩性形成的沉积岩体以及均质岩性形成的沉积岩体来说，不同层具有大体相同的厚度和抗弯刚度，所以在进行采矿作业过程中，各层都会具有同样的弯曲下沉量和下沉速度。第二，互层条件对于离层分布规律的影响。煤系地层具有非常复杂的层状结构，不同岩层在性质以及结构方面都有所不同。由不同岩性岩层所形成的复合性结构会形成多种节理和层理，这就对地质开采时离层的产生提供了基础性条件，并且会在很大程度上影响到离层的后续发展。从相应参考文献以及研究中能够得知，如果岩体主要是通过粉砂岩、泥岩、页岩和中硬砂岩形成，那么覆岩的岩性差别相对较小，此种情况下离层都会从煤壁的正上方开始。

如果岩体主要是通过粉砂岩、泥岩、页岩和硬砂岩形成，那么覆岩的岩性差别相对较大，受到采空区边界位置顶板悬臂的影响，此种情况下离层都会从距离煤壁较近的采空区内侧上方开始。第三，厚硬岩层位置对于离层分布规律的影响。从相应分析中能够得知，覆岩当中的厚硬岩层具有非常大的强度，可以承受较大的岩体重量，所以能够有效限制离层空间向上发展，因此其对于离层发展高度和空间的持久性具有较大的限制。如果厚硬岩层属于上位型，就是指厚硬岩层接近或者露出地面，若是其所具有的厚度能够有效平衡掉岩体重量和作业的扰动，那么可以对于下部离层空间实施填充；如果厚硬岩层属于中位型（就是指到地表的距离在0.3H～0.57H范围内时）就可以判定其为安全型，若是厚硬岩层小于0.57H，那么其属于危险型，最好不要采用。第四，非沉积岩层和地质构造对于离层分布规律的影响。对于地质采矿作业来说，覆岩的不同表现形式会对离层造成不同的影响，例如覆岩若是以覆盖体的形式存在，那么就会在其下部形成离层空间；覆岩若是呈现出岩墙的方式就不会形成离层空间。

2.2 开采技术因素对于离层分布规律的影响

第一，开采和顶板方法对于离层分布规律的影响。对于常规性地质采矿来说最常采取的开采方式就是长壁工作面的方式，主要采取的是全陷法或者充填法实施顶板管理。随着技术理论的发展以及水平的提升，综采放煤开采技术得到了越来越广泛的应用。此种技术在实际应用过程中所采出的煤层厚度相对较大，会在很大程度上影响甚至破坏覆岩，在开采中形成非常大的离层空间，对于实施覆岩离层注浆填充是非常有利的。第二，煤层采出厚度和深度对于离层分布规律的影响。煤层采出的厚度在很大程度上影响着离层的分布，这是其形成的基础。对于单一薄煤层来说，由于其厚度较薄，所以在实际开采中不会轻易形成离层空间。而对于多煤层和厚煤层来说，由于其煤层厚度相对较大，所以在实际开采中容易形成离层空间。第三，煤层倾角对于离层分布规律的影响。若是煤层呈现为水平状态或者只是轻微倾斜情况下，注浆浆液就容易在离层空间发生沉积；若是煤层呈现为比较大的倾斜状态，那么离层状态就会发生较大的改变，需要对注浆钻孔孔位进行更加准确的控制。第四，开采速度对于离层分布规律的影响。若是其他各方面保持稳定情况下，一旦地质采矿的速度加快，就会缩短离层空间的存在时间。所以在实施地质开采覆岩离层注浆过程中，需要充分分析注浆能力、开采速度等方面的因素，确保采矿的有效性。