摘要：在采煤工作面中普遍存在一些小型的“隐伏”构造，其不仅会对巷道的正常开拓与工作面回采的进度产生直接影响，而且受其构造应力场的作用，地质构造会破坏煤层结构与瓦斯的分布，所以针对煤矿开采工作面内小构造的预测有着重要的现实意义。本文就针对该问题展开讨论，介绍两种小构造预测的方法，即数学分析法与综合预测法。
关键词：煤矿开采工作面；小构造预测；数学分析法；综合预测法
中图分类号：X752 文献标识码：A
1小构造预测的数学分析法
从某种意义上讲，数学分析法是小构造预测向定量方面发展的趋势，具体方法如下：
1.1构造复杂程度评价指数
现阶段评价构造复杂度的指标包括以下几个：
第一，煤质倾角的大小与变化程度，在确定该指标时，先根据倾角大小进行分带，再根据带进行倾角标准差与变异系数的统计，如下式：
上式中，S为倾角标准差；r为变异系数；n为观测点的数量； 为统计条带内的平均倾角；为每个测量点的倾角。在上式中，S与r均是反应倾角变化程度的参数，即小型褶皱发育的程度。
第二，褶皱强度系数，该参数反映的是褶皱的强烈程度，其表达如下式：
K=（L’-L）/L
上式中，K为褶皱强度系数；L’为垂直于褶皱轴迹剖面中煤层底板两点间的实际长度；L为上述两点的水平投影长度。
第三，褶皱复杂性指数，该参数反映的是褶皱的复杂程度，其由煤层面斜率与底板等高线曲率之积表示，其评价步骤包括以下两个环节：其一，在煤层底板等高线图或者一次趋势面差值等值线图上，根据钻孔的平均间距画出正方格网，网线与主要褶皱轴迹保持平行或者垂直；其二，在每个十字交叉点求出交叉点四邻四个方格面积内的褶皱复杂性指数，其表达如下：
KTC=h*ω/L*S
上式中，KTC为褶皱复杂性指标，h为计算面积内等高线的高度差；L为等高线平均平距，由此可知，h/L=tga，即煤层面斜率；ω为等高线走向的变化值，表示为弧度，反应等高线的曲率；S为统计方格的面积。可以用穿过计算面积内等高线数取代h/L以进一步减化计算，则经过简化的公式表达如下：
KTC=ω*n*系数
第四，断裂破坏系数，可以采用多种方法评价断裂密度与破坏系数，此处针对小断层对煤层破坏程度的预测方法进行重点分析。在针对煤层破坏系数做构造复杂程度分级过程中，直接利用断层即可，首先收集生产矿井中每个开采煤层的小断层资料，然后将小断层发育带绘至开采平面图上；接下来逐一筛选出相关信息，包括每个小断层的形态、延伸长度、断裂倾角、落差、相邻断层的间距等，并绘制出小断层展布图；最后根据下式计算出煤层构造的破坏系数：
K1=ΣHL/S
上式中，H为破坏带内每个断层的正常落并；L为断层的长度；S为各巷范围内破坏带的面积。可以根据构造破坏系数可以将小断层对煤层的破坏程度为分五个等级，由破坏系数K值确定出来。
1.2已知断层的延展预测
首先计算出延伸长度上的变化值，即各组断层的落差变化梯度；然后计算出断层延伸长度与最大落差的方程式，可以采用断层断距预测法来实现。在实践中可以采用下式计算：
H=KL±0.5
上式中，H为断层落差；K为系数值；L为断层延伸长度。
2小构造预测的综合预测法
2.1划分地质单元
通常在特定范围内，所有构造的形迹均是基于特定的规律的，构造分区分块的特性是指某个矿区根据构造的展布规律、复杂程度等划分出不同地段，其属于构造发展的客观反映，在矿井构造分区预测过程中，必须进行地质单元的划分。同一个矿井会在同一次构造运动中形成某种构造格局，该构造格局具有某种固定形式，构造应力场会对其产生控制，具体就表现为明显的分区性；而区段不同，其岩性、边界条件等也各不相同，所以构造就表现出一定的随机性。
2.2统计断层规模与方向
断层的等级不同、规模不同，其对生产的影响程度也存在差异，并且针对各个矿区或者矿井，断层影响工作面正常生产的级别也不同，因此要对断层的大小、等级进行及时的统计，才能正确掌握具体某个断层的实际强度等级。
2.3断层空间的分布规律
分析断层空间分布规律的主要内容就是通过统计方法获得区域内层的线形土壤，结合历史勘探资料以及生产过程中获取的地质资料、探煤钻孔泥土标本等，将各类断层的空间变化特征统计分析出来，对开拓区构造的分布规律做进一步的预测。
2.4预测断层分布形态
断层落差与水平延伸长度呈正比关系，观测同一断层的平面分布可知，其落差大部分在空间呈现出特定的变化规律，即断层的中部通常是落差最大的，越靠近两端则落差越小，所以可以根据断层自身的这种变化规律对其进行预测分析，参考巷道断层断距的差异即可求出断层的落差。
3综合预测法的实际应用
上述两种方法均可以对小构造做出比较准确的预测，限于篇幅，下文主要通过实例针对综合预测法的实际应用进行分析。
3.1划分工作面所处区域的地质单元
某煤矿工作面所处的位置在加下背斜东北翼中段、F1断层北翼，整体地层呈梯形构造，向北倾斜，整体走向近东西向，但是东西部近南北走向，有较大的走向变化。在该区共发现20条断层，走向为近南北走向中。在20条断层中，有4条落差超过30m，位于井田边界位置，F12、F13、F14、F15，走向相同，所以可以近似认为该范围为一个地质单位，且其地质单元内控制性构造为上述四条断层构造，元大的褶皱，其它视作该四条断层的伴生小型构造。
3.2统计区域内的断层规模与方向
本案例中内煤层平均厚度约为1.75m，其所配置的设备要求最小可采厚度在0.7m，所以一旦断层断距大于1m，则可将其计入统计范围，可以根据该工作面运输巷、回风巷，统计出相邻工作面揭露的落差大于1m的断层数量。由统计结果可知，该地质单元内的断层规模相对较小，并且多数是正断层，延展方向与控制性断层相一致。
3.3与物探成果相结合预测工作面内的断层
利用无线电波透视仪对该工作面进行全工作面的探测，测点间距值为10m，发射点音距则设定50m，每个发射点共对应11个值守点，回风巷共设置78个测点，而运输巷则设置76个测点，共计30个发射点。具体探测结果如下：第一，运输巷的断层断距相对较大，且延伸方向朝向工作面，分析该段工作面内部存在断距大于1m的贯通整个工作面的断层；第二，回风巷158m以及运输巷0-181m之间可能有在工作面内部的小断层；第三，回风巷298-480m、运输巷322-503m之间受运输巷与回风巷抽放孔的影响，可能没有断层。经过后续的开采验证，证明实际的小构造与预测结果大致相同。
参考文献
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