煤礦地質(zhì)構(gòu)造特征及發(fā)育規(guī)律研究

李 婧

（山西焦煤西山煤電屯蘭礦地測防治水科，山西 古交 030200）

我國煤炭資源分布地域廣泛，煤礦所處地質(zhì)條件復(fù)雜，繼而對工作面綜采或普采技術(shù)提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。為保證綜采工作面生產(chǎn)的安全性和高效性，提前掌握綜采工作面的地質(zhì)條件并對其發(fā)育規(guī)律進行預(yù)測，可為煤礦綜采工作面的機械化開采工藝和支護方案的設(shè)計提供扎實的基礎(chǔ)[1]。本文著重對煤礦地質(zhì)構(gòu)造特征分析的基礎(chǔ)上對其地質(zhì)發(fā)育規(guī)律進行預(yù)測研究。

1 工程概況

某煤礦所屬地區(qū)的氣候類型為大陸性半干旱氣候，該地區(qū)一年四季分明、氣候溫和。某煤礦的地層為石炭二疊系，共包含有三個煤層。其中，1號煤層為不可采煤層；2號煤層僅有部分可采；3號煤層全部為可采煤層。目前，某煤礦采用斜井開采方式，共含有6個斜井，主要開采3號煤層，其余煤層由于奧灰水的威脅導(dǎo)致無法開采。本文著重對3號煤層工作面進行研究，3號煤層工作面采用傾斜長壁和走向長壁開采方法，采用U型通風(fēng)系統(tǒng)進行通風(fēng)；底板管理辦法為全部垮落式頂板管理[2]。此外，鑒于某煤礦為高瓦斯礦井，蔡勇分區(qū)、抽出式通風(fēng)方式。

該煤礦所屬地質(zhì)為NE走向單斜構(gòu)造。經(jīng)探測可知：該煤礦南部構(gòu)造相對復(fù)雜，而東部、西部以及北部的構(gòu)造相對較弱。具體表現(xiàn)為：礦井北部為擠壓構(gòu)造；南部為拉伸構(gòu)造。該煤礦構(gòu)造帶結(jié)構(gòu)如圖1所示。

如圖1所示，該煤礦的拉張性構(gòu)造遍布整個煤礦，并主要集中于煤礦的南部，而且該礦南部的地質(zhì)發(fā)育規(guī)律相對復(fù)雜，從北到南其對應(yīng)的發(fā)育規(guī)律逐漸減弱。此外，煤礦的擠壓性構(gòu)造主要表現(xiàn)在煤礦的東南部；且在煤礦南部主要為斷層構(gòu)造，褶皺構(gòu)造的范圍較??；北部主要為褶皺構(gòu)造，斷層發(fā)育的范圍較小[3]。

圖1 煤礦構(gòu)造帶結(jié)構(gòu)示意圖

2 煤礦地質(zhì)構(gòu)造特征及發(fā)育規(guī)律研究

2.1 煤礦斷層構(gòu)造及發(fā)育規(guī)律研究

該煤礦所處地形受周圍山脈的引張作用，該煤礦的斷層構(gòu)造共可分為19個斷層。

2.1.1 正斷層構(gòu)造分析

F1正斷層的主要巖性為奧陶系灰?guī)r，斷層走向為由北向東，所呈現(xiàn)的平均較大巍峨誒65°；F2正斷層的走向為東北向西南方向，斷層平均傾角為55°；F3正斷層的走向南北方向，斷層平均傾角為6°，而且F3正斷層的南部與F1正斷層相交；F4正斷層以NEE-SWW，斷層傾角在50°以上；F6斷層的走向與F4相似，斷層的主要傾角方向為東南，平均傾角為45°；F7正斷層的傾向為SEE，其南部與F1正斷層相交；F12正斷層傾向為SE，平均傾角為60°，其東北部與F1正斷面相接觸，屬于礦井煤層的自然邊界；F14正斷層的傾向為SEE，平均傾角為60°，其西南部與F12正斷層相接觸；F17正斷層為斜交兼平移的斷層構(gòu)造，該斷層構(gòu)造所屬煤層尚未被開采；F18正斷層的走向為SEE，傾角范圍為45°-50°，該斷層構(gòu)造的最大斷距為160 m，并且越往西北方向其斷距越小；F19正斷層的傾向為SE，傾角范圍為75°-80°，該斷層構(gòu)造的最大斷距為100 m，并靠近東北部的斷距逐漸消失；F21正斷層走向為SN，傾向為W-NW，斷層構(gòu)造的最小傾角為60°，最大斷距為30 m，該斷層構(gòu)造的南部與F12正斷層相接觸；F22正斷層的傾向為W，傾角為75°，該斷層構(gòu)造的斷距為20 m。

2.1.2 逆斷層構(gòu)造分析

F5逆斷層綿延至4.5 km，該斷層的走向為東北到西南，平均傾角為20°～45°，該斷層構(gòu)造在垂直方向的最大斷距為50 m，在傾斜方向的最大斷距為180 m，最小斷距為60 m。F8逆斷層從東北方向朝著西南方向發(fā)展，且斷層最小傾角為50°，該斷層構(gòu)造的兩端均與F1正斷層相接觸。F10逆斷層與F8逆斷層處于相互平行的狀態(tài)，該斷層構(gòu)造的兩端份分別與F2正斷層相接觸。F11逆斷層綿延約1.5 km，傾向為東南至西北方向，該斷層構(gòu)造的平均傾角為40°；F15逆斷層為單一傾向的東南方向的構(gòu)造，該斷層構(gòu)造在垂直方向上的最大斷距為30 m，最小斷距為25 m。F16逆斷層的傾向朝東，平均斷距約10 m。

綜合分析，該煤礦3號煤層斷層落差及傾角的統(tǒng)計結(jié)果如表1、表2所示。

表1 3號煤層斷層落差統(tǒng)計結(jié)果

表2 3號煤層斷層傾角統(tǒng)計結(jié)果

2.2 煤礦褶皺特征及發(fā)育規(guī)律

經(jīng)現(xiàn)場勘測可知，3號煤層中發(fā)育褶皺構(gòu)造的條數(shù)為14條，具體特征如下：

煤礦地質(zhì)褶皺兩側(cè)的形狀相對平緩，且褶皺兩側(cè)煤層或者巖層的平均最大傾角為8°，平均最小傾角為2.5°，且在可開采的3號煤層中褶皺的類別為開闊平緩的類型[4]。煤礦褶皺的曲軸面大部分直立，褶皺兩側(cè)為相互對稱的結(jié)構(gòu)，主要呈現(xiàn)為傾伏背和向斜[5]。褶皺軸的長度為400～3500 mm，寬度為350～1550 mm。

煤礦褶皺的走向為東北方向，不同走向褶皺的條數(shù)及所占比例如表3所示。

表3 3號煤層褶皺統(tǒng)計

此外，3號煤層中褶皺的最大幅度為20 m，絕大多數(shù)褶皺屬于寬緩小褶皺且幅度范圍為5～10 m。而且，絕大多數(shù)向斜褶皺的樞紐為直線，僅有一小部分的褶皺在其端部出現(xiàn)局部的弧形。傾伏短軸背向斜構(gòu)造褶皺的條數(shù)約為10條，主要以NW走向方向為主；該類型褶皺構(gòu)造的長度范圍為500～3000 mm，寬度范圍為100～350 mm，最大褶皺幅度為18 m，最小褶皺幅度僅為3 m。

該煤礦褶皺構(gòu)造對工作面回采巷道的影響較大，容易導(dǎo)致在工作面的向斜地段產(chǎn)生積水；并且褶皺構(gòu)造導(dǎo)致在采掘過程中出現(xiàn)巖石破碎的現(xiàn)象，從而降低工作面開采和掘進效率。

3 結(jié)論

煤礦生產(chǎn)效率和安全性在一定情況下受制于煤礦所處地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造特征。為保證綜采工作面開采和掘進的效率和安全性需掌握其所在地的地質(zhì)構(gòu)造特征和發(fā)育規(guī)律，為采煤工藝及支護方案的設(shè)計提供依據(jù)。本文以某煤礦為例，分析其地質(zhì)構(gòu)造特征和發(fā)育規(guī)律：

1）詳細掌握某煤礦斷層落差、傾角等情況。

2）對某煤礦褶皺構(gòu)造的特征進行分析，為該煤礦工作面采煤的支護管理和排水系統(tǒng)的設(shè)計提供依據(jù)。