关于矿井断裂构造特征的认识和分析

董鹏+张国辉+孙晋兵

摘要：为了研究矿井断裂构造特征的认识和分析，将一个矿区内的地质构造作为一个整体，从其成因及控制关系入手，全面研究其特征和发展，进而查明各种构造对于煤层赋存的控制关系，根据已揭露构造的组合特征预测未开拓区可能存在的构造形迹，为煤矿下一步开采具有指导作用。

关键词：断裂构造形成 煤层构造节理 构造作用力 断裂特征

1 影响断裂构造生成的因素

赵坡矿的断裂构造形迹是多种多样的，在其形成的过程中受到下列因素，即构造作用力、煤岩尘力学性质和构造边界条件等的影响。构造作用力是指煤岩层产生变形的动力。矿井断裂构造变形的作用力是相对研究范围而言的局部应力，尽管一些煤岩层的性质相似，但由于作用力不同，因而产生了构造变形的结果也就不同。赵坡矿井田属华北二叠纪含煤地层，其岩性和厚度近似。赵坡矿区受横向挤压作用为主，煤岩层在空间表现为压缩变形，结果以褶曲和逆断层（压性）、斜断层（剪或压剪性）为矿区内的主要构造线；而井陉矿区，煤岩层受拉伸张应力作用为主，煤岩层在空间表现为拉伸变形特点，结果矿区内高角度正断层发育，局部有平缓褶曲。煤岩层力学性质是与其岩性密切相关的。如果地层中塑性岩层的厚度占比例较大，则地层的塑性变形特征就较突出。反之，如果，地层中刚性岩层厚度占比例较大，则以脆性变形特征较突出。如果构造作用力相似，但岩石力学性质有差异，那么引起的变形结果则不同。一般地，细粒碎屑岩、泥岩和煤层具塑性或低强度特征，而粗粒碎屑岩和石灰岩类则具脆性和高强度特征。因此，当受挤压作用力时，低强度和塑性大的岩层容易首先发生显著的弯曲变形，尔后出现破裂产生断层；强度高和具脆性的岩层则不容易发生显著地弯曲变形，一旦变形就会破裂而产生断层。另外，煤层的厚度不同，所呈现的构造变形结果也是有差异的。构造变形的边界条件，就是对构造变形发生着影响的因素。矿井断裂构造边界条件所涉及的范围远比区域断裂构造狭窄得多，但较为直观具体。如图1，赵坡矿在开采12下煤层时，断裂和褶皱均发育，以Ⅲ号断层为界，其上盘呈现明显的挤压，而下盘则发育比较平缓的褶曲和小型断层。这种现象说明，在煤岩层受到挤压作用力时产生构造变形的过程中，应力消耗在该断裂位移上，继续传递给断层下盘的力则有相当大的减弱。这样断层下盘的构造变形的边界条件就明显的改变。因此，在分析赵坡井田内断裂构造变形条件时，就不能笼统地固定一种影响因素。而必须根据具体情况具体分析。

上述影响断裂构造变形的因素是彼此相互联系的，在研究赵坡矿井地质构造时不能分割开来。

2 矿井断裂构造形成机理分析

经实验证明，试件受到挤压变形时，先是压缩继之出现轻微褶纹（褶皱），然后出现X型破裂。继续发展则出现褶皱隆起，在破裂基础上产生平移断层和X、Y型剪性正断层，最后产生张性的纵横破裂。走向逆断层和大型褶曲相伴生，由它们的延展方向可基本确定挤压力作用的方向。实际上，走向逆断层面的倾向也有X、Y型两组。平面上呈现的斜交断层往往具有平移性质而切割褶皱或走向逆断层。这种斜交断层多属的X破裂，走向延伸也比较长且平直。张性断层在变形的最后阶段形成，往往继承已生成的断裂面，尤其是生产的剪裂面发展成为张剪性断层。张剪性断层在其展布形态上基本追踪了原断裂面的产状。

3 断裂构造在向斜内的展布

向斜构造是矿井中常见的一种构造形态，研究断裂构造在向斜内的展布特征具有实际意义。一般情况下，向斜轴附近除见有张剪性断裂外，往往出现平行于褶皱轴的张性断层。据实际观测，垂直于向斜轴的张性断层不堪发育，一般呈现破碎带出现。这表明向斜转折端部位，有时见有压剪性断裂和张性断裂。构造节理与断层存在着成因上的一致性。节理沿煤层走向的分布比较稳定，而沿倾斜方向，同组节理的走向发生变化，两组节理的夹角变小。这表明是随应力场的变化而变化的。

4 压、张、剪性断裂的某些特征

压性断裂：常以走向逆断层（掩）断层为代表。这类断层的断裂面往往不平直而呈曲面。沿走向的变化表明其在形成发展时受力的不均衡性，沿倾向的变化则反映了受不同层位岩石力学性质的影响而使其倾角有差异。

剪性断裂：常以X型两组共轭节理或平移断层为代表，但一般多兼有张或压性位移，呈斜正交（逆）断层分布。这类断层往往切割井田（或矿区）内的走向逆断层或褶曲轴。其特点是沿走向延伸比较远且断裂面较平直，断层多有呈雁行排列的小断裂交接延续而成。因此，追踪这类断层时，要注意在断层消失的终端是否还有断裂迹象，以便推断前方是否仍有同类断层接续延展。碱性断裂的断距比较稳定，有时其断距并不大，但实际延伸距离却很长。

张性断裂：常见的是高角度正断层。典型的张性断层多出现在褶曲轴附近且与轴平行或垂直。张性断层多是继承先形成的节理发展而来的，其断裂面一般不平滑。走向上断距的变化梯度较大，其规律性比剪性断层的断距变化明显。因此，可以利用断距来推断断层走向上的延伸长度。

断层与节理的某些组合特征：节理密集到一定程度时便可出现断裂位移。因此，通过对已知断层和其附近节理的统计，可以基本掌握断层与节理密集程度的关系，以此作为推断该范围内断层存在的一项指标。另外，节理的密集程度随不同性质的断层的上下盘面有差异。一般规律是，正断层上盘比下盘节理密集；逆断层上盘与其反倾向的节理发育，下盘则是同倾向的节理发育。

煤层节理的倾角越靠近断层倾角越大，以断层倾角为其极限，如图2。其原因是煤层和岩层在同时发生断裂位移时，依介质的内摩擦角决定断层面角度，而煤层的内摩擦角一般小于岩层的内摩擦角，一旦断层形成，煤层节理面倾角要依附于岩层裂面倾角。利用这一特征，可以帮助判断断层的出现。

据赵坡煤矿资料表明，对于同一性质的断层，若其断距越大，则在断层附近的构造节理密度越高，其影响范围也越宽。X型共轭剪性节理是相互制约的，均等发育的机会较少。一般规律是，一组较为发育，另一组次之或不甚发育，如图3。在出现断层的地段，往往是与其相关的节理较为发育的地段，而其中相对发育的一组节理往往会出现同方向的断层。

5 结语

实践表明，矿井中的断裂构造形迹复杂多样，因此，要全面认识一个矿区内的所有地质构造特征，作为一个整体，从其成因、控制关系着手，深入研究，煤岩层的形态，构造受到挤压变形产生断裂。构造节理的走向发生变化，研究压、张、剪性断裂的特征，根据已揭露构造的组合特征预测未开拓区可能存在的构造形迹，为煤矿下一步开采具有指导作用。

参考文献：

[1]程怡，李德华，周国兴等.对淮南潘东煤矿南二采区构造特征的认识[J].能源技术与管理，2006，06.

[2]李红伟.浅析亨健井田地质构造发育规律[J].河北煤炭，2011，02.

[3]陶昆，王向阳.煤矿地质[M].徐州：中国矿业大学出版社，2005.

作者简介：董鹏（1982-），男，山东枣庄人，助理工程师，从事煤矿生产技术工作。endprint

摘要：为了研究矿井断裂构造特征的认识和分析，将一个矿区内的地质构造作为一个整体，从其成因及控制关系入手，全面研究其特征和发展，进而查明各种构造对于煤层赋存的控制关系，根据已揭露构造的组合特征预测未开拓区可能存在的构造形迹，为煤矿下一步开采具有指导作用。

关键词：断裂构造形成 煤层构造节理 构造作用力 断裂特征

1 影响断裂构造生成的因素

赵坡矿的断裂构造形迹是多种多样的，在其形成的过程中受到下列因素，即构造作用力、煤岩尘力学性质和构造边界条件等的影响。构造作用力是指煤岩层产生变形的动力。矿井断裂构造变形的作用力是相对研究范围而言的局部应力，尽管一些煤岩层的性质相似，但由于作用力不同，因而产生了构造变形的结果也就不同。赵坡矿井田属华北二叠纪含煤地层，其岩性和厚度近似。赵坡矿区受横向挤压作用为主，煤岩层在空间表现为压缩变形，结果以褶曲和逆断层（压性）、斜断层（剪或压剪性）为矿区内的主要构造线；而井陉矿区，煤岩层受拉伸张应力作用为主，煤岩层在空间表现为拉伸变形特点，结果矿区内高角度正断层发育，局部有平缓褶曲。煤岩层力学性质是与其岩性密切相关的。如果地层中塑性岩层的厚度占比例较大，则地层的塑性变形特征就较突出。反之，如果，地层中刚性岩层厚度占比例较大，则以脆性变形特征较突出。如果构造作用力相似，但岩石力学性质有差异，那么引起的变形结果则不同。一般地，细粒碎屑岩、泥岩和煤层具塑性或低强度特征，而粗粒碎屑岩和石灰岩类则具脆性和高强度特征。因此，当受挤压作用力时，低强度和塑性大的岩层容易首先发生显著的弯曲变形，尔后出现破裂产生断层；强度高和具脆性的岩层则不容易发生显著地弯曲变形，一旦变形就会破裂而产生断层。另外，煤层的厚度不同，所呈现的构造变形结果也是有差异的。构造变形的边界条件，就是对构造变形发生着影响的因素。矿井断裂构造边界条件所涉及的范围远比区域断裂构造狭窄得多，但较为直观具体。如图1，赵坡矿在开采12下煤层时，断裂和褶皱均发育，以Ⅲ号断层为界，其上盘呈现明显的挤压，而下盘则发育比较平缓的褶曲和小型断层。这种现象说明，在煤岩层受到挤压作用力时产生构造变形的过程中，应力消耗在该断裂位移上，继续传递给断层下盘的力则有相当大的减弱。这样断层下盘的构造变形的边界条件就明显的改变。因此，在分析赵坡井田内断裂构造变形条件时，就不能笼统地固定一种影响因素。而必须根据具体情况具体分析。

上述影响断裂构造变形的因素是彼此相互联系的，在研究赵坡矿井地质构造时不能分割开来。

2 矿井断裂构造形成机理分析

经实验证明，试件受到挤压变形时，先是压缩继之出现轻微褶纹（褶皱），然后出现X型破裂。继续发展则出现褶皱隆起，在破裂基础上产生平移断层和X、Y型剪性正断层，最后产生张性的纵横破裂。走向逆断层和大型褶曲相伴生，由它们的延展方向可基本确定挤压力作用的方向。实际上，走向逆断层面的倾向也有X、Y型两组。平面上呈现的斜交断层往往具有平移性质而切割褶皱或走向逆断层。这种斜交断层多属的X破裂，走向延伸也比较长且平直。张性断层在变形的最后阶段形成，往往继承已生成的断裂面，尤其是生产的剪裂面发展成为张剪性断层。张剪性断层在其展布形态上基本追踪了原断裂面的产状。

3 断裂构造在向斜内的展布

向斜构造是矿井中常见的一种构造形态，研究断裂构造在向斜内的展布特征具有实际意义。一般情况下，向斜轴附近除见有张剪性断裂外，往往出现平行于褶皱轴的张性断层。据实际观测，垂直于向斜轴的张性断层不堪发育，一般呈现破碎带出现。这表明向斜转折端部位，有时见有压剪性断裂和张性断裂。构造节理与断层存在着成因上的一致性。节理沿煤层走向的分布比较稳定，而沿倾斜方向，同组节理的走向发生变化，两组节理的夹角变小。这表明是随应力场的变化而变化的。

4 压、张、剪性断裂的某些特征

压性断裂：常以走向逆断层（掩）断层为代表。这类断层的断裂面往往不平直而呈曲面。沿走向的变化表明其在形成发展时受力的不均衡性，沿倾向的变化则反映了受不同层位岩石力学性质的影响而使其倾角有差异。

剪性断裂：常以X型两组共轭节理或平移断层为代表，但一般多兼有张或压性位移，呈斜正交（逆）断层分布。这类断层往往切割井田（或矿区）内的走向逆断层或褶曲轴。其特点是沿走向延伸比较远且断裂面较平直，断层多有呈雁行排列的小断裂交接延续而成。因此，追踪这类断层时，要注意在断层消失的终端是否还有断裂迹象，以便推断前方是否仍有同类断层接续延展。碱性断裂的断距比较稳定，有时其断距并不大，但实际延伸距离却很长。

张性断裂：常见的是高角度正断层。典型的张性断层多出现在褶曲轴附近且与轴平行或垂直。张性断层多是继承先形成的节理发展而来的，其断裂面一般不平滑。走向上断距的变化梯度较大，其规律性比剪性断层的断距变化明显。因此，可以利用断距来推断断层走向上的延伸长度。

断层与节理的某些组合特征：节理密集到一定程度时便可出现断裂位移。因此，通过对已知断层和其附近节理的统计，可以基本掌握断层与节理密集程度的关系，以此作为推断该范围内断层存在的一项指标。另外，节理的密集程度随不同性质的断层的上下盘面有差异。一般规律是，正断层上盘比下盘节理密集；逆断层上盘与其反倾向的节理发育，下盘则是同倾向的节理发育。

煤层节理的倾角越靠近断层倾角越大，以断层倾角为其极限，如图2。其原因是煤层和岩层在同时发生断裂位移时，依介质的内摩擦角决定断层面角度，而煤层的内摩擦角一般小于岩层的内摩擦角，一旦断层形成，煤层节理面倾角要依附于岩层裂面倾角。利用这一特征，可以帮助判断断层的出现。

据赵坡煤矿资料表明，对于同一性质的断层，若其断距越大，则在断层附近的构造节理密度越高，其影响范围也越宽。X型共轭剪性节理是相互制约的，均等发育的机会较少。一般规律是，一组较为发育，另一组次之或不甚发育，如图3。在出现断层的地段，往往是与其相关的节理较为发育的地段，而其中相对发育的一组节理往往会出现同方向的断层。

5 结语

实践表明，矿井中的断裂构造形迹复杂多样，因此，要全面认识一个矿区内的所有地质构造特征，作为一个整体，从其成因、控制关系着手，深入研究，煤岩层的形态，构造受到挤压变形产生断裂。构造节理的走向发生变化，研究压、张、剪性断裂的特征，根据已揭露构造的组合特征预测未开拓区可能存在的构造形迹，为煤矿下一步开采具有指导作用。

参考文献：

[1]程怡，李德华，周国兴等.对淮南潘东煤矿南二采区构造特征的认识[J].能源技术与管理，2006，06.

[2]李红伟.浅析亨健井田地质构造发育规律[J].河北煤炭，2011，02.

[3]陶昆，王向阳.煤矿地质[M].徐州：中国矿业大学出版社，2005.

作者简介：董鹏（1982-），男，山东枣庄人，助理工程师，从事煤矿生产技术工作。endprint

摘要：为了研究矿井断裂构造特征的认识和分析，将一个矿区内的地质构造作为一个整体，从其成因及控制关系入手，全面研究其特征和发展，进而查明各种构造对于煤层赋存的控制关系，根据已揭露构造的组合特征预测未开拓区可能存在的构造形迹，为煤矿下一步开采具有指导作用。

关键词：断裂构造形成 煤层构造节理 构造作用力 断裂特征

1 影响断裂构造生成的因素

赵坡矿的断裂构造形迹是多种多样的，在其形成的过程中受到下列因素，即构造作用力、煤岩尘力学性质和构造边界条件等的影响。构造作用力是指煤岩层产生变形的动力。矿井断裂构造变形的作用力是相对研究范围而言的局部应力，尽管一些煤岩层的性质相似，但由于作用力不同，因而产生了构造变形的结果也就不同。赵坡矿井田属华北二叠纪含煤地层，其岩性和厚度近似。赵坡矿区受横向挤压作用为主，煤岩层在空间表现为压缩变形，结果以褶曲和逆断层（压性）、斜断层（剪或压剪性）为矿区内的主要构造线；而井陉矿区，煤岩层受拉伸张应力作用为主，煤岩层在空间表现为拉伸变形特点，结果矿区内高角度正断层发育，局部有平缓褶曲。煤岩层力学性质是与其岩性密切相关的。如果地层中塑性岩层的厚度占比例较大，则地层的塑性变形特征就较突出。反之，如果，地层中刚性岩层厚度占比例较大，则以脆性变形特征较突出。如果构造作用力相似，但岩石力学性质有差异，那么引起的变形结果则不同。一般地，细粒碎屑岩、泥岩和煤层具塑性或低强度特征，而粗粒碎屑岩和石灰岩类则具脆性和高强度特征。因此，当受挤压作用力时，低强度和塑性大的岩层容易首先发生显著的弯曲变形，尔后出现破裂产生断层；强度高和具脆性的岩层则不容易发生显著地弯曲变形，一旦变形就会破裂而产生断层。另外，煤层的厚度不同，所呈现的构造变形结果也是有差异的。构造变形的边界条件，就是对构造变形发生着影响的因素。矿井断裂构造边界条件所涉及的范围远比区域断裂构造狭窄得多，但较为直观具体。如图1，赵坡矿在开采12下煤层时，断裂和褶皱均发育，以Ⅲ号断层为界，其上盘呈现明显的挤压，而下盘则发育比较平缓的褶曲和小型断层。这种现象说明，在煤岩层受到挤压作用力时产生构造变形的过程中，应力消耗在该断裂位移上，继续传递给断层下盘的力则有相当大的减弱。这样断层下盘的构造变形的边界条件就明显的改变。因此，在分析赵坡井田内断裂构造变形条件时，就不能笼统地固定一种影响因素。而必须根据具体情况具体分析。

上述影响断裂构造变形的因素是彼此相互联系的，在研究赵坡矿井地质构造时不能分割开来。

2 矿井断裂构造形成机理分析

经实验证明，试件受到挤压变形时，先是压缩继之出现轻微褶纹（褶皱），然后出现X型破裂。继续发展则出现褶皱隆起，在破裂基础上产生平移断层和X、Y型剪性正断层，最后产生张性的纵横破裂。走向逆断层和大型褶曲相伴生，由它们的延展方向可基本确定挤压力作用的方向。实际上，走向逆断层面的倾向也有X、Y型两组。平面上呈现的斜交断层往往具有平移性质而切割褶皱或走向逆断层。这种斜交断层多属的X破裂，走向延伸也比较长且平直。张性断层在变形的最后阶段形成，往往继承已生成的断裂面，尤其是生产的剪裂面发展成为张剪性断层。张剪性断层在其展布形态上基本追踪了原断裂面的产状。

3 断裂构造在向斜内的展布

向斜构造是矿井中常见的一种构造形态，研究断裂构造在向斜内的展布特征具有实际意义。一般情况下，向斜轴附近除见有张剪性断裂外，往往出现平行于褶皱轴的张性断层。据实际观测，垂直于向斜轴的张性断层不堪发育，一般呈现破碎带出现。这表明向斜转折端部位，有时见有压剪性断裂和张性断裂。构造节理与断层存在着成因上的一致性。节理沿煤层走向的分布比较稳定，而沿倾斜方向，同组节理的走向发生变化，两组节理的夹角变小。这表明是随应力场的变化而变化的。

4 压、张、剪性断裂的某些特征

压性断裂：常以走向逆断层（掩）断层为代表。这类断层的断裂面往往不平直而呈曲面。沿走向的变化表明其在形成发展时受力的不均衡性，沿倾向的变化则反映了受不同层位岩石力学性质的影响而使其倾角有差异。

剪性断裂：常以X型两组共轭节理或平移断层为代表，但一般多兼有张或压性位移，呈斜正交（逆）断层分布。这类断层往往切割井田（或矿区）内的走向逆断层或褶曲轴。其特点是沿走向延伸比较远且断裂面较平直，断层多有呈雁行排列的小断裂交接延续而成。因此，追踪这类断层时，要注意在断层消失的终端是否还有断裂迹象，以便推断前方是否仍有同类断层接续延展。碱性断裂的断距比较稳定，有时其断距并不大，但实际延伸距离却很长。

张性断裂：常见的是高角度正断层。典型的张性断层多出现在褶曲轴附近且与轴平行或垂直。张性断层多是继承先形成的节理发展而来的，其断裂面一般不平滑。走向上断距的变化梯度较大，其规律性比剪性断层的断距变化明显。因此，可以利用断距来推断断层走向上的延伸长度。

断层与节理的某些组合特征：节理密集到一定程度时便可出现断裂位移。因此，通过对已知断层和其附近节理的统计，可以基本掌握断层与节理密集程度的关系，以此作为推断该范围内断层存在的一项指标。另外，节理的密集程度随不同性质的断层的上下盘面有差异。一般规律是，正断层上盘比下盘节理密集；逆断层上盘与其反倾向的节理发育，下盘则是同倾向的节理发育。

煤层节理的倾角越靠近断层倾角越大，以断层倾角为其极限，如图2。其原因是煤层和岩层在同时发生断裂位移时，依介质的内摩擦角决定断层面角度，而煤层的内摩擦角一般小于岩层的内摩擦角，一旦断层形成，煤层节理面倾角要依附于岩层裂面倾角。利用这一特征，可以帮助判断断层的出现。

据赵坡煤矿资料表明，对于同一性质的断层，若其断距越大，则在断层附近的构造节理密度越高，其影响范围也越宽。X型共轭剪性节理是相互制约的，均等发育的机会较少。一般规律是，一组较为发育，另一组次之或不甚发育，如图3。在出现断层的地段，往往是与其相关的节理较为发育的地段，而其中相对发育的一组节理往往会出现同方向的断层。

5 结语

实践表明，矿井中的断裂构造形迹复杂多样，因此，要全面认识一个矿区内的所有地质构造特征，作为一个整体，从其成因、控制关系着手，深入研究，煤岩层的形态，构造受到挤压变形产生断裂。构造节理的走向发生变化，研究压、张、剪性断裂的特征，根据已揭露构造的组合特征预测未开拓区可能存在的构造形迹，为煤矿下一步开采具有指导作用。

参考文献：

[1]程怡，李德华，周国兴等.对淮南潘东煤矿南二采区构造特征的认识[J].能源技术与管理，2006，06.

[2]李红伟.浅析亨健井田地质构造发育规律[J].河北煤炭，2011，02.

[3]陶昆，王向阳.煤矿地质[M].徐州：中国矿业大学出版社，2005.

作者简介：董鹏（1982-），男，山东枣庄人，助理工程师，从事煤矿生产技术工作。endprint