淮南煤田潘二井田13－1煤层地质构造特征

王礼旺， 彭 军， 张代波

(安徽理工大学 地球与环境学院，安徽 淮南 232001)

随着我国对煤炭资源需求的不断增长，煤矿的开采规模、采掘深度不断增加，煤矿井下的地质条件也愈加复杂，因此煤矿生产中的安全问题就更加严重。在众多安全问题中，因地质构造因素影响的国内外90%的突水事故是由断层和裂隙引起的，每年我国煤矿采煤生产损失几十亿元。潘二矿煤田开采过程中同样受到瓦斯突出、矿井突水及冒顶事件等灾害的制约，这些因素已严重威胁矿井安全生产。

造成上述安全隐患的主要影响因素是地质构造。笔者以潘二矿的主采煤层13－1煤层为例，研究潘二矿13－1煤层构造规律，分析煤矿安全影响因素，对瓦斯突出、突水、冒顶等灾害问题加以系统总结。希望能够定量预测未开采区域构造，指导矿井安全高效的生产[1－5]。

1 潘二矿13－1煤层地质构造特征

为了更好地研究断层的发育规律，对13－1煤层断层的发育特征进行统计和观测。

在潘二矿13－1煤层断层中，正断层的数量多于逆断层，但在落差大于10 m的断层中，逆断层数量为45条，正断层为29条，逆断层数量多于正断层。特别在落差大于100 m的断层中，逆断层有3条，而正断层仅有1条。这在整个淮南矿区中实属罕见，在煤矿掘进和煤层开采中要特别加以注意。

逆断层在矿井内自北向南均有分布，多呈地堑状或地垒状产出，主要分为NE向的逆断层和NWW向的逆断层。NE向的逆断层主要有F5和F6，其中F5断层更是贯穿矿井南北。NWW向在矿区内普遍发育，在矿井自北向南发育，根据断层性质及其组合关系，可判断为同一构造时期的产物，且NWW向逆断层切割NE向逆断层，后者要早于前者。

正断层在矿井内自北向南广泛分布，且小断层受整体规模为大中断层的控制比较明显，二者在分布上按走向分组，相应组的分布基本一致，性质上近似相同，是同一时期构造运动的产物[6－8]。

2 断层分布的方向性

2.1 断层走向

断层走向代表了断层的平面延伸方向。13－1煤层断层发育的脆性断层按其走向可以分为五组，以NEE向最为发育(60°～80°)，共35条，占脆性断层总数的33%;NWW向(280°～300°)断层次之，共27条，占脆性断层总数的25.5%;再次为NW向断层(300°～330°)共18条，占脆性断层总数的17%;NNW向(330°～350°)有9条，占脆性断层总数的8.5%;NNE向(60°～80°)最少，只有 8条，占脆性断层总数的7.6%。总体来说，整个煤层发育较均匀，断层走向统计见表1。

表1 13-1煤层断层走向统计Table 1 13-1 coal seam strike of fault statistics

煤层断层走向玫瑰花图见图1。由此可见，13－1煤层断层的走向以近EW方向为主，在玫瑰花图上也得到充分体现，超过一半以上的断层走向分布在近EW方向。

图1 13-1煤层断层走向玫瑰花图Fig.1 13-1 coal seam little fault strike rose diagram

2.2 断层倾向

断层是三度空间实体，断层倾向反映了断层的剖面延展方向。13－1煤层断层倾向的统计结果表明，区内断层倾向较为集中，特别是以NE—NEE向断层为主(0°～50°)，共36条，占脆性断层总数的34%;NW—NNW 向断层(310°～360°)次之，共 24条，占脆性断层总数的22.6%;再次为近SE—SSE向断层(140°～180°)，共15条，占脆性断层总数的14.2%;近WE向和近EW向倾斜断层(80°～100°和260°～280°)分别为9条和4条，占脆性断层总数的12.3%;其他方向上断层，如NWW向、SW向等方向上断层数量均是少数。据13－1煤层不同性质断层分别编制煤层的正断层、逆断层的走向和倾向的玫瑰花图，见图2和图3。

图2 煤层断层走向玫瑰花图Fig.2 Coal seam little fault strike rose diagram

图3 煤层断层倾向玫瑰花图Fig.3 Coal seam little fault tendency rose diagram

主要发育有NE、NW、NWW三组，其中以近EW向占据最主要的部分;倾向以NE为主，同时发育有NNW。逆断层的走向较为集中，主要发育有NNE和NWW两组，其他较为分散;但逆断层的倾向却比较分散，主要发育有NEE、NE、NNW和NWW等几组。

2.3 断层倾角

潘二矿13－1煤层断层倾角统计结果见表2。表2表明，断层倾角主要集中在40°～80°，倾角以70°～80°为主，次之为60°～70°，总体特征是断层倾角较陡。煤层断层和正断层分布见图4。正、逆断层的倾角分布不同，正断层以70°～80°为主，而逆断层以40°～50°为主，从直方图中可以明显地看出。

表2 断层倾角统计Table 2 Dip angle of fault statistics

图4 煤层总断层与正断层分布Fig.4 Coal seam fault and normal fault distribution

2.4 断层落差

整个13－1煤层以落差小于50 m的断层为主，其占到总数的96.22%，其中小于、等于50 m或等于20 m的断层43条，占到断层总数的40.57%;小于20 m大于或等于10 m的断层共有25条，占到断层总数的23.58%;小于10 m大于或等于5 m的断层27条，占到总数的25.47%;小于5 m的断层共有3条，占到总数的2.83%。落差在50 m以上的断层相对较少，共计8条，占断层总数的7.54%，落差大于或等于100 m的断层共有4条(表3)。

表3 13-1煤层不同落差正逆断层统计Table 3 13-1 coal seam gap of normal and reverse faults statistics

断层落差与平面延展长度的关系见图5。

图5 煤层断层落差与延展长度关系Fig.5 Coal seam fault throw and length of relationship

断层落差与其平面延展长度在总体上呈正相关关系，即平面延展长度大的断层其相应的落差也较大，但不同落差范围内的断层其延展长度分布也存在一定的差异，落差小于或等于50 m的断层与其延展长度相关关系明显，见图5a;而断层落差大于50 m的与其相关性比较差，见图5b，关系较为离散。这也从侧面反应了小型断层构造复杂性较低，而大型断层构造复杂性较高，对矿井的综合生产、生产效益和煤矿井的安全生产都具有非常多的影响，因此要特别注意大型断层[9－10]。

3 结论

(1)13－1煤层的断层总计106条，其中正断层80条，逆断层26条;落差大于、等于10 m的76条，落差小于10 m的30条，矿井内断裂构造极为发育。

(2)13－1煤层断层较为发育，大部分正断层落差在50 m以下，落差大于50 m的正断层数量极少，在大中型断层中(落差≥10 m)逆断层占明显优势，落差较大的断层基本为逆断层，在开采生产过程中应引起注意。

(3)13－1煤层主体褶皱为一走向近EW、向N倾斜的单斜构造，褶曲构造不甚发育，仅局部沿走向呈波状起伏。

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