田庄矿断裂构造复杂性与发育规律的分析研究
2018-08-05贾延坤
贾延坤
(山东能源临矿集团田庄煤矿,山东 济宁 272103)
1 矿井概况
矿井位于济宁高新区王因镇境内,2002年11月正式投入生产,核定生产能力90万吨/年,主采16上和17层矿,矿层厚度分别为1.2m、0.97m,均为薄矿层;矿种为气矿。矿井低瓦斯、低二氧化碳,井田面积32.07km2。主、副、风井三个立井开拓、二个水平开采、中央并列式通风,走向长壁后退式采矿方法,根据地质条件不同,采用多种采矿和掘进工艺[1]。
2 断裂构造对开拓布局与生产的影响
田庄矿主采矿层16矿平均厚度1.2m,17矿平均厚度0.97m,落差1m左右的断层就可以将矿层断失,掘进期间必须进行挑顶,卧底或施工全岩巷道寻找失翼矿层;工作面断层多,频繁补开回采切眼,造成万吨掘进率大幅升高;落差在5m~10m左右的断裂构造直接影响工作面及采区开拓布局。受地质环境影响,矿井断层密集,产状复杂多变,是影响矿井生产的首要问题[2]。
3 生产揭露断层复杂性情况描述
断层落差大,走向延展较短,根据工作面实际揭露,此类断层主要表现在断层走向延展长度不大于30m,但落差发生急剧变化,极易造成,工作面推采受阻,无法正常推进。需重新施工补切眼,安装回采设备,不仅影响回采进度还造成丢矿现象。(图1)
图1 工作面揭露断层示意图
断层延展较长,走向,倾角变化大,此类断层致使工作面顺槽不能按照设计方向布设,增加运输设备、环节,且造成工作面丢矿现象。断层落差大,次生断层多,断层破碎带宽胶结性差,造成掘进支护困难,切极易发生冒顶事故。断层密集,在短距离内,发育有多条,产状差异较大的断层,造成巷道上下起伏大,运输困难,回采困难。
4 断层发育规律研究与分析成果
4.1 断层延展长度与走向变化
矿井正常地质工作中,常常将相邻顺槽或工作面揭露的产状、走向近乎一致的断层,理解为同一条断层。但在田庄矿矿实际生产中,因断层走向变化大,相邻采掘工程揭露产状、走向近乎一致的断层,为同一断层的实际情况不多(据统计只占30%左右)。因此不能盲目将相邻区域揭露的产状、走向近乎一致的断层解释为同一条断层,而施工补切眼或巷道工程。
4.2 同一条断层在不同层位产生不同断层倾角、落差
在多层矿开采的矿井中,常常利用上部矿层开采时揭露断层的产状,对下部矿层断层位置及落差进行预计。根据田庄矿矿开采的实际揭露情况证实,在层间距只有6~7米的16、17层矿中,16矿揭露断层倾角,落差与17矿差异很大,有时16层矿中存在的落差较小的断层,在17层矿中未发育;断层位置与按照16矿断层倾角推断的位置差异较大。经实践研究分析,主要原因是,石炭系地层中,岩性变化较多,岩层性质不同、硬度悬殊较大,在地层受压断裂过程中,因岩性不同造成落差、倾角差异较大。硬度高的脆性岩石断层面整齐,落差相对较大,软性岩石落差相对较小或只产生褶曲未断裂的情况。
4.3 同一条断层不同地点倾角的变化与断层性质的转变
断裂面倾角的方向决定了断层的性质,正断层,受水平拉伸发生张裂,上盘相对下降,下盘相对上升,断层面倾角较大,一般在45°以上;逆断层,受水平挤压,上盘相对上升,断层面倾角较小。
田庄井田经采掘实际多次揭露,同一条断裂,断层面的倾角方向相反,正断层转为逆断层情况。此种现象多发生在断面倾角在70°~80°的正断层上,断层面倾角由后倾转为前倾,断层性质有正变逆。在相邻顺槽揭露时为一条正一条逆,推采完全揭露断层后,发现是同一条断层(图3)。倾角发生逆转后的逆断层均为逆冲断层,逆掩断层、辗掩断层未发现类似情况。
图3 断层面倾角发生扭转平面示意图
4.4 不同时期形成的断层在实际采掘过程中体现
根据矿井工作面实际揭露以下几种情况能够充分体现断层的先后形成时间。
AA’断层先期形成后B断层后形成,并在产生错动的同时产生了水平移动,造成AA’断层在平面位置上发生偏移。C断层先形成D断层后形成,C断层延展较长,断层落差大造成断层两盘相对孤立,后构造运动不剧烈,只在断层上盘形成断裂,产生落差。