五陽煤礦構(gòu)造發(fā)育特征及其對開采的影響

常藍天

（山西潞安環(huán)保能源開發(fā)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(qū)東北部邊緣，礦區(qū)面積29.45 km2，目前開采3 號煤層。地質(zhì)類型以構(gòu)造發(fā)育情況劃分為中等，隨著開采深度的不斷加深，地質(zhì)構(gòu)造相對更加復(fù)雜。地質(zhì)構(gòu)造的發(fā)育嚴重制約礦井生產(chǎn)能力，研究地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育規(guī)律，有效指導(dǎo)礦井生產(chǎn)，十分必要。

1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

潞安礦區(qū)處于太行山中段西側(cè)，長治盆地西部。屬于東部新華夏構(gòu)造體系第三隆起帶中段（一級隆起帶）。受新華夏構(gòu)造體系第三隆起帶影響，礦區(qū)范圍發(fā)育有二級隆起與凹陷。礦區(qū)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(gòu)造，主要構(gòu)造總體呈北20°～30°東方位分布，同時礦區(qū)存在其他構(gòu)造，受其影響，礦區(qū)局部地段構(gòu)造發(fā)育方位分布略偏北。

2 井田構(gòu)造特征

隨著礦井采掘活動的揭露，礦井構(gòu)造特征逐漸顯現(xiàn)。五陽井田基本構(gòu)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(cè)發(fā)育規(guī)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(nèi)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(gòu)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(qū)井田構(gòu)造綱要見圖1。

圖1 五陽礦區(qū)井田構(gòu)造綱要

2.2 斷層

本次斷層統(tǒng)計依據(jù)三維地震勘探解釋、井巷揭露、井下物探、鉆探。五陽井田內(nèi)褶曲形成過程中，受向、背斜軸部引力響應(yīng)，發(fā)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(gòu)造，對含煤巖系的分布、發(fā)育造成影響，對煤層開采制約較大。統(tǒng)計匯總井田內(nèi)現(xiàn)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(nèi)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(nèi)控制構(gòu)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(zhì)

井田內(nèi)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(chǎn)狀特征

根據(jù)井田斷層走向玫瑰花圖、斷層傾向玫瑰花圖、斷層傾角統(tǒng)計見圖2。

圖2 五陽煤礦斷層發(fā)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(nèi)控制性構(gòu)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(qū)域構(gòu)造應(yīng)力影響較大。

2.3 陷落柱

井田內(nèi)查明陷落柱102 個，平面形態(tài)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(gòu)造線方向，呈近南北向，短軸方向呈近東西向；陷落柱發(fā)育與構(gòu)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(fā)育位于天倉向斜軸線兩側(cè)300 m 范圍內(nèi)，呈條帶狀分布，分析陷落柱發(fā)育主要受天倉向斜軸部的張性應(yīng)力作用影響。

3 構(gòu)造對礦井開采的影響

構(gòu)造對礦井開采的影響，主要表現(xiàn)在對采區(qū)布置、回采效率、儲量損失、水害防治等方面。

3.1 構(gòu)造對采區(qū)布置的影響

受井田內(nèi)天倉向斜軸部大量陷落柱的影響，采區(qū)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(chǎn)活動推進發(fā)現(xiàn)，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(fù)開切眼，造成采掘銜接緊張［1］。

3.2 構(gòu)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(qū)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(nèi)大部分斷層走向一致，工作面回采過程中經(jīng)常需持續(xù)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(gòu)造對儲量的影響

構(gòu)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(shè)置的防隔水煤柱的儲量損失，井田中部構(gòu)造密集發(fā)育區(qū)造成的儲量損失及因井田整體構(gòu)造影響采掘布置造成的無法回收的邊角煤資源損失。經(jīng)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(gòu)造密集發(fā)育區(qū)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(gòu)造對水害防治的影響

五陽井田奧灰?guī)r富水性較強，井田西部帶壓開采。井田內(nèi)3#煤層奧陶系灰?guī)r巖溶水最大突水系數(shù)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(gòu)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(zhì)構(gòu)造的探查，預(yù)防3#煤層底板奧灰水受構(gòu)造影響造成的突水事故。同時，因大中型構(gòu)造的存在，礦井采掘活動要嚴防地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域滯后突水的可能性［3］。

4 結(jié)語

五陽煤礦基本構(gòu)造特征為走向東北，向西南傾伏的較為平緩褶曲，井田區(qū)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(qū)域，密集發(fā)育陷落柱和斷距大小不一的斷層，構(gòu)造密集影響區(qū)域呈條帶狀分布。井田內(nèi)斷層、褶曲形態(tài)相對簡單，但受天倉向斜及一二級斷裂構(gòu)造影響，陷落柱發(fā)育較多，地質(zhì)構(gòu)造對煤礦開采的主要影響體現(xiàn)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(zhì)構(gòu)造的補充勘察工作，預(yù)防因構(gòu)造影響造成的采掘銜接問題；提前規(guī)劃主采、輔采工作面，避免受構(gòu)造影響造成的回采效率降低問題；根據(jù)構(gòu)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(yù)測預(yù)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(jù)不同水文地質(zhì)條件，采取探、防、堵、疏、排、截、監(jiān)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。