袁店二礦106采區構造特征及演化規律

摘 要：【目的】不良地質構造是引發煤礦生產安全事故的重要原因，對煤田地質構造特征及演化規律展開研究是減少此類事故發生的基礎性工作?！痉椒ā恳曰幢泵禾镌甓V106采區為例，通過分析現有資料，研究采區內部構造發育特征及其演化規律?！窘Y果】結果表明：106采區內部褶皺構造發育較弱，僅有少量NNE向褶皺；斷層較為發育，并且僅有兩條逆斷層，多數斷層走向都介于NW—NE向之間，傾角為50°～70°，大型斷層落差與延展長度相關性較好。采區內部受多期構造運動影響，不同時期形成的斷層相互切割、疊加，給生產工作增加了一定難度?！窘Y論】研究成果為后續開展地應力控制構造機理的研究打下了一定基礎。

關鍵詞：地質構造；106采區；斷層；演化規律

中圖分類號：P618.11" " "文獻標志碼：A" " 文章編號：1003-5168（2023）21-0045-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.21.010

Structural Characteristics and Evolution Law of 106 Mining Area in"Yuandian No. 2 Mine

NING Mingcheng LU Haifeng

（Anhui University of Science and Technology， Huainan 232000，China）

Abstract： [Purposes] Geological structure is an important cause of coal mine production safety accidents. The study of geological structure characteristics and evolution law of coal field is the basic work to reduce the occurrence of such accidents. [Methods] Taking 106 mining area of Yuandian No.2 Mine in Huaibei Coalfield as an example， through analyzing the existing data， the development characteristics and evolution law of the internal structure of the mining area are studied. [Findings] The results show that the number of fold structures in 106 mining area is small， with only a few NNE-trending folds. The number of faults is large， among them are two reverse faults. Most of the faults are between NW—NE trending， and the dip angle is 50°～70°. The large fault drop has a good correlation with the extension length. Under the influence of multi-stage tectonic movement， the faults formed in different periods cut and superimposed each other， which caused a certain difficulty in production. [Conclusions] The research results of this paper lay a foundation for the subsequent research on the tectonic mechanism of earth stress control.

Keywords： geological structure; 106 mining area; fault; evolution law

0 引言

斷層、褶皺等地質構造是影響煤礦安全生產的重要因素^［1-4］。礦井地質構造不僅影響井田及采區的劃分、煤層的賦存狀態，還能決定煤層開采方式的選擇及工作面的布置^［5］。隨著我國華北型煤田開采深度的逐漸增大，構造愈發復雜，亟須對礦井地質構造有更深層次的認識。

袁店二礦106采區地質構造復雜，目前對于其內部地質構造發育特征了解仍不全面。為了提高開采作業的安全性，基于采區現有地質資料及鉆孔數據，對106采區地質構造發育特征進行分析，并為后續研究未勘探地區的構造特征奠定基礎。

1 采區概況及其地質構造特征

1.1 采區概況

袁店二礦位于淮北煤田臨渙礦區西南部，受控于孟集斷層、光武～固鎮斷層、黃殷斷層。為一走向北東—北東東、傾向北西—北北西的單斜斷塊。106采區位于礦井東北部，處于F8斷層、WWF斷層、袁店斷層及DF35斷層所組成的斷塊內。總體呈一傾向北東的單斜構造，區內褶皺構造不發育，被多條NS向、NE向斷層切割?？刹擅簩訛?0煤，上部為84采區和86采區，106采區位置如圖1所示。

1.2 地質構造特征

1.2.1 褶皺構造。106采區主體為一傾向北東的單斜構造，局部地區有較微弱的起伏，地層傾角5°～34°，一般介于7°～24°之間，平均為15°。采區內部褶皺構造不發育，背斜上凸不高，向斜下凹不深。僅有兩處褶皺構造相對較為明顯，分別位于與104采區交界處，以及與袁店一礦1010采區交界處。褶皺軸向為NNE向，這些褶皺為采區內部煤層形成后最早一期構造運動產物，采區內部斷層對其具有明顯的截斷作用。這些褶皺的存在為推測采區構造形成時期提供了參考。

受擠壓作用影響，產狀平緩的煤層更易產生褶皺變形。煤層傾角的變化受多種地質構造直接影響，能夠反映地質構造是否發育。根據鉆孔揭露顯示，106采區內部的10煤層傾角總體上較為平緩，沒有一處超過20°，最大僅為18°，位于11-4孔處，最小為6°。采區內10煤層傾角普遍介于6°～15°之間。由于11-4孔靠近WF64斷層，受該斷層影響，附近10煤層底板產生約10 m的落差，因而此處煤層傾角較大。

1.2.2 斷層構造。106采區內部共有128條斷層，正斷層十分發育，共計126條，占比超過98%，逆斷層僅有2條。區內共有5條斷層落差超過了100 m，僅有的2條逆斷層落差均超過了40 m，為規模較大的斷層。

①走向。斷層走向體現了斷層的延伸方向，106采區內部斷層走向分布各異，但多數介于NW—NE向之間，如圖2所示。以N—S為走向的斷層最為發育，共29條，占脆性斷層總數的22.7%；NNW向斷層其次，為19條，占脆性斷層總數的14.8%；NW向斷層為18條，占脆性斷層總數的14.1%；NE向斷層17條，占脆性斷層總數的13.3%；NNE向斷層15條，占脆性斷層總數的11.7%；E—W向斷層14條，占脆性斷層總數的10.9%；其余各走向斷層僅占總數的10%左右。

采區內部斷層發育呈現逐級控制與層次性，小型斷層多為大中型斷層的伴生斷層，受大中型斷層控制明顯，走向同樣以NS向為主，近NE向次之。例如LWF54斷層呈近NS走向，近乎分割采區，在其附近發育較多NW、NE向的小型斷層；DF7斷層為近NE向斷層，在其附近多為NEE、近NS向斷層。說明此類小型斷層為大型斷層的伴生斷層，與大型斷層形成于同一時期，處于同一構造應力場，并受到相同的地應力作用。

由圖2可知，采區內部大型斷層走向大致可以分為NW、NS、NE等3個方向，說明在采區構造形成過程中，至少經受了3次較大規模的構造應力作用?，F有資料顯示，采區內部NW向斷層被近NS、NE向斷層切割，近NS向斷層同樣也被NE向斷層切割。由此可知，采區內部NW向斷層形成時間早于近NS向斷層，也早于NE向斷層^［6］。

②傾向。斷層是三維空間實體，斷層傾向能夠反映斷層的剖面延展方向。如圖3所示，袁店二礦106采區脆性斷層傾向的統計結果表明區域內斷層傾向整體較為分散。以E—NE傾向斷層數量最多，共44條，占脆性斷層總數的34.3%；NW—SWW傾向斷層次之，共36條，占脆性斷層總數的28.1%；再次為SEE—SSE傾向斷層及NNW—NNE傾向斷層，均為21條，各占脆性斷層總數的16.4%；其余傾向上的斷層，如SW、SSW、S方向的斷層均為少數。

③傾角。采區內部的斷層傾角較大，整體較陡。根據統計結果分析可知，128條斷層中，126條正斷層的傾角全部集中在50°～70°，最大為70°，最小為50°。大多數正斷層的傾角都集中于60°～69°，約占54.76%。兩條逆斷層明顯較緩，傾角均在45°附近，為采區內僅有的傾角小于50°的斷層。

④落差。采區內部約有77.6%的斷層落差小于20 m，屬于中小型斷層。其中落差小于5 m的小型斷層最多，約占斷層總數的29.7%。袁店斷層、WWF斷層、LWF54斷層、DF35斷層及DF7斷層的落差超過100 m，均是采區的邊界斷層或橫貫采區的大型斷層，共同組成了采區的主體框架。

按照斷層落差（H）劃分斷層，將H≥50 m的斷層劃歸為大型斷層，20 m≤Hlt;50 m的斷層稱為中大型斷層，10 m≤Hlt;20 m的斷層為中型斷層，5 m≤Hlt;10 m的斷層為中小型斷層，0＜Hlt;5 m的斷層劃為小型斷層。下面對采區內部主要斷層進行簡要說明。一是袁店斷層，位于106采區南部，為正斷層。走向NE，傾向NW，傾角50°～70°，由礦井西南角向NE向延伸，并貫穿全區，區內延展長度4 550 m，錯斷3煤層～奧灰，并向上錯斷至新生界的底界，落差60～370 m。斷層落差表現為上大下小，向深部方向逐漸減小。受斷層影響，煤層發生錯斷，斷層上盤82煤幾乎與下盤10煤對接，由于上盤大面積沉降變深，導致煤層儲量降低。斷層于礦井西部界外尖滅，為查明斷層。二是WWF斷層，位于106采區北部，為正斷層。走向NE，傾向NW，傾角55°～70°，最大落差240 m。WWF斷層切割LFD8斷層，向西、北延伸至礦井外，同時向上錯斷3煤～奧灰，并向上錯斷至新生界的底界面，區內延伸長度為5 400 m。受其影響，煤層發生錯斷，使得上盤32煤幾乎與下盤10煤對接。本斷層為查明斷層。三是F8斷層，為逆斷層，屬西部邊界斷層，走向NW，傾向NW，傾角35°～50°。其南端與袁店斷層相交，錯斷7煤層～太灰，最大落差82 m。該斷層落差表現為上小下大，受其錯斷影響，上盤82煤與下盤72煤對接，本斷層為查明斷層。四是WF59斷層，位于106采區西部，其南端交于LWF54斷層，為逆斷層，走向NW，傾向SW，傾角40°～50°。錯斷3～10煤層，落差30～40 m，區內延展長度650 m，屬查明斷層。

2 采區構造演化規律

結合淮北煤田區域構造演化特征，通過106采區地質構造演化特征進行分析，可以判斷106采區內部地質構造主要受燕山期運動影響，印支期、喜山期構造運動對其影響較小。

2.1 燕山早期

燕山早期我國東部構造運動非常強烈，該期構造應力場主要為NWW—SEE向擠壓應力。由于南北板塊匯聚所產生的持續作用力及構造應力相疊加，同時受到淮北煤田南北向狹窄邊界限制，導致地殼產生近東西向收縮，因此在區域內發育大量的NNE向褶皺及逆斷層。如童亭背斜、宿南向斜等均發育于該時期^［7］，采區內部分布少量NNE向的褶皺，推測同樣形成于該時期。由于采區所處位置距離南北向褶皺構造疊加區較遠，受郯廬斷裂帶及徐宿弧形構造的影響逐漸減弱，因此表現為采區內部的褶皺不發育或極其微弱^［8］。根據采區內部斷層切割關系可以判斷，采區內部僅有的2條逆斷層形成時期僅次于褶皺構造，推測為燕山運動早期受較弱的NE—SW向擠壓應力而形成。

2.2 燕山晚期

自燕山中晚期起，由于古太平洋板塊低角度俯沖形成擠壓環境，致使板面下沉，軟流圈上涌，導致出現近E—W向張拉應力^［9］。因此導致淮北煤田在該時期發育較多近N—S向正斷層，如豐渦斷層、黃殷斷層等。與此同時，該地區火山噴發較為強烈。目前，已有較多證據表明淮北煤田巖漿侵入時期介于晚侏羅世—早白堊世之間，是燕山運動中晚期的產物。巖漿侵入范圍多位于大型斷層附近，可能是由于大型斷裂在切割地殼時，地殼內部巖漿沿斷裂帶上涌，對斷層附近的煤系地層造成破壞^［7］。隨著古太平洋板塊的持續俯沖，之前形成的拉張應力方向由近EW向變為NW—SE向。因此在淮北煤田形成了一系列的NE向正斷層，并且切割之前所形成的N—S向正斷層^［9］。106采區內部的眾多NS向及NE向正斷層正是在此時期形成的。

3 結論

①袁店二礦106采區內部褶皺構造發育很弱，正逆斷層數量不均，僅存在2條逆斷層，說明擠壓應力對采區影響很小。采區內部斷裂構造走向以NW—NE為主，傾角多集中在60°～70°，整體較陡。采區內部大型斷層分布規律性較強，表現為區內大型斷層落差與延展長度的相關性較好。兩條逆斷層均位于采區西部，并均呈現為NW—SE走向，說明在其形成過程中均受到NE—SW向的擠壓應力作用，且二者的落差較大，最大約80 m。兩者的傾向相反，其中F8斷層傾角為NE，而WF59的傾角為SW。二者的傾角明顯小于正斷層，為采區內僅有的兩個傾角未達到50°的斷層。

②印支期及喜山期運動對采區構造影響較小，采區內部構造主要由燕山運動引起，以燕山中晚期的E—W向張拉作用及燕山晚期的NW—SE向張拉作用影響最為明顯。區內最早的構造為燕山早期形成的NNE向褶皺，該構造與童亭背斜同期形成；在此之后采區受到較弱的NE向擠壓應力，形成區內僅有的2條逆斷層；隨后受古太平洋運動影響，采區內先后形成了NS向、NE向正斷層，此時期淮北煤田還形成了豐渦、黃殷等斷層。不同時期形成的斷層相互切割、疊加，形成了采區如今的內部基本構造框架。

③采區內部中小型斷層較為發育，且其分布規律性較差。因此，建議在開采過程中除關注大型斷層以外，還需要關注小型斷層可能造成的影響。此外，由于采區所處位置地下水含量較為豐富，10煤頂底板軟弱巖層可能產生導水裂隙，會造成突水事故，因此在開采過程中需要提前做好防水工作。

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收稿日期：2023-05-10

作者簡介：寧明誠（1998—），男，碩士生，研究方向：工程地質。

通信作者：魯海峰（1982—），男，博士，教授，研究方向：工程地質。