贵州修文龙窝煤矿构造分析及其对煤矿生产的影响

聂波 徐大杰

摘要：本文通过分析龙窝煤矿的地质构造，研究其演化历史，探讨构造发育对煤矿开采的影响。综合研究发现区内发育褶皱1条（龙窝向斜）和断层7条。研究区的构造演化是在黔中隆起的基础上经过燕山期NW-SE向挤压形成了先期的龙窝向斜及逆断层F3和F7，后期构造反转发生伸展作用形成了正断层F1、F2、F4、F5和F6。区内构造的发育，破坏了煤层的连续性，还导致矿区的开采技术条件变得复杂，对矿区的煤炭资源开发有一定的影响。

关键词：龙窝煤矿；构造分析；构造应力场；构造演化

龙窝煤矿位于黔中区域，前人对此区域的构造特征、区域矿产等已做了一定的研究[1-8]。本文通过对龙窝煤矿地表地质调查以及钻探工程，结合区域地质资料，分析了矿区聚煤期后断层及褶皱对煤层的破坏和改造作用，并探讨了构造条件对煤炭资源、开采方式、安全生产的影响，以期对今后煤矿的进一步勘查开采具有指导意义。

1.区域地质背景

研究区大地构造位于羌塘-扬子-华南板块（I）扬子陆块（II）上扬子地块（III）黔北隆起区（IV）织金穹盆构造变形区（V）。织金穹盆构造变形区构造样式以穹窿-构造盆地及短轴背向斜组合为主，线性构造形迹优选方向有近SN向、NE向、EW向及NW向，穹窿-构造盆地主要发育于不同方向构造之间的过渡区域[9-11]。由于研究区位于织金穹盆构造变形区（V）东南边界与凤冈南北向隔槽式褶皱变形区（V）结合部位，受边界条件师宗-贵阳-镇远断裂以及遵义-贵阳断裂的影响，研究区仅发育NE向和近EW向的褶皱及断层（图1）。区内发育的地层主要为二叠系中统茅口组、二叠系上统龙潭组、二叠系上统长兴组；三叠系下统夜郎组，三叠系下统茅草铺组、三叠系中统松子坎组。

研究区地处织金穹盆构造变形区东南部下阱口断裂和-安清杨家寨断裂（遵义-贵阳断裂南段）所夹区块六广向斜和小箐向斜之间。下阱口断裂和-安清杨家寨断裂皆为NNE向压扭性逆断层，倾向SEE。六广向斜和小箐向斜均为NE- NEE向的宽缓向斜，两翼倾角均较缓，为10°～20°[10]。研究区处在六广向斜南东翼以及小箐向斜北西翼和复杂断层的发育部位，断裂、褶皱均发育，主要构造线方向为NE向和NEE向（图1）。

2.矿区构造特征

研究区中东部发育一条轴向NE-NEE的向斜（龙窝向斜），研究区内延伸约3km，扩展宽约2km，核部最新地层为三叠系下统夜郎组玉龙山段厚层状石灰岩，两翼地层主要为夜郎组沙堡湾段、龙潭组、茅口组，两翼地层倾角均较缓，约12-18°，平均15°，为不对称宽缓向斜（图2，图3）。

研究区发育断裂构造7条（图2，图3），其构造特征见表1。

其中，F1、F2、F4、F5和F6为正断层，F3和F7为逆断层。断层切割二叠系-三叠系的地层。正断层走向均为NE向，30°～50°，倾向SE，倾角45°～70°；F2、F4、F5和F6断层落差50m～200m，F1断层落差300m～500m。逆断层F3和F7走向均为NE 30°～40°，倾向NE，倾角50°左右，F3断层落差40m～50m，F7断层落差大于500m。

区内发育的断层及褶皱皆为NE或近似NE向。其中，龙窝向斜与六广向斜及小箐向斜具有相似的构造属性，同属NW-SE向挤压构造应力作用的产物；同样，逆断层F3和F7也是NW-SE向挤压构造应力作用的产物。因此，研究区内龙窝向斜以及逆断层F3和F7可能是同一构造应力场作用下形成的；逆断层和褶皱在局部方向有所差异，可能是应力在持续作用下，该地区随边界条件的改变而发生构造扰动所致。NE向的正断层则是在伸展环境下形成的，同逆断层以及褶皱的形成分属不同的构造期次。结合区域地质资料，小箐向斜发生褶皱作用卷入的最新地层为中白垩系的红色砂砾岩沉积，可判定产生褶皱和逆断层的时代为燕山期。在本区无法判定NE向的正断层和逆断层的生成先后循序，但邻区直距龙窝煤矿10km的大坝煤矿区NE向的正断层切割了NE向的向斜[12]，可判定NE向的正断层晚于前期的NE向具挤压性质的构造行迹。因此，可以间接判定出研究区NE向构造先形成逆断层和褶皱，后形成正断层。与前人的分析基本一致[9-11]。

3.构造分析及演化

研究区域的构造发展史可知，该区域南华纪-二叠纪属于黔中隆起区，经历了海中隆起和陆上隆升两个阶段[1-3]，但其都为垂向上的运动，不发生褶皱运动，因此黔中隆起发展阶段只是对研究区的构造形态提供物质基础，使地层发生小角度倾斜。印支运动，在贵州主要呈现为一个走向北北东并向北扬起的宽缓向斜拗曲，研究区地处该向斜转折端附近，地层倾角影响较小主要使其向SE向倾斜。燕山运动使研究区受到NW-SE向挤压，形成NE向的褶皱和逆断层，由于挤压应力的持续的不同阶段和边界条件的改变，造成逆断层和逆断层，以及逆断层和褶皱反应的作用强度和方式可能不一致。区域上的下阱口断裂断距约100m，安清-杨家寨断裂则大于1000m，逆断层F3的垂向断距则为40m～ 50m，F7的垂向断距则>500m，同时F3断层具有旋钮性质，在北段表現为逆断层，在南段与后期形成的F2断层重合，表现为正断层，实际上是该断层在燕山期挤压构造应力场中表现出逆时针旋钮性质，可能与伊佐奈岐板块在侏罗纪时期向西北方向运移、俯冲和碰撞有关[20]；也可能是燕山期构造应力转换造成的。燕山后期，挤压构造应力场转换成伸展构造引力场，从而形成了正断层F1、F2、F4、F5和F6。断层F1落差最大，则说明该处伸展作用可能最强。喜山期，贵州省可能兼受太平洋板块和印度板块俯冲的影响，主要表现为区域性抬升和断块活动，形成一系列地垒-地堑式构造组合样式。矿区的构造样式可能与喜山期的构造运动没有直接联系，但是区域上一些NE向的断层则是在喜山期再次活化（和平断层在修文县六广附近切割了上白垩统）。因此，研究区的逆断层的倾角较大，可能与喜山期的构造运动有关。

4.构造对矿区的影响

4.1对煤炭资源量的影响

由于矿区范围内构造的发育，不仅破坏了煤层的展布形态，还对煤炭资源量存在一定影响。若将该矿区的断层及褶皱取消，恢复沉积初始的近水平状态，利用平均煤层厚度，则可大致计算出矿区应有初始煤炭资源量为1970万吨，但矿区通过勘查估算获得资源储量为1120万吨，比初状态减少了850万吨。

4.2对煤矿开拓巷道的影响

龙窝煤矿煤炭成藏后，由于后期的构造运动，区内的煤层被切割分成几部分，使矿体的产出形态复杂化，增大了区内煤炭资源的开采难度。首先，在巷道开拓中，需要避开断层破碎带，尽可能将断层作为采区划分的边界，导致采区布置复杂化；其次，断层还影响平巷掘进，巷道掘进中，若遇到稍大的断层，有时须考虑使巷道拐弯，以保证平巷和煤层底板的距离，但巷道拐弯会增加巷道长度，从而增加运输环节，对各种管道工程的铺设也带来很大困难，在掘进中碰到断层，还必须加强支护，甚至要采取特殊措施才能通过断层[13]。例如本区的F1断裂，上下盘断距达到300m～500m，在布置开采巷道时，下盘的巷道若需延伸到上盘，需贯穿F1断层，增加的巷道长度将超过1500m。不仅造成矿山建设成本增加，且随着深度的增加，巷道的支护难度也将随之增大。本区断裂較多，褶曲发育，煤层的连续性差，在一定程度上，造成机械化采煤的难度增加。

4.3对煤矿生产安全的影响

在矿区开采过程中，地质构造所呈现出的变化是导致安全事故发生的一个重要因素。褶曲构造会导致煤层顶底板的塑性变形，出现纵弯、横弯的现象，形成不同形式的剪切现象，在受外力作用的情况下，可能引发顶板冒落、塌陷等事故的发生；而断裂构造，常常成为煤矿地下水、瓦斯的汇聚通道，在一定条件下诱发突水事故和瓦斯事故[14-15]。根据搜集的区内煤层顶底板物理力学样，在向斜轴部，其岩石的抗剪抗切强度较弱；而矿区的东南部地区，由于受F1、F5、F6断裂的影响，煤层埋深较深，基本上都处于当地最低侵蚀面以下，地层岩石含水较多，断层有可能成为突水通道。

5.结论

（1）通过对矿区褶皱和断裂特征及其构造组合分析，受区域性的NE向褶曲构造与断裂控制作用明显，区内构造以NE向构造为主，区内构造属褶断型控煤构造。

（2）分析研究认为，本区的构造形态主要是在燕山期定型的。在燕山早期，受挤压构造应力场作用下形成了龙窝向斜以及逆断层F3和F7；燕山晚期，挤压构造应力场转换成伸展构造引力场，从而形成了正断层F1、F2、F4、F5和F6。喜山期构造运动可能对区内构造形态进行了轻微改造。

（3）本区范围内构造特征的分布，不仅破坏了区内煤层的原生形态，还导致区内煤炭资源较原生态减少；且区内构造的发育与分布，对煤矿的采区布置、巷道掘进、安全生产等均有较大的影响。

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