五陽煤礦構造發育特征及其對開采的影響

常藍天

（山西潞安環保能源開發股份有限公司五陽煤礦，山西 襄垣 046200）

五陽煤礦位于潞安礦區東北部邊緣，礦區面積29.45 km2，目前開采3 號煤層。地質類型以構造發育情況劃分為中等，隨著開采深度的不斷加深，地質構造相對更加復雜。地質構造的發育嚴重制約礦井生產能力，研究地質構造發育規律，有效指導礦井生產，十分必要。

1 區域地質構造

潞安礦區處于太行山中段西側，長治盆地西部。屬于東部新華夏構造體系第三隆起帶中段（一級隆起帶）。受新華夏構造體系第三隆起帶影響，礦區范圍發育有二級隆起與凹陷。礦區范圍受彼此平行呈雁形排列的晉- 獲斷褶帶的控制和武-陽凹褶帶的影響，形成低級- 低序次的構造，主要構造總體呈北20°～30°東方位分布，同時礦區存在其他構造，受其影響，礦區局部地段構造發育方位分布略偏北。

2 井田構造特征

隨著礦井采掘活動的揭露，礦井構造特征逐漸顯現。五陽井田基本構造特征為：向西南傾伏的寬緩褶曲，并伴有大中型、高角度正斷層和次一級小型斷裂，褶曲軸向大致為北東東和北東方向，地層總體傾向南西，傾角為3°～15°之間。井田中部天倉向斜軸兩側發育規模大小不一呈帶狀分布的陷落柱及斷距大小不一的斷層。

2.1 褶曲

井田內主要褶曲是天倉向斜，與其伴生的次級褶曲由北向南有：十字道背斜、倉上背斜、天倉向斜、范家溝背斜、五陽背斜、東周背斜、東山底向斜、東山底背斜，其軸向均為北東東向。天倉向斜橫貫井田中央，為井田的控制性構造。褶曲的共同特點是：向西傾伏，兩翼傾角3°～15°，一般10°左右，僅天倉向斜靠近樞紐部分大于16°。天倉向斜幅度在100 m 以上，其它在20～80 m 之間，五陽礦區井田構造綱要見圖1。

圖1 五陽礦區井田構造綱要

2.2 斷層

本次斷層統計依據三維地震勘探解釋、井巷揭露、井下物探、鉆探。五陽井田內褶曲形成過程中，受向、背斜軸部引力響應，發育有大量高角度直接正斷層，同時斷層組合疊加形成地壘、地塹構造，對含煤巖系的分布、發育造成影響，對煤層開采制約較大。統計匯總井田內現查明斷層325 條。

（1）查明斷層落差特征及分布情況

五陽井田內除文王山斷層、崔家莊3#斷層、南豐斷層、西大巷斷層外，其他斷層落差均＜50 m。文王山斷層、崔家莊3#斷層延伸長度＞2 000 m，屬于井田內控制構造（一級斷裂），南豐斷層、西大巷斷層為本井田二級斷裂。受一、二級斷裂影響，超過91%的次級斷裂落差在10 m 以下，主要分布在天倉向斜軸部、一級、二級斷裂附近。

（2）井田斷層性質

井田內查明斷層325 條，其中逆斷層5 條，占比0.015%；正斷層320 條，占比98.5%。

（3）斷層產狀特征

根據井田斷層走向玫瑰花圖、斷層傾向玫瑰花圖、斷層傾角統計見圖2。

圖2 五陽煤礦斷層發育走向、傾向、傾角、落差特征分析

斷層主要走向為NEE方向，集中在N60°～85°E之間，與井田內控制性構造天倉向斜、崔家莊斷層、文王山北斷層走向一致；次要斷層走向為NE方向，集中在N50°～60°E之間，與井田中部南豐斷層、西大巷斷層走向一致。斷層走向集中在N30°W～N10°E之間，與天倉向斜兩翼傾向一致；斷層傾角一般在50°～80°之間，集中在60°～75°之間；斷層以高角度正斷層為主，說明斷層受區域構造應力影響較大。

2.3 陷落柱

井田內查明陷落柱102 個，平面形態大多呈橢圓形，長短軸比一般為1.17。大部分陷落柱長軸方向平行于構造線方向，呈近南北向，短軸方向呈近東西向；陷落柱發育與構造線方向垂直，大部分呈上部寬、下部窄的反漏斗狀，以75°～85°傾角向3#煤層底部石炭系地層延伸。平面位置顯示，陷落柱多發育位于天倉向斜軸線兩側300 m 范圍內，呈條帶狀分布，分析陷落柱發育主要受天倉向斜軸部的張性應力作用影響。

3 構造對礦井開采的影響

構造對礦井開采的影響，主要表現在對采區布置、回采效率、儲量損失、水害防治等方面。

3.1 構造對采區布置的影響

受井田內天倉向斜軸部大量陷落柱的影響，采區以天倉向斜劃分為南北兩部分；受一級斷裂及二級斷裂影響，回采工作面走向近似為NEE 方向布置。礦井西部邊界為正北方向，工作面布置成邊角資源，難以利用。生產活動推進發現，落差較大斷層及陷落柱對工作面布置影響較大，部分采面受＞10 m 斷層及陷落柱的影響，不得已提前開切眼或重復開切眼，造成采掘銜接緊張［1］。

3.2 構造對回采效率的影響

五陽煤礦3#煤層開采為立井單水平分區開拓，采煤方法為走向長壁綜采放頂煤開采。回采工作面走向布置與井田內大部分斷層走向一致，工作面回采過程中經常需持續過斷層。過斷層期間回采效率明顯降低，尤其是過斷層落差＞5 m 的斷層，需爆破輔助采煤機回采，回采推進速度降低至正常水平70%以上［2］。

3.3 構造對儲量的影響

構造造成的儲量損失主要為針對巖溶陷落柱及大中型斷層設置的防隔水煤柱的儲量損失，井田中部構造密集發育區造成的儲量損失及因井田整體構造影響采掘布置造成的無法回收的邊角煤資源損失。經計算，五陽井田因防隔水煤柱及邊角儲量損失面積為2.58 km2，損失儲量約22.43 Mt；因構造密集發育區造成的儲量損失，損失面積為6.19 km2，損失儲量約53.81 Mt。

3.4 構造對水害防治的影響

五陽井田奧灰巖富水性較強，井田西部帶壓開采。井田內3#煤層奧陶系灰巖巖溶水最大突水系數為0.040 MPa/m，正常情況下奧灰水不會威脅礦井安全，但采掘活動臨近大中型斷層、陷落柱附近時，存在因上述構造溝通底板奧灰水，造成水害事故的可能性。礦井防治水工作重點要加強隱伏地質構造的探查，預防3#煤層底板奧灰水受構造影響造成的突水事故。同時，因大中型構造的存在，礦井采掘活動要嚴防地質構造區域滯后突水的可能性［3］。

4 結語

五陽煤礦基本構造特征為走向東北，向西南傾伏的較為平緩褶曲，井田區域伴有大中型正斷層及其派生的次一級小型斷層，尤其是井田中部天倉向斜軸部附近區域，密集發育陷落柱和斷距大小不一的斷層，構造密集影響區域呈條帶狀分布。井田內斷層、褶曲形態相對簡單，但受天倉向斜及一二級斷裂構造影響，陷落柱發育較多，地質構造對煤礦開采的主要影響體現在采掘布置、回采效率、儲量損失、防治水工作的影響。

礦井未來采掘過程中要提前做好地質構造的補充勘察工作，預防因構造影響造成的采掘銜接問題；提前規劃主采、輔采工作面，避免受構造影響造成的回采效率降低問題；根據構造探查情況，合理安排進行邊角煤回收，減少儲量損失；堅持山西省“預測預報、探掘分離、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防治水原則，根據不同水文地質條件，采取探、防、堵、疏、排、截、監等綜合防治的礦井防治水措施，并確保礦井防治水措施落實到位。