林南倉礦構造煤發育特征及對瓦斯賦存的影響

王永軍，王 毅

(1.開灤(集團)有限責任公司，河北 唐山 063000;2.中國礦業大學資源與地球科學學院，江蘇 徐州 221008;3.中國礦業大學煤層氣資源與成藏過程教育部重點實驗室，江蘇 徐州 221008)

構造煤是在一期或多期構造應力作用下，煤體原生結構、構造發生不同程度的脆裂、破碎或韌性變形或疊加破壞，甚至達到內部化學成分和結構變化的一類煤［1－2］。構造煤具有低強度、低透氣性、高吸附性和高解析性，大量的現場調查統計資料表明，煤與瓦斯突出都選擇性地發生在煤層中的構造煤發育區［3］。因此，深入研究構造煤的發育特征、形成機制及其構造控制機理等，對煤礦瓦斯災害防治具有重要的意義。林南倉煤礦礦井地質條件復雜，構造煤發育。構造煤的存在，使瓦斯含量增高，對礦井的通風設計、采掘布置，甚至煤礦安全產生了重要影響。本文以井田生產資料為基礎，研究了林南倉礦構造煤發育的基本特征，并探討了構造煤對瓦斯賦存的影響。

1 地質構造特征

林南倉煤礦位于薊玉煤田林南倉井田范圍內，井田面積為22.0 km2。井田范圍內自下而上依次發育有下古生界奧陶系中、下統，上古生界石炭系上統、二疊系，新生界第四系，缺失古生界奧陶系上統、志留系、泥盆系和石炭系下統，及中生界的地層。主采煤層為晚石炭世的趙各莊組(煤11、煤12)和早二疊世的大苗莊組(煤5、煤6、煤8、煤9)。

林南倉礦地質構造較為復雜，以斷層為主，褶曲和火成巖次之。井田內共發育有斷層98條，其中落差大于10 m的有4條。井田斷層以正斷層為主，逆斷層為輔，主要延伸方向為NWW方向和SN方向。林南倉礦整體為一不規則的盆狀向斜構造，其左翼呈NW方向展布，右翼則呈NE方向展布，其軸跡整體呈向SSW凸出的弧形展部。同時，在生產過程中，還發現一系列的次級褶曲，但褶曲軸延展較短。區內火成巖發育，被火成巖侵蝕范圍占井田面積的2/5，火成巖的侵入由靠近F2斷層往西逐漸嚴重。整體而言，林南倉礦地質構造復雜，整體構造異常從東部的NE向展布，逐漸轉到西部的NWW向展布，揭示了林南倉向斜是多期構造改造，是不同構造應力場疊加作用的產物，且平面上構造變形存在不均一性。

林南倉礦井田構造綱要圖見圖1。

2 構造煤發育特征

2.1 構造煤煤體結構

構造煤與原生結構煤的主要區別是煤巖體發生了構造變形，并且具有不同結構、構造特征，主要有其宏觀煤巖類型較難分辨，其煤體結構多破碎成粒狀、片狀、糜棱狀夾少量塊狀，常見小褶皺、小斷裂構造［1］。

圖1 林南倉礦井田構造綱要圖

林南倉礦的各主采煤層受構造破壞的程度存在明顯的差異，大量的生產實際和勘探工作表明，礦井的構造煤主要發育在11煤層。當受到區域擠壓作用時，煤層相對較為軟弱，易發生流變而形成構造煤。煤的原生結構被破壞，煤體破碎成塊狀、顆粒狀，煤層層理由隱約可見至消失，具有構造擦痕，裂隙發育密度高。部分煤層破壞嚴重呈鱗片狀，煤中小滑面眾多，發育有順層斷層，有時還發育有滑塌構造，煤體及頂板均遭受破壞。根據構造煤結構—成因分類，確定其主要構造煤類型從碎裂煤到鱗片煤不等，以碎裂煤為主。構造煤發育區往往使得煤的硬度降低(表1)，根據其煤的破壞類型和力學性質，確定其破壞類型為II型［2］。

表1 林南倉礦各煤層的△p、f實測值

2.2 構造煤發育主控因素分析

構造煤的形成除了與成煤的物原、煤巖組分、煤巖類型及煤層的不均一性有關外，主要是構造應力作用的結果。構造煤的區域分布主要受構造控制，擠壓構造帶是構造煤主要分布區，伸展構造帶的邊緣是構造煤的次要分布區，伸展構造帶的內部主要是原生結構煤分布區;構造煤的層域分布主要受煤厚控制，即構造煤主要發育在厚煤層中。縱彎褶皺作用下構造煤主要形成在翼部，后期也形成于轉折端。斷層作用下構造煤主要形成在上盤［4］。

林南倉礦古生界煤系地層自形成以來經歷了多期構造變動，目前的構造是多期次構造運動的疊加。研究顯示，林南倉礦主要受五期構造演化的影響。海西～印支期受SN向主應力作用;燕山早～中期受區域的NWW－SEE向擠壓，發育了林南倉向斜;燕山晚期:擠壓應力場轉為NEE－SSW向，對林南倉向斜的西部區改造明顯，并沿斷層發育了大量巖漿巖侵入;燕山末～喜山早期:近SN或SSW－NNE向的伸展作用，發育了為數眾多的NWW向正斷層;喜山中期至今近東西向擠壓作用［5］。多期次的構造活動，形成了林南倉煤礦復雜的構造地質條件，從而形成了區內構造煤發育的基本特征。

3 構造煤發育對瓦斯賦存的影響

煤與瓦斯突出是地應力、瓦斯壓力和煤體結構三個因素綜合作用的結果。大量的突出點調查統計表明，發生突出的地點及其附近一般都有構造煤發育。構造煤發育區是應力集中區，構造煤孔隙度大，滲透性差，有利于瓦斯的保存，致使煤層中瓦斯壓力一般也比較高。此外構造煤強度及抵抗外力破壞的能力較原生結構煤顯著降低，最容易被破壞和拋出。上述研究表明，構造煤對煤與瓦斯突出具有控制作用，構造煤最發育的區域和層位，一般是煤與瓦斯突出最嚴重的區域和層位。一般情況下，褶皺的翼部和斷層上盤構造煤最發育，煤與瓦斯突出也最嚴重［4］。

林南倉煤礦開采實踐表明，礦井瓦斯賦存與區內構造煤發育程度密切相關。掘進巷道中的瓦斯涌出與煤體的破壞程度有關。在斷層帶由于煤、巖體破碎而增加了煤的空隙度，導致游離瓦斯增多，因此，在接近斷層時，尤其是正斷層時，瓦斯涌出量會有一定量的增加。另外，從構造應力分布角度來分析，在斷層尖滅端，有利于地應力局部集中，也易形成瓦斯相對集中。因此，在掘進或采煤過程中遇到斷層時，瓦斯含量明顯增加，往往造成斷層附近的局部瓦斯涌出明顯增大(圖2，圖3)。

圖2 斷層附近瓦斯含量等值線示意圖

圖3 －650西大巷遇逆斷層瓦斯涌出量記錄圖

4 結論

1)林南倉煤礦地質構造較為復雜，多期次的構造活動形成了區內構造煤發育的基本特征。這些構造煤呈碎裂狀至鱗片狀不等，通過井下揭露及煤樣測試，確定本區構造煤主要類型為碎裂煤，煤體結構破壞類型為II型。

2)構造煤低強度、低透氣性、高瓦斯壓力的特性對區內瓦斯的賦存狀態產生了重要影響。開采實踐表明，井田斷裂帶內構造煤發育，瓦斯含量增加，涌出量增大。

［1］琚宜文，姜 波，侯泉林，等.構造煤結構－成因新分類及其地質意義［J］.煤炭學報，2004，29(5):513－517.

［2］琚宜文，姜 波，王桂梁，等.構造煤結構及儲層物性［M］.徐州:中國礦業大學出版社，2005:22－40.

［3］付江偉，史小衛，孫明闖.九里山井田構造煤空間展布特征與成因分析［J］.煤炭科學技術，2010，38(1):107－110.

［4］邵 強，王恩營，王紅衛，等.構造煤分布規律對煤與瓦斯突出的控制［J］.煤炭學報，2010，35(2):250－254.

［5］王 猛，朱炎銘，袁 偉.林南倉煤礦礦井構造特征［J］.黑龍江科技學院學報，2006，16(6):382－386.