西蠶寺礦區斷裂構造特征及其對煤炭開發影響

柳 建 平

(山西省煤炭地質115勘查院，山西 大同 037003)

西蠶寺礦區斷裂構造特征及其對煤炭開發影響

柳 建 平

(山西省煤炭地質115勘查院，山西 大同 037003)

在簡要概述西蠶寺礦區地質條件的基礎上，通過已有勘查資料，分析了礦區內的斷裂構造特征，并探討了斷裂構造對礦區煤炭資源、開拓布局及生產安全的影響，以期為煤炭開發設計提供參考。

煤田，斷裂構造，煤層形變，帶壓開采

0 引言

西蠶寺礦區位于寧武煤田東南部，礦區東西最長約8 km，南北最寬約8 km，形狀呈不規則多邊形，面積57.83 km2。據地質勘查資料，區內煤炭資源儲量豐富，初步查明全區煤炭資源量達114 564萬t。但礦區處于寧武向斜東翼邊緣，斷裂構造較為發育，現已查明區內發育斷層18條，分布全區，斷層一般傾角陡，斷距大，延伸長，且呈陣列式錯綜交織分布。這種斷裂構造的特殊分布格局嚴重地制約著未來煤炭的開發利用。為此，開展礦區斷裂構造特征的分析研究顯得尤為必要，以期為煤炭開發設計提供參考。

1 礦區地質概況

礦區賦存地層自下而上有奧陶系中統上馬家溝組，石炭系中統本溪組、上統太原組，二疊系下統山西組、下石盒子組、上統上石盒組、石千峰組，三疊系下統劉家溝組、和尚溝組，中統二馬營組以及新生界第四系地層。主要含煤地層為石炭系上統太原組及二疊系下統山西組。其中山西組煤層不可采，太原組可采煤層主要有2，5號煤層，其次為3，6號煤層，煤類主要為氣煤。

2 礦區斷裂構造特征

2.1 礦區構造查明情況

據勘查資料，礦區位于寧武向斜的東翼邊緣，其基本構造形態為一次級向斜構造(S5)，其軸向自西南至東北貫穿全區，是控制礦區的主要褶曲構造，其兩翼基本對稱且較寬緩，NW翼地層傾角5°～12°，SE翼地層傾角6°～16°，軸部由東北到西南出露的地層依次為P2s～T2er地層,區內延伸長度約10 km。礦區斷裂構造是在前期普查時查明的8條斷層基礎上，利用二維地震物探手段進行進一步勘探解釋驗證，共查明斷層18條，均為正斷層，斷層落差大小懸殊，傾角一般在55°～70°之間，延伸長度800 m～9 000 m，斷層走向以NE向為主，基本與褶皺軸向一致(見圖1)。其中按物探資料解釋可靠斷層9條，較可靠斷層9條。未發現陷

落柱和巖漿巖侵入。各斷層特征見表1。

2.2 斷裂構造成因初探

區內斷層均為正斷層，反映了斷層的形成是在區內地層受擠壓形成向斜褶皺之后而應力釋放的拉張力作用下形成的，也就是說斷層形成于向斜褶皺之后，為后期構造，其對控制聚煤沉積過程及煤層分布沒有影響，但對成煤之后煤層厚度及煤質形成了后期改造作用。礦區處于寧武煤田北部朔州斷陷煤塊之南，緊鄰王萬莊區域大斷裂，為寧武煤田后期構造變動比較活躍地帶。因此，礦區斷裂構造的成因與區域構造變動相關[1]。

2.3 斷裂構造分布規律

表1 礦區物探解釋斷層一覽表

從礦區地質構造平面分布情況分析，S5向斜褶皺軸向自西南向東北縱貫全區，控制了礦區基本構造形態。斷層多數延伸較長，走向主要為NE向，傾向多為SE向，其次為NW向，斷層自北而南呈階梯式間斷分布，形成陣列式斷塊條帶狀分布格局。

從礦區地質構造垂向分布情況分析，礦區總體呈NE-SW向向斜褶皺構造，兩翼基本對稱，地層平緩。但由于斷裂構造的出現，使區內正常地層程序錯斷，各煤層的連續性和完整性受到破壞，且區內斷層斷距差異較大，最大斷距達200 m～600 m，最小斷距僅幾十米或幾米，造成不同組段地層對接，煤層越層串通，尤其是奧灰含水層可能與煤系地層對接而連通。

3 斷裂構造對煤炭開發的影響

3.1 煤炭可采資源的影響

斷裂構造變動往往會引起煤層形態、厚度及煤質的變化。煤層和圍巖相比相對較軟，受到構造應力作用最容易產生塑性流動，引起煤層形變。在正斷層附近會由于兩盤牽引拖曳而使煤層變薄，在斷層形成的破碎帶會出現斷層無煤帶，而逆斷層沿斷層面兩側由于擠壓而一般會致煤層加厚[2]。由于斷層兩盤錯動或擠壓常常使附近煤層的煤質變差。礦區內發育斷層均為正斷層，由于斷層對煤層的破壞作用，使斷層周邊范圍內煤層開采價值銳減或不可采，受多條斷層分布的影響，礦區內煤炭資源受損，可采資源量減少[3]。

3.2 煤炭開拓布局的影響

由于在煤巷過斷層時會出現割頂或割底現象，矸石量增大，灰分增大，熱值降低等情況，且如采掘走向處理不好，出現持續割頂或割底現象，還會持續影響煤質，有時還存在著嚴重的安全隱患。因此，在煤炭開發設計巷道中盡可能避開斷層，而工作面布置也常常以斷層界線為限。根據礦區內斷層的分布情況，顯然煤炭開拓設計必須考慮斷層的影響[4]。

3.3 礦井生產安全的影響

在礦井生產中，斷層的出現不僅使煤層頂底板巖石變得破碎而難以支護，影響掘進，更主要是斷層可能給礦井帶來水患。據區域資料分析，礦區奧灰水水位標高為1 160 m左右，主采2號、5號煤層底板標高多在1 000 m以下，最低處在300 m左右，因而開采2號、5號煤層存在帶壓開采問題。

斷層造成礦區內地層錯斷，破壞了巖體本身的連續性及完整性，較大規模的斷層構造使得奧灰含水層與煤系地層相對接，同時也縮短了煤層與含水層之間的距離，溝通了不同含水層之間的水力聯系，降低了隔水層的阻隔水能力，易形成導水通道，增加了底板突水的可能性[5]。尤其在斷層與斷層相交，或斷層與褶皺相交處，往往是承壓水從煤層底板突出的薄弱面，水壓的存在是驅動巖溶水流入礦井的動力，而底板破裂則是地下水得以流動的通道，從而易引發導水或突水事故。區內斷裂構造發育，由其形成的斷層破碎帶，往往具有較好的滲透性或導水性，從而形成礦井充水的良好通道。特別是較大規模的斷裂構造，斷層兩盤的索引以及多次構造運動的影響，往往使次生裂隙廣泛發育，形成斷層影響帶或密集帶。在這些斷裂帶范圍內，不但具有導水性，而且斷裂本身就是一個含水體，富水性往往較強。

4 結語

基于礦區內斷裂構造較為發育以及其分布特征，其對礦區煤炭資源、煤炭開拓以及礦井安全形成了一定影響。因此，在礦區煤炭開發規劃及設計中，應充分考慮斷裂構造的影響，在今后的生產中應對區內斷裂構造進一步勘查和分析研究。

[1] 馬 勝,郭 瑞.寧武煤田斷裂構造復雜程度評價[J].科技信息,2012(1):409,418.

[2] 劉 程,李向東,楊守國.地質構造對煤層厚度的影響研究[J].煤礦安全,2008,402(5):14-16.

[3] 曹代勇，占文峰，張 軍，等.邯鄲—峰峰礦區新構造特征及其煤炭資源開發意義[J].煤炭學報,2007,32(2):141-145.

[4] 傅國慶，彎家立，邵長增.鶴壁礦區斷裂構造對礦井生產的影響[J].煤炭科學技術，1998,26(7):9-11.

[5] 王春海,狄效斌.李雅莊礦區斷裂構造對地下水控制影響研究[J].山西焦煤科技,2013(3):11-14.

[6] 陳忠恕,肖建新.華鎣山中段北北東向構造特征及對礦山開發的影響[J].中國煤炭地質，1992，9(3)：16-17.

[7] 占文峰，曹代勇.柴達木盆地北緣控煤構造樣式與賦煤規律[J].煤炭學報，2005(5)：21-23.

Characteristics of fracture structure and its influence on the exploitation of coal in Xicansi mining area

Liu Jianping

(TheNo.115InstituteofCoalGeologicalExplorationinShanxiProvince,Datong037003,China)

Based on a brief overview of the geological conditions of Xicansi mining area, through existing exploration data, the analysis of the structural features of fracture zone within the mining area, and points out that the fault structure on the effects of coal resources, mine development layout and safety production, in order to provide reference for the design of coal development.

coalfield， fault structure， deformation of coal seam， mining with pressure

1009-6825(2017)01-0107-02

2016-10-21

柳建平(1976- )，男，工程師

TU821

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