區域地質構造對山西礦區成煤的影響研究

梁曉波

（山西省煤炭工業廳煤炭資源地質局，山西 太原 030045）

1 山西的礦產資源分布

山西位于太行山之西，黃河以東。山西省地理坐標為北緯34°34′—40°43′，東經110°14′—114°33′，東西寬約290km，南北長約550km，全省總面積15.6萬km2。山西省工業以能源、冶金為主，輕工業相對薄弱，其礦產資源十分豐富，其中以煤、鋁土、鐵等為最。煤炭資源得天獨厚，分布在全省90多個縣（市、區）內。山西的煤炭資源整合后大概有1 000座。分別分布在西山煤田、大同煤田、沁水煤田、寧武煤田、霍西煤田、河東煤田。大同市境內礦產資源豐富，主要有煤炭、石灰石、高嶺土、耐火黏土、石墨等，現已探明的煤炭儲量為376億t。

2 區域地質構造及演化

大同市礦區地處東經112°53′—113°12′，北緯39°55′—40°08′，位于大同西南，距市區12.5km，轄區與大同市南郊區交叉，總面積約90km2，號稱百里礦區。全區地勢西高東低，大部分是高山和起伏較大的丘陵地區，境內主要山脈有七峰山、雞爪山、大鐘山、馬武山等；主要河流有口泉河、十里河，均為季節性河流［1］。

從歷史的角度來看，自三疊紀初期開始，一直到侏羅紀晚期，大同市礦區內的構造發生了三次較大的地質構造運動。近些年來，大同礦區所處的地質環境比較動蕩。

3 區域地質構造對山西成煤的影響

通常區域地質構造對成煤的影響主要表現為煤層出露形態、賦存狀況、煤質及煤變質作用、礦井地質構造等方面，下文將分別對其進行詳細闡述。

3.1 區域地質構造對煤層出露形態的控制

山西礦區的煤層遵循由東南向西南再到東南的變化過程，油區域地質構造決定的煤層走向和周圍的山體走向是基本相似的，煤層出露形狀在俯視圖上可以清晰地觀察到為反向的S型，并且彎曲的地方曲率較大，整個行跡線較為圓潤舒緩，沒有過于急促的拐彎處。

3.2 區域地質構造對煤層賦存狀況的影響

3.2.1 斷層構造對煤層賦存的影響

斷層作為一種地質構造，很大程度影響了煤層的完整性以及煤層封閉水平，使得煤巖特性發生較大改變，曾有數據表明，斷裂對煤層賦存影響深遠。通常，如果斷層為壓性的，那么斷層面具有封閉性的特點，這樣自發的會在斷層帶周圍產生應力集中帶，由此使成煤的賦存增加。然而，張性斷層則擁有開放性極強的特點，斷層周邊受應力將減少，從而在周邊會形成壓力小的低壓區，這樣由于煤礦取出后，所受的應力得到釋放，從而成為低壓區。根據不完全統計，在山西礦區內以正斷層為主。正斷層是上盤相對下盤向下運動的傾向滑動斷層，對于突發事故有較強的適應性，因為其擁有優良的面對緊急情形的適應性。與此同時，斷層構造還可以作為通風口，可以避免瓦斯等造成人員傷亡。斷層落差等于上盤下降幅度與下盤下降幅度的差值，山西大部分區域的斷層落差基本在10m以內。

3.2.2 褶皺對煤層賦存的影響

褶皺所在位置和尺寸都會影響煤層賦存，不同的褶曲部位煤層賦存有很大區別。褶皺一方面使得煤層得到抬升，使煤層所受的靜壓力變小，煤層氣更容易解吸。其中當地質構造傾斜度較大，且頂部呈壓性閉合時，對于煤層賦存有積極作用。

另一方面褶皺存在于局部區域，尤其是在背斜、向斜軸等部位發育，增加煤層滲透率，從而更方便煤層氣的解吸。如果煤層埋深很小，該背斜軸部是不利于煤層賦存的。但如果裂隙過度發育會使煤層氣大量逸散，不利于儲存。

3.3 區域地質構造對煤質及煤變質的影響

就山西整體的成煤情況來看，南部較北部更加有利，北部的地勢相比南部更高，所以南部的煤質相比北部更佳，但是也更容易變質。山西省的煤炭種類繁多，幾乎囊括我國目前所擁有的所有煤炭種類，并且有較高的品質保證。其中褐煤和長焰煤屬于不易變質的煤類，而貧煤和無煙煤屬于高變質，這些煤類的分布遵循從北往南變質程度逐漸提高的規律。大同煤田屬于山西北部，主要產出粘結性較弱的煤，這種煤多用于動力，不僅可以用以發電或者燃燒，也可以作為機車動力。而焦煤則主要分布在中南部［2］。

3.4 區域地質構造對礦區構造分區的影響

山西礦區中有大量處于橫縱構造帶的交叉處，該區域對于成煤有重要意義，具有特殊的位置特點，正因這些橫縱構造帶交叉處的存在，使得整個礦區的東西部呈現出較大的差異，區域地質構造有很大差別，構造分區很清晰。西部相比東部擁有更加復雜的地質構造，出現了更多的斷裂和褶皺區域，然而東部的地層多為單斜狀的，地層構造比較清晰明了，但是二者的展布方向也不盡相同，東部多為東西走向，西部則多為自東北向西南的走向。西部由于褶皺較少，所以對采煤的影響不大。

3.5 區域地質構造對煤層開采技術條件的影響

根據不同的區域地質構造通常會決定不同的開采技術條件，限制采煤效率，為了最大程度增加安全性，開采技術的選擇需要有較多的實踐經驗，該過程呈現出一定的規律性。

首先要考慮的是瓦斯情況。由于山西礦區的成煤環境有較長歷史，所以大部分礦區都遭受過多次高強度的沖刷，這樣就使得煤的性質不佳，而且蓋層的條件較差，這就使得礦井內的瓦斯含量很低，盡管不少礦區經歷了多次延伸，但是瓦斯含量始終處于較低的水平。礦井瓦斯在南部的含量雖然很低，但是北部含量明顯高得多，在高瓦斯礦井內工作時，應當格外注意瓦斯突出危險。

其次是頂底板情況，頂底板指的是煤層中位于煤層上下一定距離內的巖層，根據煤層向上，可以將頂板分為偽頂、直接頂和老頂三個部分，其中老頂是最基本的頂，按來壓強度可以分為四個等級。但是并不是所有煤層的頂底板均由上述三部分形成，比如山西大同等地的侏羅紀煤層的頂板僅僅發現了老頂。山西各區域的地質構造為西部底板強度高，東部的底板多是細碎屑巖，強度相比低得多，從而更加容易發生塌陷，因此在采煤過程中要對底板強度較低的區域采取相應措施。

然后是煤層傾角，大同煤田的早侏羅紀煤層、沁水煤田等均埋藏淺、傾角平緩，地下開采條件良好，并且開采當地的地質條件簡單。

最后是自然發火情況，雖然山西礦區斷層少、煤層傾角小，開采條件優良，但偶有自然發火情況，目前山西礦區煤層的開發工作僅僅在較淺的部位，這樣使得頂板管理更方便，煤層自然發火控制更加自如，這些問題在開采早侏羅紀煤層時并未遇到，說明開采難度有較大提升。

4 結語

為了提高采煤效率并且保證開采過程中的安全問題，就必須深入了解區域地質構造對山西礦區成煤的影響因素，由此根據不同的煤層賦存狀況、煤層出露形態、煤質及煤變質作用等從根本上對采煤予以有效控制。要把握“北貧南富”的煤性規律、“北高南低”的地勢特點、“北雜南純”的煤質特點、“北斷東連”的礦井地質構造，并以此為依據展開地質的預測工作，指導實踐，避免盲目的煤炭開采，削減不必要的資金投入。

［1］ 賈亞會，鹿愛莉，田會禮，等.山西沁水盆地煤層氣有利開采區塊研究［J］.中國礦業，2012（3）：38－41.

［2］ 張璐.山西潞安礦區典型井田地質構造與煤系地層特征分析［J］.科技信息，2013（2）：441；443.