玻璃沟矿井地质构造变化对煤矿建设的影响及防范策略分析

摘要：玻璃沟矿井由国家能源集团全资子公司内蒙古平庄煤业全资建设，项目于2024年5月开工，目前正在进行矿井二期工程建设，项目投产后对于稳定煤炭供给、能源保供及地方经济发展具有重大意义。矿井地质构造是决定煤矿井田稳定性、开采条件与安全风险的基础性因素。本文首先分析煤炭开采的特点，其次探讨玻璃沟矿井地质构造变化对煤矿建设的影响，最后就玻璃沟矿井地质构造变化的防范策略进行研究，可有效降低地质风险，保障玻璃沟矿井建设进度与工程质量，为同类大型矿井建设提供理论参考与技术借鉴。

关键词：玻璃沟矿井；地质构造；煤矿建设；影响分析；防范策略

一、引言

煤矿建设是一项复杂的系统性工程，建设的顺利与否极大地依赖于对矿区地质条件的精准勘探与有效应对。地质构造作为地质条件的核心组成部分，不仅控制着煤层的赋存状态、厚度与连续性，更在矿井建设与生产全周期中，通过其活动性或潜在的不稳定性，持续对工程安全构成潜在威胁。玻璃沟矿井地处内蒙古自治区准格尔矿区北部，向东北距离黄河较近约25km，该区域构造活动相对活跃，井田内断层、褶曲、陷落柱及次生裂隙较为发育，三维勘探区内共解释了断层18条，煤层为容易自燃煤层，具有爆炸危险性。2025年在矿井井筒及井底车场建设过程中，受采动应力、地下水、地质构造赋存状态不稳定等因素影响，原生构造可能被活化或显现新的变化，对建设工程构成显著风险。因此，深入剖析玻璃沟矿井地质构造变化特征及其对建设过程的具体影响，并制定科学有效的防范策略，具有至关重要的现实意义。

二、煤炭开采的特点

煤炭开采行业因作业场景特殊、地质条件复杂，呈现出与地面工程显著不同的行业特征，其生产作业兼具高风险性、系统复杂性、动态适配性及强管控依赖性等特点，具体如下：

一是作业环境恶劣且职业健康风险突出。煤炭开采多集中于地下数百米巷道内，作业空间狭小封闭，普遍存在低氧、高湿、照明条件有限等问题，且井下粉尘（煤尘、岩尘）浓度偏高，长期暴露易引发作业人员尘肺病等职业疾病；同时受限空间内的作业场景，也大幅增加了人员操作难度与意外磕碰风险，对作业人员身体耐受度与防护水平提出极高要求。

二是地质条件复杂多变且灾害风险高发。井下地质构造差异显著，煤层赋存状态（厚度、倾角、稳定性）参差不齐，断层、褶皱、陷落柱等复杂构造广泛分布，极易诱发多重安全灾害，其中瓦斯爆炸、煤尘爆炸、透水事故、顶板冒落、冲击地压等灾害隐患突出，且各类灾害具有突发性、连锁性特征，一旦发生易造成重大人员伤亡与财产损失，是煤炭开采过程中首要管控的核心风险。

三是生产系统性强且协同要求严苛。煤炭开采并非单一工序作业，需依托通风、排水、供电、提升运输、巷道支护、监测监控等多套系统协同运转，任一系统出现故障均会直接影响整体开采作业的连续性与安全性；如通风系统需保障井下氧气供给与瓦斯稀释，排水系统需应对井下涌水威胁，支护系统需抵御顶板压力，各系统间高度关联、互为支撑，对系统配套性与运维稳定性要求极高。

四是开采方案需动态适配且技术依赖性强。受井下地质条件动态变化影响，前期地质勘探难以完全精准预判采掘过程中的地质状况，需在开采全流程中持续开展地质探测，根据实际揭露的地质构造、煤层状态及应力变化，动态调整采掘方案、支护参数与作业工艺；同时现代煤炭开采对机械化、智能化技术依赖度不断提升，综采、综掘、智能化监测预警等技术装备的应用，是提升开采效率、降低安全风险的核心支撑。

五是安全管控标准严苛且法规约束性强。鉴于煤炭开采的高风险性，行业需严格遵循《煤矿安全规程》《煤矿防治水细则》《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》等一系列法规标准，从地质勘探、方案设计、现场施工到人员管理全流程实施闭环管控；需建立完善的监测预警、隐患排查、应急处置体系，强化作业人员安全培训与实操考核，确保各项安全管控措施落地见效，保障开采作业合规有序推进。

六是生态环保约束趋严且绿色转型迫切。传统煤炭开采易引发地表沉陷、地下水资源破坏、煤矸石堆积、瓦斯与粉尘排放等生态环境问题，对区域生态系统与居民生产生活造成影响；当前绿色发展理念下，煤炭开采需同步配套生态治理措施，如采空区回填、地表复垦、瓦斯综合利用、粉尘治理等，绿色开采、清洁生产已成为行业转型发展的必然趋势，对开采工艺环保化升级提出新的要求。

三、玻璃沟矿井地质构造变化对煤矿建设的影响

（一）对井筒掘砌与巷道开拓的影响

地质构造变化直接影响井巷开拓方案的适配性与掘进施工的本质安全，是井筒掘砌、巷道开拓阶段的核心风险因素，会从支护设计、施工工艺、安全管控、成本工期等多维度改变原建设规划，玻璃沟矿井施工过程中已凸显此类问题的典型性与复杂性。

褶皱构造发育区域会导致煤层赋存形态紊乱，原设计巷道支护参数、支护方式难以匹配实际地质条件，需针对性调整支护强度或变更支护方案，直接提升施工技术难度。以玻璃沟矿井主斜井施工为例，该井筒设计总长度1482m、倾斜段1016m，原设计倾斜段前400m采用钢棚+钢筋混凝土滑模复合支护，施工中因实际揭露地质与地测勘探报告偏差较大，在200m-300m段遇白垩系志丹群含水层和玄武岩侵入，引发多重施工难题：巷道顶板涌水量从勘探值小于5m³/h骤增至约30m³/h，淋水问题突出；玄武岩岩质坚硬，造成施工设备磨损加剧、维护频次增多，掘进效率大幅下降；涌水与地质突变的双重作用引发顶板离层下沉，安全风险陡增。为保障施工安全，该井筒表土段砌碹支护长度由原设计400m增至562m，虽最终安全精准通过该施工段，但已实际变更原支护设计，增加了施工工序与支护工程量。

断层、陷落柱等构造是井巷掘进的硬性障碍，尤其是落差较大的正断层、规模较大的陷落柱，其破碎带岩性松散、岩体稳定性极差，易引发巷道坍塌、冒顶等安全事故，甚至导致施工停工整改。玻璃沟矿井副立井井底车场U型绕道掘进工作面，施工推进中遭遇落差20m的陷落柱，其破碎带岩体无稳定结构，为防止冒顶事故发生，工作面被迫停工处理；后续虽采取刚性钢棚架设+混凝土浇筑联合支护的方式强行通过该段巷道，但不仅额外增加了支护材料、人工等成本，还造成掘进工期延误，直接影响井巷开拓整体进度。

（二）断裂构造导致突水通道发育

断裂构造是地下水运移的优势通道，其空间展布特征直接影响矿井突水危险性的分布格局。统计数据表明，85%以上的矿井特大突水事故与断层活动有关，突水量从几十立方米每小时到上千立方米每小时不等。断裂构造作为玻璃沟矿井建设的核心地质风险源，其对工程建设的影响并非单一的地质构造障碍，更体现在与水文条件耦合形成的叠加风险。玻璃沟矿井相邻唐家会煤矿2014年5月28日建设期井筒掘进的突水事故，以及国家能源集团新街一井2025年12月井筒冻结施工掘进至600多米深度后的突水淹井事故，更是直接印证了此类耦合风险对矿井建设的致命性影响。玻璃沟矿井区域内的断裂构造同样具备地下水运移优势通道的特征，建设期井筒掘砌、巷道开拓等核心工序均面临与唐家会煤矿同类的风险挑战：井筒施工过程中若揭露未探明断层，极可能导通奥灰水等强含水层，引发突水事故，初期突水量若达到唐家会煤矿500m³/h的级别，将快速造成井筒施工区域被淹，施工设备、设施受损，直接导致井筒掘砌工序全面停滞；同时，断层破碎带岩体本身稳定性差，遇水后会进一步软化崩解，不仅大幅提升井筒支护的技术难度，还易引发顶板离层、垮塌等次生事故，形成突水+围岩失稳的双重安全隐患，大幅增加现场施工管控的复杂性。此外，若建设期发生此类突水事故，玻璃沟矿井将面临与唐家会煤矿一致的经济与工期损失，不仅需要投入巨额资金开展治水排水、断层注浆封堵、井筒巷道修复等工作，还会因施工停滞、工序返工造成井筒掘砌工期大幅延误，进而影响后续巷道开拓、井底车场施工等整体建设进度，甚至打乱矿井建设的整体工期规划。更为关键的是，玻璃沟矿井建设期的地质勘探存在一定的未知性，部分隐伏断层难以被全面探明，此类未探明断裂构造的随机出现，会让井筒、大巷等关键工程的施工始终处于水害与构造耦合的风险之下，对矿井建设阶段的地质超前探查、水害超前治理、现场应急处置等各环节均提出了极高的要求，若防控措施不到位，其引发的事故后果与损失将远超单纯的地质构造或水文水害风险。

（三）褶皱构造的影响

褶皱构造对巷道布置影响显著。在褶皱构造区域,煤层的产状发生变化,巷道的走向需根据煤层的起伏调整。如果巷道沿着向斜构造布置,由于向斜轴部岩层受挤压,岩石较为破碎,地应力集中,就要求在巷道支护方面采取更严格的措施。同时,向斜构造中的煤层可能会因为挤压而增厚,对巷道的高度和宽度设计有一定影响,需预留足够的空间保证开采设备的运行和煤炭的运输。在背斜构造区域,顶部岩层受张力作用易破碎,巷道掘进过程中易发生顶板冒落事故。在背斜构造区域布置巷道时,需加强顶板的监测和支护,提前采取加固措施防止顶板事故发生。褶皱构造的存在还会影响巷道的坡度,使巷道在褶皱的不同部位有不同的坡度设计,以保证运输系统顺畅运行,避免煤炭和设备在运输过程中出现卡顿或下滑等问题。

四、玻璃沟矿井地质构造变化的防范策略

（一）强化前期勘察，精准预判构造变化

精准的地质勘察是预判构造变化的基础。首先，采用综合勘察技术提升勘察精度，结合玻璃沟矿井开工建设前于2021年做的三维地震勘探、钻探、物探等多种手段，对矿井井田范围内的地质构造进行全面探测，重点查明断层、褶皱的分布位置、规模与性质。针对深部构造探测难度大的问题，采用高精度三维地震勘探技术，提升深部构造的识别能力。其次，建立勘察数据动态分析机制，将勘察数据与区域地质演化规律相结合，预测构造变化的可能区域与特征。在矿井建设过程中，开展补充勘察工作，及时更新地质资料，为施工方案调整提供依据。玻璃沟矿井可在井田二盘区中部构造强烈区域加密勘探钻孔，提高构造探测的精准度，降低施工风险。

（二）优化施工方案与工艺

1.井巷掘进方案动态调整。2025年11月，玻璃沟矿井已全面转入井底车场巷道施工，巷道施工前基于超前探测获取的地质构造信息，及时对井巷掘进方案进行动态调整。例如，2026年1月，在回风立井井底南侧绕道施工时，探测最初发现前方钻孔漏水，怀疑存在小断层，提前采取短掘短支，稍微调整巷道片口，绕避断层破碎带；若无法绕避，则优化掘进参数，采用分步掘进、短掘短支的施工工艺，降低掘进过程中的安全风险。实际掘进至巷道中部时，才清晰判断出属于陷落柱侵入，立即停止掘进，设置警戒，加强安全管理，采取钢棚+锚网索复合支护形式，保证巷道后期顶板稳定不下沉。对于褶皱构造区域，根据煤层赋存形态调整掘进坡度，确保掘进效率与安全。

2.差异化施工工艺应用。针对不同类型地质构造区域，采用差异化的施工工艺。在断层破碎带区域，采用“超前注浆加固+分步掘进+及时支护”的施工工艺，先通过注浆加固破碎带岩石，提高围岩稳定性，再进行分步掘进，每掘进一段距离立即进行支护；在节理发育区域，加强顶板管理，采用密集锚杆支护，防止顶板片帮。

（三）强化施工过程管理与技术创新

1.推行信息化施工：将地质监测数据、设计图纸与施工进度实时关联，实现动态设计、动态施工。2.提高施工队伍素质：加强一线作业人员对地质构造识别、风险预判和应急处置能力的培训。3.研发应用新技术：鼓励采用超前预注浆加固破碎围岩、机械式快速掘进装备、智能化支护机器人等新技术、新工艺，提升在复杂地质条件下的施工能力与安全水平。

五、结语

综上所述，玻璃沟矿井的地质构造变化是影响其建设安全、效率与经济效益的关键地质因素。构造变化通过诱发围岩失稳、改变水文与瓦斯条件等方式，对井巷工程、采区布置及整体建设构成多重挑战。应对这些挑战，单一技术或管理措施难以奏效，必须构建一套贯穿于建设全过程的、集“精细勘查-动态监测-优化设计-科学施工-有效管理”于一体的综合性防范体系。建设过程中，根据井下巷道实际情况可进一步深化研究：一是结合人工智能技术，构建地质构造变化智能预测模型，提升构造变化预判的精准度与时效性；二是研发适应复杂构造条件的新型支护材料与施工工艺，进一步提升井巷工程的稳定性与施工效率；三是建立地质构造变化影响的量化评估体系，实现工程造价与进度的精准管控。通过持续深化研究，为玻璃沟矿井及同类复杂地质条件煤矿的高效建设提供更有力的技术支撑。

参考文献

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