区域地质构造对山西矿区成煤的影响研究

梁晓波

（山西省煤炭工业厅煤炭资源地质局，山西 太原 030045）

1 山西的矿产资源分布

山西位于太行山之西，黄河以东。山西省地理坐标为北纬34°34′—40°43′，东经110°14′—114°33′，东西宽约290km，南北长约550km，全省总面积15.6万km2。山西省工业以能源、冶金为主，轻工业相对薄弱，其矿产资源十分丰富，其中以煤、铝土、铁等为最。煤炭资源得天独厚，分布在全省90多个县（市、区）内。山西的煤炭资源整合后大概有1 000座。分别分布在西山煤田、大同煤田、沁水煤田、宁武煤田、霍西煤田、河东煤田。大同市境内矿产资源丰富，主要有煤炭、石灰石、高岭土、耐火黏土、石墨等，现已探明的煤炭储量为376亿t。

2 区域地质构造及演化

大同市矿区地处东经112°53′—113°12′，北纬39°55′—40°08′，位于大同西南，距市区12.5km，辖区与大同市南郊区交叉，总面积约90km2，号称百里矿区。全区地势西高东低，大部分是高山和起伏较大的丘陵地区，境内主要山脉有七峰山、鸡爪山、大钟山、马武山等；主要河流有口泉河、十里河，均为季节性河流［1］。

从历史的角度来看，自三叠纪初期开始，一直到侏罗纪晚期，大同市矿区内的构造发生了三次较大的地质构造运动。近些年来，大同矿区所处的地质环境比较动荡。

3 区域地质构造对山西成煤的影响

通常区域地质构造对成煤的影响主要表现为煤层出露形态、赋存状况、煤质及煤变质作用、矿井地质构造等方面，下文将分别对其进行详细阐述。

3.1 区域地质构造对煤层出露形态的控制

山西矿区的煤层遵循由东南向西南再到东南的变化过程，油区域地质构造决定的煤层走向和周围的山体走向是基本相似的，煤层出露形状在俯视图上可以清晰地观察到为反向的S型，并且弯曲的地方曲率较大，整个行迹线较为圆润舒缓，没有过于急促的拐弯处。

3.2 区域地质构造对煤层赋存状况的影响

3.2.1 断层构造对煤层赋存的影响

断层作为一种地质构造，很大程度影响了煤层的完整性以及煤层封闭水平，使得煤岩特性发生较大改变，曾有数据表明，断裂对煤层赋存影响深远。通常，如果断层为压性的，那么断层面具有封闭性的特点，这样自发的会在断层带周围产生应力集中带，由此使成煤的赋存增加。然而，张性断层则拥有开放性极强的特点，断层周边受应力将减少，从而在周边会形成压力小的低压区，这样由于煤矿取出后，所受的应力得到释放，从而成为低压区。根据不完全统计，在山西矿区内以正断层为主。正断层是上盘相对下盘向下运动的倾向滑动断层，对于突发事故有较强的适应性，因为其拥有优良的面对紧急情形的适应性。与此同时，断层构造还可以作为通风口，可以避免瓦斯等造成人员伤亡。断层落差等于上盘下降幅度与下盘下降幅度的差值，山西大部分区域的断层落差基本在10m以内。

3.2.2 褶皱对煤层赋存的影响

褶皱所在位置和尺寸都会影响煤层赋存，不同的褶曲部位煤层赋存有很大区别。褶皱一方面使得煤层得到抬升，使煤层所受的静压力变小，煤层气更容易解吸。其中当地质构造倾斜度较大，且顶部呈压性闭合时，对于煤层赋存有积极作用。

另一方面褶皱存在于局部区域，尤其是在背斜、向斜轴等部位发育，增加煤层渗透率，从而更方便煤层气的解吸。如果煤层埋深很小，该背斜轴部是不利于煤层赋存的。但如果裂隙过度发育会使煤层气大量逸散，不利于储存。

3.3 区域地质构造对煤质及煤变质的影响

就山西整体的成煤情况来看，南部较北部更加有利，北部的地势相比南部更高，所以南部的煤质相比北部更佳，但是也更容易变质。山西省的煤炭种类繁多，几乎囊括我国目前所拥有的所有煤炭种类，并且有较高的品质保证。其中褐煤和长焰煤属于不易变质的煤类，而贫煤和无烟煤属于高变质，这些煤类的分布遵循从北往南变质程度逐渐提高的规律。大同煤田属于山西北部，主要产出粘结性较弱的煤，这种煤多用于动力，不仅可以用以发电或者燃烧，也可以作为机车动力。而焦煤则主要分布在中南部［2］。

3.4 区域地质构造对矿区构造分区的影响

山西矿区中有大量处于横纵构造带的交叉处，该区域对于成煤有重要意义，具有特殊的位置特点，正因这些横纵构造带交叉处的存在，使得整个矿区的东西部呈现出较大的差异，区域地质构造有很大差别，构造分区很清晰。西部相比东部拥有更加复杂的地质构造，出现了更多的断裂和褶皱区域，然而东部的地层多为单斜状的，地层构造比较清晰明了，但是二者的展布方向也不尽相同，东部多为东西走向，西部则多为自东北向西南的走向。西部由于褶皱较少，所以对采煤的影响不大。

3.5 区域地质构造对煤层开采技术条件的影响

根据不同的区域地质构造通常会决定不同的开采技术条件，限制采煤效率，为了最大程度增加安全性，开采技术的选择需要有较多的实践经验，该过程呈现出一定的规律性。

首先要考虑的是瓦斯情况。由于山西矿区的成煤环境有较长历史，所以大部分矿区都遭受过多次高强度的冲刷，这样就使得煤的性质不佳，而且盖层的条件较差，这就使得矿井内的瓦斯含量很低，尽管不少矿区经历了多次延伸，但是瓦斯含量始终处于较低的水平。矿井瓦斯在南部的含量虽然很低，但是北部含量明显高得多，在高瓦斯矿井内工作时，应当格外注意瓦斯突出危险。

其次是顶底板情况，顶底板指的是煤层中位于煤层上下一定距离内的岩层，根据煤层向上，可以将顶板分为伪顶、直接顶和老顶三个部分，其中老顶是最基本的顶，按来压强度可以分为四个等级。但是并不是所有煤层的顶底板均由上述三部分形成，比如山西大同等地的侏罗纪煤层的顶板仅仅发现了老顶。山西各区域的地质构造为西部底板强度高，东部的底板多是细碎屑岩，强度相比低得多，从而更加容易发生塌陷，因此在采煤过程中要对底板强度较低的区域采取相应措施。

然后是煤层倾角，大同煤田的早侏罗纪煤层、沁水煤田等均埋藏浅、倾角平缓，地下开采条件良好，并且开采当地的地质条件简单。

最后是自然发火情况，虽然山西矿区断层少、煤层倾角小，开采条件优良，但偶有自然发火情况，目前山西矿区煤层的开发工作仅仅在较浅的部位，这样使得顶板管理更方便，煤层自然发火控制更加自如，这些问题在开采早侏罗纪煤层时并未遇到，说明开采难度有较大提升。

4 结语

为了提高采煤效率并且保证开采过程中的安全问题，就必须深入了解区域地质构造对山西矿区成煤的影响因素，由此根据不同的煤层赋存状况、煤层出露形态、煤质及煤变质作用等从根本上对采煤予以有效控制。要把握“北贫南富”的煤性规律、“北高南低”的地势特点、“北杂南纯”的煤质特点、“北断东连”的矿井地质构造，并以此为依据展开地质的预测工作，指导实践，避免盲目的煤炭开采，削减不必要的资金投入。

［1］ 贾亚会，鹿爱莉，田会礼，等.山西沁水盆地煤层气有利开采区块研究［J］.中国矿业，2012（3）：38－41.

［2］ 张璐.山西潞安矿区典型井田地质构造与煤系地层特征分析［J］.科技信息，2013（2）：441；443.