地質構造特征及對礦井安全生產的影響

（山西煤炭運銷集團陽泉有限公司 山西 045000）

1.礦井概況

某煤礦的位置在南邊緊鄰善應鎮，東邊25公里處為安陽市。煤礦可開采面積為5.2km2，煤層埋深為+120m到-490m。煤礦批準開始建設時間為1968年，配準開采煤層為1號煤層，煤礦于1978年正式投產，設計生產能力為50萬噸/年。隨著開采深度增加，礦井的地質構造越發復雜，安全隱患問題日趨嚴重。因此，為了預先弄明白斷層等構造的分布職位，需要預先探測該礦井的地質構造情況，從而提高礦井的安全性和經濟效率。

2.礦井地質構造

該煤礦構造形態為向斜，沿著軸部走向為北東，同時西部還有三個向斜和一個背斜，地層內的裂隙發育較為成熟。

(1)褶曲構造

井田內部以及周邊巖層主要褶曲（如圖1）有三個向斜和一個背斜，向斜位于分別位于龍山、謝家莊以及尖兵崗，背斜位置在馮家洞。

圖1 褶曲示意圖

(2)斷裂構造

巖層內斷裂構造較多，根據鉆探數據等相關參數統計，區域內共有大小斷層76處，斷層（如圖2）類別為壓扭性或者壓性正斷層。按走向分類，北西向走向有21處，北東向走向斷層55處，主要分為北西-北西和北東-北東向兩組。

根據落差對斷層進行統計分析，得出落差小于10m、在10-20m、20-50m、50-100m、100-200m以及在200m以上分別各有51條、12條、11條、0條、1條以及1條。

圖2 斷層示意圖

(3)陷落柱

井田內部陷落柱數量為6個，編號分別為A1-A6,其中在采掘過程中遇到的陷落柱為A1-A4，該4個陷落柱位于井田南部的13和25采區，陷落柱內充填雜質類型為砂巖、砂質泥巖和泥巖等，相對容易控制，而A5、A6陷落柱位于井田南部20采區，控制方式為三維地震方法，控制程度較為可靠。

圖3 陷落柱示意圖

(4)巖漿巖

礦區西面、北面以及中部地區都有巖漿巖，經過研究認為巖漿巖主要類型為閃長斑巖和閃長巖。巖漿類型為巖盆或巖床，巖層規模較小，且巖體逐漸沿著東向變小。

3.地質構造對生產的影響

(1)地質構造對頂板的影響

該煤礦1號煤層的頂板較為穩定，主要為泥巖、砂質泥巖以及少量砂巖。同時，該巖層大多數部位巖石發育較為完整，但是在斷層等地段，巖石結構會有一定程度破壞，頂板強度略有下降，因此在掘進和煤層開采過程中容易發生冒頂片幫事故。礦井對頂板的處理方式為全部垮落法，鑒于斷層的危害，煤礦在巷道掘進和煤礦開采時必須做好探測和管理，以減少冒頂事故的發生。

(2)地質構造對煤層瓦斯的影響

①褶曲構造

由于該煤礦地處斷層構成地塹內，因而不僅瓦斯含量較高而且容易發生涌出。礦區瓦斯分布較為雜亂，部分煤層瓦斯含量較高，而部分煤層含量又較小，很不均衡。向斜的轉折端和東西兩翼瓦斯含量較高，因此煤與瓦斯突出發生的位置主要在向斜部位的轉折位置、西翼以及東翼地區傾角較大區域，而向斜軸部則相對較少。

②斷裂構造

構造應力對煤礦的安全開采造成了極大的危害，由于地質應力的存在，使得斷層性質為壓扭性或者壓性斷層。這種類型的斷層會阻礙瓦斯的自由擴散，使得瓦斯在斷層末端含量較多，極易發生突出事故。該煤礦瓦斯突出位置主要在正斷層上部，幾乎各采區均有不同程度的斷層出現，且在斷層存在地區，瓦斯相對較為集中。特別是15采區，該采區斷層兩側的瓦斯集中帶多達5個，累計發生瓦斯突出三十余次。由此可見，褶曲、斷層等地質構造對煤層中瓦斯儲存有較大影響，一旦處理不當將造成嚴重事故。

(3)地質構造對水文地質的影響

該礦區屬于山脈隆起地段和沉降地帶的過渡區域，北東向斜能夠一定程度地對地下水進行控制。同時，斷層的出現使得含水層不能很好地連續，比如位于西部位置的石灰巖地下水就因為斷層的存在而中斷，使得含水區域因為分割而彼此之間相互獨立。該礦區落差100m以上的大落差斷層有2條，其中落差200m以上斷層為東南面的F185邊界斷層，落差為220m；落差100-200m的斷層為西部方向的F305斷層，落差為150m。

①F185斷層

F185斷層為礦區東南區邊界的斷層，走向為北東，落差區間為9220m，為壓扭性斷層。該斷層在礦區南部逐漸消失，因而使得礦區內1號煤層和井田外的巖石形成給水邊界。因此，在礦井開采過程中，需要留設防水煤柱。該斷層導水能力較差，根據對其進行抽水試驗，得出單位涌水量為0.000458l/(s·m)，滲水系數為0.00401m/d。斷裂構造不僅能夠對含水層進行控制，使得含水層之間相互獨立，同時，也可能會使得不屬于同一巖層的含水層實現整合，使得整體含水量增大，改變含水層、隔水層以及煤層之間的關系。因此對于斷層的導水特性，應當根據地層實際構造進行分析。同時，斷裂還會強化石灰巖巖溶，從而形成地下水富含帶，容易引起突水現象。最關鍵的是，這個問題無法通過勘察探測進行查明，因此必須在生產過程中注意關注巖層狀況。

②F305斷層

該斷層為礦區西部邊界的斷層，斷層走向為東北，落差為130-150m。斷層位于地下水來水方向，是壓扭性斷層，導水性能較差。斷層的存在使得礦區含水層發生中斷，連續性得到破壞，同時，含水層的補給來源也中斷，礦區內含水層直接相互獨立。然而，該斷層在S-3孔南面逐漸消失，因而在礦區南部位置，該斷層并不能發揮阻水效果。

根據有關資料顯示，不僅大斷層能夠影響礦井的突水，礦井突水現象更多時是由于小斷層引起的，而這些小斷層在實際施工過程中卻往往容易忽略。

(4)陷落柱對礦井安全生產的影響

礦井構造中存在的陷落柱還破壞煤層的連續性，同時還會影響井巷圍巖的穩定性。陷落柱具有良好的導水性，因而其存在會很容易地形成導水通道和瓦斯聚集場所，從而在這些區域形成大面積的突水、冒頂或者瓦斯突出事故。因此，針對陷落柱的危害，礦井生產時必須通過超前探測技術，從而減少突水事故的發生。

煤礦地質構造嚴重影響著煤礦的安全生產和管理，因此必須對煤礦地質構造進行預先探測和分析研究，并且在煤礦開采過程中關注巖層的變化情況，從而預防瓦斯、突水等事故的發生。