口前煤礦地質(zhì)構(gòu)造綜合研究

劉宏偉

（山西朔州山陰蘭花口前煤業(yè)有限公司，山西 朔州 036900）

山西朔州山陰蘭花口前煤礦有限公司井田位于山陰縣城北西方向25 km處的玉井鎮(zhèn)口前村北，井田面積4.301 4 km2。設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模為90萬t/年，目前正開采4+9號煤層。原有的地質(zhì)勘探報告顯示，井田的地質(zhì)構(gòu)造為簡單，但是隨著井田的開拓以及煤層的采空，小的地質(zhì)構(gòu)造陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)構(gòu)造開始對礦井的安全生產(chǎn)產(chǎn)生不利影響，對采煤工作面的開拓形成制約，在礦井機械化程度越高的地方這種制約越明顯[1]。因此，在這種情況下，對口前煤礦地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育規(guī)律進行綜合研究，對于提高礦井經(jīng)濟效益，保證礦井高效、安全生產(chǎn)有著重大的意義[1-3]。

1 口前煤礦地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域構(gòu)造

井田位于大同煤田的南部邊緣，大同向斜的東翼，其西為洪濤山背斜，南為玉井南—黃花梁次級緯向構(gòu)造帶，東為口泉沖斷裂帶南段—偏嶺斷裂帶[4]。大同煤田位于天山—陰山緯向構(gòu)造帶的南側(cè)，西鄰呂梁徑向構(gòu)造帶的西石山脈，東與大同盆地接壤，南與寧武煤田相鄰[4]。以太古界集寧群片麻巖作為煤田的基底，其上沉積的是寒武系、奧陶系灰?guī)r，在奧陶系灰?guī)r風化剝蝕面之上沉積了石炭系、二疊系含煤巖系。二疊紀后的印支運動，使其缺失三疊系的沉積。中侏羅晚期，本井田內(nèi)和其他地區(qū)一樣發(fā)生了規(guī)模巨大的構(gòu)造運動——燕山運動[4]，致使煤田東南緣地層發(fā)生褶曲、直立和倒轉(zhuǎn)，形成了口泉山脈的雛形，這是區(qū)內(nèi)規(guī)模最大的一次構(gòu)造運動[4]。

第三紀喜山運動，本區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場發(fā)生了重大變化。主要受右旋剪切拉張作用，使得煤田東緣的口泉斷裂，由壓性轉(zhuǎn)為張性，逆掩斷層的一部分被利用和改造成正斷層，在煤田東側(cè)形成大同盆地[4]。大同煤田主要構(gòu)造形跡有：侏羅紀末期燕山運動形成的大同向斜及東南緣逆斷層，逆掩斷層和喜山期形成的口泉山前斷裂。大同向斜在煤田中部NE向，至煤田東北部則呈NW向。區(qū)內(nèi)巖漿巖呈巖墻侵入體形勢存在[4]。

1.2 含煤地層

井田內(nèi)含煤地層為二疊系下統(tǒng)山西組和石炭系上統(tǒng)太原組。其中山西組地層平均厚度為55.51 m，含山-1號煤層，為極不穩(wěn)定的零星可采煤層，煤層平均厚度為1.14 m，含煤系數(shù)為2.05%。太原組地層平均厚度為88.39 m，含煤6層，自上而下為3、4、9（4+9）、10、11、12號煤層，含煤平均厚為22.42 m，含煤系數(shù)為25.36%。其中10、12號煤層不穩(wěn)定不可采；3號煤層為不穩(wěn)定局部可采煤層；4、9（4+9）和11號煤層為穩(wěn)定的全區(qū)可采煤層，可采煤層厚度平均為21.80 m，可采含煤系數(shù)為24.66%。

2 井田構(gòu)造

本井田地質(zhì)構(gòu)造總體為寬緩的背斜向斜相間的褶曲構(gòu)造，地層平緩，地層傾角為2°~18°，一般為9°左右（見下頁圖1）。現(xiàn)將褶曲描述如下：

圖1 口前井田構(gòu)造綱要圖

2.1 褶曲

2.1.1 S1向斜

位于井田西北角，向斜軸向為北西向，兩翼地層平緩，傾角為6°~10°，兩翼對稱。井田內(nèi)延伸長度約為700 m。

2.1.2 S2背斜位于井田西北部，S1向斜以南，背斜軸向為北東南西向，兩翼不對稱。西翼地層傾角一般為7°~11°，東翼地層傾角一般為2°~16°，井田內(nèi)延伸長度約為1 200m。

2.1.3 S3向斜

位于井田中部，向斜軸向為北東南西向，兩翼地層較陡，傾角一般為10°~18°，兩翼對稱。井田內(nèi)延伸長度約為1 850 m。

2.1.4 S4背斜

位于井田東南部，向斜軸向大致呈南北向，兩翼地層平緩，傾角一般為4°~12°，兩翼對稱。井田內(nèi)延伸長度約為1 450 m。

2.2 斷層

井田西北部物探勘查中解釋有一條斷層（DF1），礦井基建井下采掘過程中發(fā)現(xiàn)兩條斷層（F1、F2），均為正斷層。

DF1：位于井田西北部，走向北東，傾向東南，傾角為65°，最大落差為20 m，井田內(nèi)延伸長度約330 m。

F1：位于井田的主井工業(yè)廣場部位，走向北東，傾向北西，傾角為20°，最大落差為9.7 m，井田內(nèi)延伸長度約為150 m。

F2：采區(qū)軌道巷鉆孔揭露，走向北東，傾向北西，傾角為49°，最大落差為24 m。

2.3 陷落柱

井田勘探和基建井下采掘過程中共揭露陷落柱6個，其中4401工作面掘進時揭露陷落柱3個。6個陷落柱的平面形態(tài)各異，有橢圓形、圓形，其長短軸直徑大小懸殊，最大為450 m，最小為25 m，相差10倍之多。陷落柱在垂面上多呈倒錐體形態(tài)出現(xiàn)，陷落角一般為70°左右。從巷道所見陷落柱柱體內(nèi)巖性雜亂，排列無序。巖性以上方10～20 m左右的巖性為主，柱體內(nèi)的巖塊大小不一，巖塊之間多為泥質(zhì)充填，膠結(jié)較為緊密，時有滑痕。掘進至陷落柱位置時無水或有少量涌水，隨著時間的推移，涌水量越來越小，直至停止，不導水?？碧郊熬虏删蚪衣断萋渲卣髑闆r見下表1。

表1 口前煤礦陷落柱特征一覽表

2.4 巖漿巖

根據(jù)區(qū)域資料及井田目前開拓資料，井田內(nèi)無巖漿巖侵入。

3 構(gòu)造對煤層開采的影響程度

3.1 褶曲對煤層開采的影響

褶皺發(fā)育的煤系地層會增大工作面回采難度。褶曲會使煤層起伏發(fā)生較大變化，工作面垂直褶曲推進時會出現(xiàn)仰采和俯采交替的狀況，這也會增大回采的難度。褶曲的軸部會出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象，易發(fā)生沖擊事故。

根據(jù)目前掌握的生產(chǎn)資料來說，口前煤礦井田4個短軸向、背斜構(gòu)造不影響整個井田采區(qū)的合理劃分和采煤工作面的連續(xù)推進。

3.2 斷層對煤層的破壞情況

其中落差在20 m的斷層對綜采造成的不利影響較大，同時對安全生產(chǎn)也有著極為不利的影響。通常斷層面附近的頂板易破碎，從而導致冒頂、片幫事故；導水斷層容易將含水層中水與煤層連通，造成水害事故；斷層帶可能造成瓦斯聚集，若通風管理不善容易發(fā)生瓦斯事故。

3.3 陷落柱對煤層開采的影響

井田目前揭露的陷落柱大部分不導水，或者微弱導水，但是不排除有導水陷落柱。井巷揭露陷落柱后，需要采取有效的避讓措施，否則也會影響生產(chǎn)。因此，應(yīng)當加強陷落柱發(fā)育規(guī)律的統(tǒng)計研究，對照深部及前部地層及構(gòu)造關(guān)系，及時進行預判。同時加強對三維地震資料的分析解譯工作，對照現(xiàn)有陷落柱進行對比分析，有條件時做一刻度標定，以期提前預測未開拓井巷的陷落柱發(fā)育情況，并指導井巷布置及煤層開采工作。

3.4 巖漿侵對煤層與煤質(zhì)的影響情況

本煤礦無巖漿侵入體，因此，對采區(qū)合理劃分和采煤工作面的連續(xù)推進不存在影響，也不存在對煤層與煤質(zhì)的影響。

4 結(jié)論

本井田地質(zhì)構(gòu)造總體為寬緩的背斜向斜相間的褶曲構(gòu)造，地層平緩，地層傾角為2°~18°，一般為9°左右。在此基礎(chǔ)上發(fā)育有4個緩傾斜的向、背斜構(gòu)造和6個陷落柱，發(fā)現(xiàn)3條斷層，含煤地層沿走向、傾向的產(chǎn)狀變化不大，不受巖漿巖的影響。本井田緩傾斜的向、背斜構(gòu)造和小型斷層對采區(qū)的合理劃分和采煤工作面的連續(xù)推進不存在明顯的影響。依據(jù)《煤礦地質(zhì)工作規(guī)定》（安監(jiān)總煤調(diào)[2013]135號）中煤礦構(gòu)造復雜程度的標準評定，將口前煤礦地質(zhì)構(gòu)造復雜程度劃分為簡單。