宿南矿区煤炭资源开采地质条件分析

英成娟

摘 要：煤炭开采地质条件是指影响煤矿建设和安全生产过程中各种地质因素。本文以宿南矿区为研究对象，从区域构造、水文地质条件、煤层厚度、岩浆侵入和顶底板稳定性等方面进行开采地质条件分析。

关键词：宿南矿区；矿井地质；开采地质条件

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.070

0 引言

宿南矿区位于安徽省宿州市的东南部的宿南向斜构造带上，同时被一轴向北～东、东北被一组北西向西寺坡逆断层切割，其总体轮廓为一弯勾状的单斜构造[1]。矿区包括桃园井田、祁南井田、祁东井田和龙王庙井田4个井田。宿南矿区主要含煤地层为二叠系，二叠系含煤地层为下统山西组、下石盒子组，上统上石盒子组，其主采煤层主要为32、72、82和10煤层[2]。

1 区域构造

据区域资料对大地构造单元的划分，淮北煤田位于华北板块（Ⅰ级构造单元）东南缘之淮北凹陷（Ⅱ级构造单元）内，东以郯庐断裂与扬子板块相接，南依蚌埠隆起和淮南煤田相望，煤田构造的形成和发展与华北板块总体构造的形成及板缘构造的演化有着密切联系。煤田划分为宿县、涡阳、临涣和濉肖等四个矿区，本区所在的宿县矿区位于煤田的东南部、宿县～涡阳凹褶带内[3]。

宿南矿区位于安徽省宿州市的东南部，为一轴向北～东、东北被一组北西向西寺坡逆断层切割，破坏了向斜构造的完整性。其总体轮廓为一弯勾状的单斜构造。如图1所示。

从地应力的角度加以分析，宿南向斜（北北东向）首先是受到大致东西方向挤压力而形成的，且在产生过程中，必然会向南北方向延伸。由于南部受到东西方向的蒙城至固镇隆起阻挡而产生南北方向约束力的挤压，从而造成宿南向斜南部的近于屉形的构造特征，并在南翼进一步产生了与地层走向相平行的次级褶皱，即王楼背斜和张学屋向斜。由此推测，井田的东南部应力集中程度要更强些。

1.1 褶皱构造

褶皱构造对宿南矿区煤层的控制作用具体表现为：首先，宿南向斜控制着煤层的分布与展布形态。其次，次一级的褶皱构造影响着局部煤层的形态与产状，改变矿区内煤层的分布状态。再其次，煤层中波状起伏状态，改变了煤层的倾角与厚度。

宿南矿区的褶皱构造作用不强烈，且深部与浅部差别较大，浅部变形强烈，深部较弱、不同部位差别较大。褶皱构造多发育在宿南向斜南部和东翼，而在西翼，褶皱构造不发育。宿南向斜的南端，由于受到楚河泗县正断层的束缚应力影响，使得南部向上仰起且发育较多的褶皱构造，但褶皱基本都在浅部发育，深部很少见一定规模的褶皱构造。宿南向斜东翼，由于受到西寺坡逆冲推覆体的影响，东翼褶皱构造发育，且也仅是在浅部发育。在宿南向斜西翼，桃园矿井田内，褶曲构造不发育，主要表现为波状起伏。宿南矿区褶皱轴向主要有北西向、北北东、北北西向及近南北，以北西向和北北东向为优势方位。

1.2 断裂构造

在宿南矿区内，正断层为主要断层类型，占断层总数目的90%以上，逆断层发育较少，但逆断层都为大中型断层，落差全在5m以上，对煤层的破坏能力较强。并且矿区内发育断层的倾角主要都集中在60～80°之间，占总断层数的75%以上，也就是说，在宿南矿区内高角度断层极为发育。

多数走向为北北东及北东，少数为近南北、东西或北西向；北北东及近东西向的断层规模比较大，其它方向的断层一般规模较小；正断层都是高角度的，一般在65～70?以上；逆冲断层倾角相对较小，但在徐宿推覆构造体系中，逆冲断层倾角在65?以上的也常见。淮北煤田的肖县背斜、闸河向斜、宿南向斜均受其影响和控制，而宿东向斜则是位于西寺坡逆冲断层与东三铺逆冲断层之间的断片或滑块上。

宿南矿区的构造复杂程度等级分区具有高度的一致性。复杂区和极复杂区都分布在矿区的西南部、南部和东部，而简单区和中等区都分布在矿区的西部和深部区域。这是由于矿区的西南部是宿南向斜的转折端，构造应力的集中带。在这个区域，中小型断层极为发育，并且发育了规模较大的次级褶皱（王楼背斜、张学屋向斜），使得此区域的构造变形非常复杂。矿区南部，即为宿南向斜的南部仰起端，构造应力作用明显，再加上区域内特大型断层（魏庙断层）的影响，使得南部的构造较为复杂。矿区东部，即为宿南向斜东翼，由于大型逆冲推覆构造（西寺坡断裂带）推覆挤压作用，使得岩层倾角变陡，构造发育，所以此区域的构造复杂程度等级也相对较高。

2 水文地质条件

淮北煤田位于淮北平原的中部，在地貌单元上属于华北大平原的一部分，为黄河、淮河水系形成的冲积平原。除肖县、濉溪、宿州北部有震旦、寒武、奥陶系岩层出露形成剥蚀残丘低山外，绝大部分地区被第四、第三系松散层覆盖，形成平原地形。低山的海拔标高为180～408m，平原地面标高一般为20～50m。地势总体上由西北向东南微微倾斜。

2.1 地表水

本区河流均属淮河水系的一部分，主要有濉河、新汴河、沱河、浍河及涡河等，它们自西北流向东南，除前二者直接流入洪泽湖外，其它各河均汇入淮河再流经洪泽湖然后入海。这些河流均属季节性河流，河水受大气降水控制，雨季各河水位上涨，流量突增；枯水期间河水流量减少甚至干涸。各河年平均流量3.52～72.10m3/s，年平均水位标高为14.73～26.56m。

2.2 地下水

该区新生界松散层的沉积厚度受古地形控制，厚度变化大，除少数基岩裸露区外，厚度为40～500m，其变化规律是自北向南、自东向西逐渐增厚，从地层剖面上可划分为四个含水层（组）和三个隔水层。（局部地区缺失四含、三含或三隔）。

二叠系含煤地层根据主采煤层的赋存层位，一般分为三个砂岩裂隙含水层（段）和四个隔水层（段）。还有石炭系太原组和奥陶系两个石灰岩岩溶裂隙含水层（段）。

3 煤层厚度特征

该矿区含煤地层厚度约600～1800m，平均为1080m，从下到上含11～1共11个煤组，含煤50余层，含煤平均总厚为27.9m，含煤系数为2.56%。矿区可采煤有3、5、8、9、10等5组，其中32、72、82、10为主要可采煤层。1、2、4、11煤组煤层不稳定，变化大，易相变为炭质泥岩或尖灭，均不可采。。二叠系地层主要包含下统山西组（P1S）、下统下石盒子组（P1X）以及上统上石盒子组（P2SS）[4]。 二叠系含煤地层含煤情况见表1。

根据各个井田煤层数据统计，得出以下结论：

宿南矿区山西组平均厚度为115～165m，含10、11煤层，可采煤层平均厚度1.09～2.65m。其中11煤层稳定性差，为不可采煤层。龙王庙井田的可采指数达到0.96（如表2所示）。

宿南矿区下石盒子组平均厚度为 225～280m，含4～9煤组，可采煤层由5至13不等，可采煤层平均厚度1.10～2.61m。其中61、63、71、72、82煤层稳定性相较稳定，全区大面积可采，如表3所示。

宿南矿区上石盒子组揭露的平均厚度在350～680m以上，含3～4层可采煤层，可采煤层平均厚度0.97～1.61m。共含1、2、3三个煤组，其中32煤层相对其他煤层稳定，各个煤矿均大面积可采，如表4所示。

矿区内各个煤层厚度平面分布整体均成呈弧形条带状分布，不同煤层条带数不等，条带状的走向与西寺坡逆断层的走向一致。各煤层厚度均在矿区的西南部王楼背斜和张学屋向斜等次级褶皱发育的部位增厚，呈三角状，斜边方向与西寺坡断层走向一致。该厚煤带东北方即宿南向斜的核部煤层厚度值均较大，且稳定性好。靠近西寺坡断层带的煤层厚度也较大，尤在矿区的东部边缘地区，煤层呈串珠状分布，局部厚度可达到10m以上。10煤层由西南部煤层由西南至东北呈厚-薄-厚-薄-厚的五个相对厚度带。72煤层处在10煤层之上，煤层由西南至东北呈厚-薄-厚的三个相对厚度带。32煤层为三个主要可采煤层最上方，煤层厚度由西南至东北可分为厚-薄-厚-薄的相对厚度带。

4 其他开采地质条件

4.1 地应力

中国的石炭二叠纪含煤地层形成后主要经历了印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动等，煤层构造运动的规模、涉及范围、构造应力场等均不尽相同，煤层形成后，历经构造运动中拉张陷裂活动会使煤层瓦斯大量逸散。不同级别的构造活动和构造应力场控制构造作用的范围和强度，亦控制着不同范围煤层瓦斯的赋存和分布，同时还控制着煤层运移条件、煤体结构的破坏条件和范围[5]。不同类型的地质构造在其形成过程中由于构造应力场及其内部应力状态的不同，导致煤层及其盖层的产状、结构、物性、裂隙发育等出现差异，从而影响瓦斯的保存。

地应力是主导因素，是发生煤与瓦斯突出的必要条件；地应力大的区域，瓦斯压力亦大；在构造应力作用下，煤的物理力学性质有明显改变；在某些构造附近易于发生突出，而某些构造附近则不发生突出，都说明采用地质动力区划研究煤与瓦斯突出的重要性[6]。

4.2 主采煤层顶底板的稳定性

矿区23、61、62、71煤层顶板均以泥岩为主，其次为粉砂岩，局部为细砂岩、中砂岩，多属不稳定～中等稳定顶板，局部为稳定顶板；8、9煤层顶板以细砂岩、中砂岩为主，局部粉砂岩，属稳定～中等稳定顶板；10煤层顶板以泥岩为主，较破碎，多属不稳定～中等稳定顶板；32煤层顶板以泥岩为主，次为粉砂岩，比10煤顶板稳定，属于稳定～中等稳定顶板；72煤顶板以泥岩为主，其次为粉砂岩，属不稳定～中等稳定顶板[7]。

4.3 岩浆侵入

岩浆侵入使煤层变薄、或形成煤包、或完全被吞蚀，使煤层厚度发生变化，不可采区增大，降低了煤层的稳定性；煤层被岩浆穿插，使煤层出现分叉合并现象，煤层夹矸增多，结构复杂。

宿南矿区的祁南矿、祁南深部、祁东矿和龙王庙南区井田均有不同程度的岩浆侵入，祁东深部、龙王庙北区井田未发现岩浆侵入现象[8]。其中在祁东煤矿、祁南煤矿岩浆活动较为强烈，呈似层状侵入煤层中，10煤层为宿南矿区岩浆岩最为发育的煤层，其次为9、8、7、6等煤层，岩性较单一，大都为基性、超基性的云煌岩，侵入中部含煤段中有少数为正长斑岩和辉石正长岩，属印支期的脉岩；多以1～4层“夹矸”形式出现，或呈小型岩床产出，平面呈片状或树枝状。从区域赋存规律分析，其原生沉积较稳定，但本矿区的10煤层由于受岩浆侵入影响，使其稳定性遭到破坏，在非岩浆侵入区，10煤层仍具有一定的稳定性，属较稳定煤层。

5 结论

（1）矿区地层岩性复杂，特别是小构造十分发育，风化作用中等，主采煤层顶底有软弱夹层及局部破碎带存在断裂，局部构造对煤层顶底板破坏严重，岩浆岩的侵蚀使煤层顶板工程地质条件发生变化，施工条件变差，局部地段易发生井巷工程地质问题。整个宿县矿区的褶皱体系为隔挡式褶皱，向斜深部平缓的地质条件更加有利于资源开发。

（2）全矿区内分布有稳定和较稳定的煤层，表现为良好资源分布条件。主采煤层在整个矿区的厚度分布具有良好的变化规律，总体上呈走向为北西-南东向，由南西朝北东方向厚薄相间的条带状分布。32、72、10煤3个煤层的厚煤与薄煤层的分布区在平面上不重合。

参考文献：

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