陽煤五礦褶皺和撓曲構造對煤層開采的影響

陽煤五礦褶皺和撓曲構造對煤層開采的影響

王晉生

(陽泉煤業(集團)有限責任公司 五礦，山西 陽泉 045000)

[摘要]以陽煤集團五礦15號煤層為目的層，總結研究了15號煤層褶皺和撓曲構造形態展布和分布規律，進一步探討了褶皺和撓曲構造對礦井15號煤層開采的影響。研究表明：采區內共揭露發育有褶曲26條，撓曲12個，褶曲在整個研究區均有分布，井田內地層形態變化較大，廣泛發育有短軸褶皺以及撓曲和少量緊密槽皺；褶曲構造的發育給主要運輸巷和采區上山等巖石巷道的布置帶來很大困難，影響井巷施工進度，增大煤層開采難度，并給頂板管理帶來很大困難，同時，在帶壓區附近開采時應預防突水事故的可能性。向斜、背斜軸部及其附近有利于瓦斯聚集易于發生瓦斯事故。

[關鍵詞]褶皺；撓曲；展布規律；煤層開采

[中圖分類號]TD166[文獻標識碼]B

[收稿日期]2014-05-13

DOI[]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.01.006

[作者簡介]王晉生(1976-)，男，山西陽泉人，工程師，陽泉煤業(集團)有限責任公司五礦通風副總工程師，從事煤礦通風工作。

Influence of Fold and Bend Tectonic on Coal Mining in Yangmei 5thMine

[引用格式]王晉生.陽煤五礦褶皺和撓曲構造對煤層開采的影響[J].煤礦開采，2015，20(1)：20-22.

隨著綜采技術工藝的普及和開采設備更新，礦井生產對地質構造的查明程度也提出了更高要求[1-5]。因此，研究礦井地質構造是一項貫穿于煤田地質勘查、礦井建設和煤礦開采等各個階段的地質任務。為了對陽泉煤業(集團)有限責任公司五礦的煤炭資源進行合理、有效地開采，研究了陽煤五礦礦井褶皺和撓曲構造的形態展布和分布規律，進一步探討了褶皺和撓曲構造對礦井15號煤層開采的影響，其研究結果對于煤礦安全生產有著十分重要的意義。

1研究區概況

陽煤五礦井田構造具有規律的間隔條帶，大致北東向，雁形排列的特征。受區域構造控制，發育北北東及北東向有較平緩的褶皺群和層間小斷層(圖1)。井田呈北西南東向延伸，總面積約82.53km2。現有2個生產礦井，主井開采深度是由+800m～+230m標高，貴石溝礦井煤炭生產能力6.8Mt/a，五林井煤炭生產能力0.9Mt/a[6-8]。

1—一級構造邊界；2—二級構造邊界；3—三級構造邊界； 4—新生代盆地邊界；5—省界；I—呂梁—太行斷塊； I 1—太行山塊隆；I 2—沁水塊坳；I 2-1—盂縣坳緣翹起帶；I 2-2一娘 子關—坪頭坳緣翹起帶；I 2-3—沾尚一武鄉—陽城北北東向褶帶； I 2-4—普洞—來遠北東東向褶斷帶；I 2-5—太岳山坳緣翹起帶； I 2-6—郭道—安澤近南北向褶帶；I 2-7—析城山坳緣 翹起帶；Ⅰ 3—呂粱塊隆；Ⅱ—鄂爾多斯斷塊； Ⅲ—豫皖斷塊；a—長治新裂陷；b—大原新裂陷；c—臨汾新裂陷 圖1　沁水盆地區域構造單元劃分示意

本區主要可采煤層共3層，分別為二疊系山西組3號煤層、石炭系太原組9號煤層和15號煤層，目前，五礦開采15號煤層。本井田位于娘子關泉域南部，屬于娘子關泉域水文地質單元。娘子關泉群流量10.2～15.8m3/s，平均12.85m3/s，是全排泄型的水文地質單元[9-13]。

2褶皺和撓曲構造分布規律

五礦生產采區共揭露褶曲26條，褶曲在整個研究區均有分布，東北部褶曲出現頻率較少(圖2)。據統計，研究區褶皺構造的軸向主要有5組，即NE向(30～50°)、NNE向(10～30°)、NEE向(50～80°)，其次還有近SN向和NW向(120～150°)。軸向為NE和NNE方向的褶皺構造最發育，軸向為NEE和近SN向的褶皺構造發育程度次之，個別褶曲走向為NW向，褶曲軸向出現頻率的對比情況如圖3所示。

圖2　五礦井田褶曲構造分布

圖3　五礦井田褶皺構造軸向出現頻率對比

本區褶皺構造中有背斜14條，向斜12條，背斜、向斜常呈等間距分布，間距長度800～1000m，并大體呈雁行狀排列。在背向斜兩翼及疊合部廣泛發育有各類短軸背向斜構造，長度466.92～4109.56m，一般1000～3000m，長度1500～2000m和2500～3000m出現的概率最大。個別背向斜一翼局部煤巖層坡度增大到20～30°，甚至達70°，呈現撓曲形態，撓曲幅度一般3～5m，延伸長100～200m左右。

井田內地層形態變化較大，廣泛發育有短軸褶皺以及撓曲和少量緊密槽皺。由于地層較為平緩，2個短軸褶曲之間往往形成1個鞍部。褶皺兩翼傾角一般在14°以下，少量較為緊密，可達26°以上。在15號煤層中廣泛發育有撓曲，撓曲帶傾角可達50～70°。例如四采區8403工作面揭露在三維地震勘探中解釋為斷裂構造的撓曲帶，撓幅接近20m，造成工作面回采中長期在割頂板、底板，生產進度緩慢，給通風瓦斯治理工作也帶來了壓力。

撓曲是在水平或平緩的巖層中，由一般巖層突然變陡而表現出的膝狀彎曲，或是由于巖層翹曲或其他和緩變形所形成的彎曲均稱。目前，在15號煤層掘進中揭露的撓曲構造有12個(圖4)。

圖4　五礦井田15煤層撓曲構造分布

3褶皺和撓曲對礦井15號煤層開采的影響

本區褶曲構造較為發育，給15號煤層開采帶來的負面影響和防治措施主要有：

(1)向背斜軸部應力相對集中，特別是向背斜軸部轉折端裂隙相對較發育，有利于地下水的富集。同時采空區積水在適宜條件下匯集于向斜軸部。生產中掘進至向斜軸部，會有淋水及涌水等現象。在褶曲向斜軸部，如X1，X2，…，X12向斜軸部，巷道低洼處和采空區內產生積水會有透水隱患，因此當15號煤層開采至X1，X2，…，X12等向斜軸部及其附近時，應預防透水事故發生。

當煤層開采至西部煤層埋深較深的地方時，由于煤層位于奧灰水水位以下，向背斜軸部富水性較強，此時開采為帶壓開采，當礦井揭露或通過帶壓開采區向背斜軸部附近時，奧灰含水層水就很有可能會直接或間接的涌入礦井。根據15號煤層底板標高與奧灰等水壓線可以推測得到帶壓開采線，該線以東為無壓區，該線以西為帶壓區。

根據帶壓開采線，就可以確定研究區礦井奧灰底板水害易發區，本區礦井水害易發區位于帶壓開采線的西部區域。對于不同采區而言，其奧灰底板水害易發區不同，如西北采區的奧灰底板水害易發區位于該采區的西南部，四采區的奧灰底板水害易發區位于該采區的西部和東南部，中央采區的奧灰底板水害易發區位于該采區的西南部，420水平采區的奧灰底板水害易發區位于該采區的西南部和西北部，其他采區發生奧灰底板水害的可能性不大。

由于B1，X1，X5西部、X6褶曲位于奧灰帶壓區，故當在B1，X1，X5西部、X6褶曲軸部及其附近開采15號煤層時，礦井水害發生的可能性最大，應重點預防。B3，X2，B9，B10，X8，B11等褶曲距奧灰帶壓區較近，故在這些褶曲軸部及其附近開采15號煤層時，應加強對奧灰水水位的動態觀測，掌握奧灰水位動態變化規律，注意和預防礦井水害的發生。

(2)由于在向斜、背斜軸部及其附近有利于瓦斯聚集易于發生瓦斯事故，故當15號煤層開采至X1，X2，…，X12等向斜軸部及其附近，和B1，B2，…，B14等背斜軸部及其附近時，應預防各種瓦斯事故的發生。由于西北采區、420水平采區、五林井采區褶曲數量相對較多，故在這3個采區內褶曲軸部開采時應加強預防瓦斯事故的發生。特別是在背向斜下層，即中和面以下開采15號煤層時，由于瓦斯更易聚集，故更應注意預防事故的發生。

瓦斯突出成為制約整個礦井安全生產的重要因素。瓦斯的富集和分布除了受煤層本身的性質影響外，最重要的就是受地質保存條件的限制，如褶皺和撓曲分布規律，建議今后做好瓦斯分布及富集規律研究。

(3)褶曲構造的發育會給主要運輸巷和采區上山等巖石巷道的布置帶來很大困難，影響井巷施工進度，增大煤層開采的難度，并給頂板管理帶來很大困難。在以后的開采過程中，需嚴格加強頂板管理工作，防止頂板事故的發生。

(4)井田內地層形態變化較大，廣泛發育有短軸褶皺以及撓曲和少量緊密槽皺。由于地層較為平緩，兩個短軸褶曲之間往往形成一個鞍部。由于撓曲構造均為開采中所揭露，在勘探階段均未查明或查清，因而給掘進和回采都帶來了很大困難，使綜采和綜掘機械的運用受到很大影響，大大地影響了掘進和回采進度，同樣也嚴重影響了煤炭產量和經濟效益。

由于地面鉆孔對礦井深部控制較少，而褶皺和撓曲對深部煤層影響又加大，所以必須加強井下鉆探工作。對地質情況不明了的地段，應優先安排井下鉆探來進一步探明煤層的賦存情況及構造分布情況，必要時安排一定量的巷探或地面鉆孔來控制煤層厚度、褶皺和撓曲的變化情況等，以免盲目進行采掘布置，造成井巷工程的無效進尺。

加強地面三維地震勘探，為煤層形態、構造及煤層結構變化趨勢等提供各項資料。三維地震勘探可以有效查明褶皺和撓曲賦存形態、斷裂發育情況，指導采區設計和工作面布置，為礦井生產提供可靠的地質依據。

4結論及建議

在系統分析研究區褶皺和撓曲構造的基礎上，通過地質編圖、統計分析，對五礦礦井褶皺和撓曲構造展布規律及褶皺和撓曲構造對15號煤層開采的影響進行了系統分析研究，取得了如下成果：

(1)褶曲在整個研究區均有分布，且廣泛發育有短軸褶皺以及撓曲和少量緊密槽皺。

(2)褶曲構造的發育給主要運輸巷和采區上山等巖石巷道的布置帶來很大困難，影響井巷施工進度，增大煤層開采的難度，并給頂板管理帶來很大困難，同時，在帶壓區附近開采時應預防突水事故的可能性；向斜、背斜軸部及其附近有利于瓦斯聚集易于發生瓦斯事故。

[參考文獻]

[1]杜志軍.煤炭資源的可持續發展與潔凈煤技術.中國科技信息，2006(3)：159.

[2]翟虎威，楊義勇，孫際青，等.陽泉煤業(集團)有限責任公司五礦生產礦井地質報告.山西省煤炭地質114勘查院，2009.

[3]李鋒.巖溶礦區陷落柱發育規律及防治技術的研究.山西煤炭，2012，32(2)：62-63.

[5]林建平.山西太古代—中生代構造應力場.現代地質，1991，5(4)：335-365.

[6]Cao Daiyong，Zhang Jielin，Guan yingbin，et al.Study on The Tectonic Stress Fields of Meso-Cenozonic By Finite-Element Simulation in LU-AN Mining Area Shanxi Province，China. Joural of China University of Mining & Technology，1995，5(1).

[7]任紀舜，陳延愚，牛寶貴，等.中國東部及鄰區大陸巖石圈的構造演化與成礦.北京：科學出版社，1990.

[8]馬玉鄂.長治盆地的形成及地殼穩定性評價.山西地質情報，1991(3).

[9]馬保起，曹代勇，關英斌，等.陽曲斷陷新構造特征及形成演化.地殼構造與地殼應力文集，1996(S1).

[10]劉建.沁水盆地和順區塊構造對煤儲層滲透性的影響.北京：中國礦業大學(北京)，2011.

[11]賀小黑.沁水盆地和順區塊煤層氣成藏富集規律研究.北京：中國礦業大學(北京)，2010.

[12]于紹波.斷層與煤礦安全生產的關系之管見.山東煤炭科技，1998(2)：54，56.

[13]胡文雄，黃香發.天河礦區西江-東坑逆斷層對煤層及開采的影響.江西煤炭科技，2004(2)：44-45.

[14]劉斌，關民全.地震反射波在煤層賦存情況及煤層特殊地質現象中的特征.西部探礦工程，2013，25(11).

[15]康琴琴.銅川礦區中部構造發育規律研究.西安：西安科技大學，2012.

[責任編輯：施紅霞]