蔚縣礦區(qū)北陽莊井田地質(zhì)構造分析

摘要：中小型斷裂構造是影響北陽莊井田北翼首采區(qū)煤層開采最主要的地質(zhì)因素。它們使煤層發(fā)生中斷后上下錯位，傾角增大，煤層加厚或減薄，并伴有牽引褶曲、構造節(jié)理等地質(zhì)現(xiàn)象。文章介紹了北陽莊井田的地質(zhì)構造特征，對實際揭露地質(zhì)構造與原地質(zhì)資料進行了對比分析，為礦井合理開拓生產(chǎn)提供了參考資料。

關鍵詞：北陽莊井田；地質(zhì)構造；地質(zhì)資料；采煤工作面；斷裂構造；煤層開采 文獻標識碼：A

中圖分類號：P618 文章編號：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

1 井田概況

北陽莊井田位于河北省蔚縣礦區(qū)東南部，行政區(qū)劃隸屬于張家口市蔚縣涌泉莊鄉(xiāng)和楊莊窠鄉(xiāng)管轄，其地理坐標為北緯39°51′37″～39°57′30″，東經(jīng)114°31′10″～114°39′12″。井田南北長約10km，東西寬5～8km，面積49.2864km2。

截止到2012年12月31日，北陽莊井田范圍內(nèi)保有資源儲量314755千噸，礦井設計可采儲量為13263萬t，礦井設計生產(chǎn)能力為180萬t/年，礦井設計服務年限為52.6年。

2 井田地質(zhì)構造特征

蔚縣煤田外圍被四條不同時代的大斷層所切割，形成一個相對獨立的北東方向長的矩形斷塊。斷塊總體構造形態(tài)為一軸向北東的開闊復向斜。

北陽莊井田主體構造形態(tài)為一走向近南北或北東，傾向東或南東，傾角5°～15°的單斜構造。在這一規(guī)模較大的單斜構造背景上，發(fā)育了諸多次級褶曲和斷裂構造，并與之復合或聯(lián)合。向斜東翼構造相對較簡單，僅發(fā)育稀少的小型斷裂和褶曲。

《北陽莊井田勘查地質(zhì)報告》中指出全井田共發(fā)現(xiàn)大小斷層53條（地震確定的4個單斷點未利用），劃分出規(guī)模較大或形態(tài)較明顯的褶曲構造10個。不同規(guī)模、不同性質(zhì)、不同走向的斷裂構造，把井田煤系切割成大小不等、形態(tài)各異的斷塊。每個斷塊的地層走向、傾向都不盡相同，即使同一斷塊內(nèi)部，地層沿走向或傾向也有不同程度的變化。因此，井田構造以斷裂為主，褶曲構造相對不發(fā)育。

3 礦井開拓實際揭露情況

北陽莊井田位于蔚縣矩形斷塊的中部。井田內(nèi)地層產(chǎn)狀的單斜地層，走向近南北或北東，傾向東或南東，傾角5°～15°，單斜地層上發(fā)育了諸多的次級褶皺和斷裂。通過地質(zhì)勘查和井下采礦工程的揭露，迄今為止（截止到2013年3月31日），全井田共發(fā)現(xiàn)大小斷層208條，劃分出形態(tài)較明顯的褶皺構造10條（褶皺構造全為勘探報告提供）。井田內(nèi)褶皺構造不發(fā)育，斷裂構造構成井田的主要構造骨架。

北陽莊礦在井下施工地質(zhì)揭露的情況來看，三條大巷共出現(xiàn)斷層48條次，其中正斷層8條次，其余全為逆斷層；首采區(qū)出現(xiàn)斷層14條，正斷層5條，其他為逆斷層。根據(jù)地層層序組合判斷，三條大巷中可能有褶皺構造。根據(jù)逆斷層相互關系判斷，逆斷層組合為疊瓦狀構造。首采區(qū)出現(xiàn)的斷層f9落差40m以上，該區(qū)域的煤層90%受過斷層影響，煤層已經(jīng)被破壞成孤立的小塊，在對首采區(qū)等高線進行修改，對很難連成大片的可采

地段。

通過對地質(zhì)剖面的修改，發(fā)現(xiàn)原來標示F201、F202等斷層，不是由一個斷層帶組成，而是由一組疊瓦狀逆斷層相互組合而成。逆斷層以沿煤層作為破裂面的順層斷層居多。

首采區(qū)實際揭露斷層107條。說明采區(qū)內(nèi)的中小型斷裂構造十分發(fā)育。首采區(qū)107條斷層中（不包括三條大巷所見斷層），其中正斷層58條，逆斷層39條。落差大于30m的大型斷裂1條；30～15m中小型斷層3條，15～5m的小型斷層27條，<5m的斷層76條，可見，本區(qū)中小型斷裂構造以落差在15m以下的小型斷裂最為發(fā)育。大型斷裂逆斷層占優(yōu)勢，中小型斷裂正斷層占優(yōu)勢。

4 地質(zhì)構造對比分析

4.1 褶皺

根據(jù)目前礦井揭露情況來看，北陽莊井田逆斷層發(fā)育普遍，褶皺構造不發(fā)育。

據(jù)北陽莊井田勘探地質(zhì)報告：本區(qū)逆斷層多形成于下花園組煤系沉積之后、后城組沉積之前的髫髻山期。煤系地層剛剛形成不久，就發(fā)生了擠壓的構造運動，這種壓應力作用在基地—已經(jīng)固結很好的奧陶系灰?guī)r上，同時也作用在剛剛沉積不久的花園組煤系地層上。煤系地層尚未完全固結，在壓應力的作用下，固結好的基底奧陶系灰?guī)r表現(xiàn)為斷裂，較軟的煤系地層表現(xiàn)雖然為彎曲變形—形成褶皺，由于基底地層是已經(jīng)固結的石灰?guī)r的變形作用主要是以斷裂為主，上覆的煤系地層隨著基底地層的斷裂而發(fā)生斷裂，不可能形成緊閉褶皺和倒轉褶皺。

4.2 逆斷層

在壓應力持續(xù)作用下，地層發(fā)生共軛剪破裂，根據(jù)應力摩爾剪破裂理論，共軛剪破裂面的銳夾角，指向最大壓應力方向。同時形成的兩組斷層，一組剪破裂面發(fā)育，另一組不發(fā)育。

如果同時發(fā)育兩條向平行的斷層，可產(chǎn)生同一層煤層分叉的煤層組合。

4.3 順層斷層

北陽莊井田區(qū)域地層傾角10°左右，在主壓應力水平的情況下逆斷層傾角在小于30°，或者更小的情況下，逆斷層和地層的傾角非常接近，逆斷層就沿著地層層面滑動，形成順層斷層。由于煤層硬度小，剪破裂面極易在煤層中發(fā)生。煤層除了具有軟的特征外，還具有滑潤劑的作用，井下掘進中，常見煤層伴隨著斷層出現(xiàn)，斷層面就在煤層中間。順層斷層使煤層結構遭到破壞，使煤層在局部地段變厚和變薄。由于煤層的滑潤作用，斷層面不產(chǎn)生斷層角礫巖和擦痕，斷層兩盤巖石不發(fā)生變化，使斷層具有極大的隱蔽性。

5 采取的措施及效果

5.1 采取的措施

（1）施工井下地質(zhì)鉆孔，探查煤層的連續(xù)性及穩(wěn)定性；（2）根據(jù)巷探和鉆探揭露的見煤點，對煤層底板等高線進行修改完善；（3）根據(jù)揭露的地質(zhì)情況、井下鉆探資料和原精查勘探資料，對該區(qū)域地質(zhì)資料進行綜合分析。選擇構造相對簡單區(qū)域和大斷層的下盤作為勘探的重點。

5.2 取得的效果

（1）在首采區(qū)北翼的大巷東側掘交了11502工作面，該工作面走向長470m，傾斜長180m，煤層較穩(wěn)定，煤厚3.5m，煤層傾角5°～15°，可布置成長壁綜采工作面，作為首采面；（2）在首采區(qū)北翼的大巷西側掘交了11503、11505兩個走向較短的采面，11503走向長180m，傾斜長100m，煤厚3.7m，煤層傾角9°～18°；11505走向長380m，傾斜長90m，煤厚4.8m，煤層傾角4°～17°。

6 結語

北陽莊井田地質(zhì)條件極其復雜，比精查復雜。中小型斷裂構造，是影響北翼首采區(qū)煤層開采的最主要的地質(zhì)因素。它們嚴重破壞了煤層的連續(xù)完整性，使煤層發(fā)生中斷后上下錯位，傾角增大，煤層加厚或減薄，并伴有牽引褶曲、構造節(jié)理等地質(zhì)現(xiàn)象，使采煤工作面不能順利進行。特別是那些規(guī)模較大的斷裂，直接影響到采區(qū)的劃分。應對北陽莊井田的地質(zhì)條件詳細分析，重新進行采區(qū)劃分并研究適合北陽莊井田的采煤方式。

參考文獻

[1] 范和平，張新生.河北省蔚縣煤田構造特征再認識

[J].中國煤田地質(zhì)，2006，（S1）.

[2] 郭增昌，徐世陸，張新生.河北省蔚縣礦區(qū)構造特征及斷裂構造發(fā)育規(guī)律[J].中國煤田地質(zhì)，2002，（4）.

[3] 曹代勇.蔚縣礦區(qū)斷層構造定量研究[J].煤田地質(zhì)與勘探，2001，（1）.

[4] 占文峰.河北蔚縣煤田構造沉降與構造演化分析[J].中國煤田地質(zhì)，2009，（9）.

作者簡介：王桂臣（1966-），男，河北獻縣人，開灤（集團）蔚州公司工程師，研究方向：礦井地質(zhì)、礦井水文地質(zhì)技術管理。

（責任編輯：王 波）