田莊礦斷裂構(gòu)造復(fù)雜性與發(fā)育規(guī)律的分析研究

賈延坤

（山東能源臨礦集團(tuán)田莊煤礦，山東 濟(jì)寧 272103）

1 礦井概況

礦井位于濟(jì)寧高新區(qū)王因鎮(zhèn)境內(nèi)，2002年11月正式投入生產(chǎn)，核定生產(chǎn)能力90萬噸/年，主采16上和17層礦，礦層厚度分別為1.2m、0.97m，均為薄礦層；礦種為氣礦。礦井低瓦斯、低二氧化碳，井田面積32.07km2。主、副、風(fēng)井三個立井開拓、二個水平開采、中央并列式通風(fēng)，走向長壁后退式采礦方法，根據(jù)地質(zhì)條件不同，采用多種采礦和掘進(jìn)工藝[1]。

2 斷裂構(gòu)造對開拓布局與生產(chǎn)的影響

田莊礦主采礦層16礦平均厚度1.2m，17礦平均厚度0.97m，落差1m左右的斷層就可以將礦層斷失，掘進(jìn)期間必須進(jìn)行挑頂，臥底或施工全巖巷道尋找失翼礦層；工作面斷層多，頻繁補(bǔ)開回采切眼，造成萬噸掘進(jìn)率大幅升高；落差在5m～10m左右的斷裂構(gòu)造直接影響工作面及采區(qū)開拓布局。受地質(zhì)環(huán)境影響，礦井?dāng)鄬用芗a(chǎn)狀復(fù)雜多變，是影響礦井生產(chǎn)的首要問題[2]。

3 生產(chǎn)揭露斷層復(fù)雜性情況描述

斷層落差大，走向延展較短，根據(jù)工作面實(shí)際揭露，此類斷層主要表現(xiàn)在斷層走向延展長度不大于30m，但落差發(fā)生急劇變化，極易造成，工作面推采受阻，無法正常推進(jìn)。需重新施工補(bǔ)切眼，安裝回采設(shè)備，不僅影響回采進(jìn)度還造成丟礦現(xiàn)象。（圖1）

圖1 工作面揭露斷層示意圖

斷層延展較長，走向，傾角變化大，此類斷層致使工作面順槽不能按照設(shè)計(jì)方向布設(shè)，增加運(yùn)輸設(shè)備、環(huán)節(jié)，且造成工作面丟礦現(xiàn)象。斷層落差大，次生斷層多，斷層破碎帶寬膠結(jié)性差，造成掘進(jìn)支護(hù)困難，切極易發(fā)生冒頂事故。斷層密集，在短距離內(nèi)，發(fā)育有多條，產(chǎn)狀差異較大的斷層，造成巷道上下起伏大，運(yùn)輸困難，回采困難。

4 斷層發(fā)育規(guī)律研究與分析成果

4.1 斷層延展長度與走向變化

礦井正常地質(zhì)工作中，常常將相鄰順槽或工作面揭露的產(chǎn)狀、走向近乎一致的斷層，理解為同一條斷層。但在田莊礦礦實(shí)際生產(chǎn)中，因斷層走向變化大，相鄰采掘工程揭露產(chǎn)狀、走向近乎一致的斷層，為同一斷層的實(shí)際情況不多（據(jù)統(tǒng)計(jì)只占30%左右）。因此不能盲目將相鄰區(qū)域揭露的產(chǎn)狀、走向近乎一致的斷層解釋為同一條斷層，而施工補(bǔ)切眼或巷道工程。

4.2 同一條斷層在不同層位產(chǎn)生不同斷層傾角、落差

在多層礦開采的礦井中，常常利用上部礦層開采時(shí)揭露斷層的產(chǎn)狀，對下部礦層斷層位置及落差進(jìn)行預(yù)計(jì)。根據(jù)田莊礦礦開采的實(shí)際揭露情況證實(shí)，在層間距只有6～7米的16、17層礦中，16礦揭露斷層傾角，落差與17礦差異很大，有時(shí)16層礦中存在的落差較小的斷層，在17層礦中未發(fā)育；斷層位置與按照16礦斷層傾角推斷的位置差異較大。經(jīng)實(shí)踐研究分析，主要原因是，石炭系地層中，巖性變化較多，巖層性質(zhì)不同、硬度懸殊較大，在地層受壓斷裂過程中，因巖性不同造成落差、傾角差異較大。硬度高的脆性巖石斷層面整齊，落差相對較大，軟性巖石落差相對較小或只產(chǎn)生褶曲未斷裂的情況。

4.3 同一條斷層不同地點(diǎn)傾角的變化與斷層性質(zhì)的轉(zhuǎn)變

斷裂面傾角的方向決定了斷層的性質(zhì)，正斷層，受水平拉伸發(fā)生張裂，上盤相對下降，下盤相對上升，斷層面傾角較大，一般在45°以上；逆斷層，受水平擠壓，上盤相對上升，斷層面傾角較小。

田莊井田經(jīng)采掘?qū)嶋H多次揭露，同一條斷裂，斷層面的傾角方向相反，正斷層轉(zhuǎn)為逆斷層情況。此種現(xiàn)象多發(fā)生在斷面傾角在70°～80°的正斷層上，斷層面傾角由后傾轉(zhuǎn)為前傾，斷層性質(zhì)有正變逆。在相鄰順槽揭露時(shí)為一條正一條逆，推采完全揭露斷層后，發(fā)現(xiàn)是同一條斷層（圖3）。傾角發(fā)生逆轉(zhuǎn)后的逆斷層均為逆沖斷層，逆掩斷層、輾掩斷層未發(fā)現(xiàn)類似情況。

圖3 斷層面傾角發(fā)生扭轉(zhuǎn)平面示意圖

4.4 不同時(shí)期形成的斷層在實(shí)際采掘過程中體現(xiàn)

根據(jù)礦井工作面實(shí)際揭露以下幾種情況能夠充分體現(xiàn)斷層的先后形成時(shí)間。

AA’斷層先期形成后B斷層后形成，并在產(chǎn)生錯動的同時(shí)產(chǎn)生了水平移動，造成AA’斷層在平面位置上發(fā)生偏移。C斷層先形成D斷層后形成，C斷層延展較長，斷層落差大造成斷層兩盤相對孤立，后構(gòu)造運(yùn)動不劇烈，只在斷層上盤形成斷裂，產(chǎn)生落差。