岱庄煤矿断裂构造特征及其对煤矿生产的影响

2020-08-07张牧裴富华黄勃

山东煤炭科技 2020年7期

张牧裴富华黄勃

（1. 山东科技大学地球科学与工程学院，山东青岛 266590；2.淄博矿业集团有限责任公司岱庄煤矿，山东济宁 272075）

岱庄煤矿位于济宁煤田的中北部，济宁市区正北约4.0km 处，井田面积为65.6253km2，总体上为一走向北东、倾向南东的单斜构造。区域构造在一定程度上影响着井田构造，区域的构造作用及井田在区域构造中所处的位置，都直接控制着井田构造的展布规律[1]。

1 矿区构造特征

1.1 褶曲

该区区域地层的褶曲构造主要受北东向的基底褶曲构造控制，井田内次一级褶曲构造较发育，发育北东向、北西、近东西向的三组次级褶曲构造。以北东向为主，近南北向褶曲发育在井田的西部和中南部，东西向褶曲主要发育在井田的南部。北东向褶曲有四个向斜以及四个背斜；北西向褶曲也存在四个向斜和四个背斜；而近东西向褶曲则只有一个向斜以及一个背斜。

1.2 断层

截至2019 年底，生产巷道及开采工作面共揭露落差＜10m 的小断层804 条（其中，10m ＞落差≥5m 的断层135 条，落差＜5m 的断层669 条），多以北东向为主，近南北、北西向次之，揭露的断层多为张性断裂。小断层在3上煤层东北、东南、中部和3下煤层北部及16 煤层中东部较为发育，落差在0.8～5.0m 之间；在平面分布上常呈弯曲状，沿走向有分叉、分支现象，其延伸一般不远；断裂面粗糙、不平，倾角波动大，一般在45°～77°不等；断裂面两侧存在一定宽度的岩层破碎，两侧常有指示断盘相对运动的构造形痕，如擦痕、牵引等。

1.3 地质构造发育规律

该井田煤矿揭露的断层多以北东向为主，近南北、北西向次之，且绝大多数为张性正断层。根据各项工程资料揭露，井田内共发育有64 条落差≥10m 的断层，其中落差≥100m 的4 条、100m＞落差≥50m 的8 条、50m ＞落差≥20m 的20 条、20m ＞落差≥10m 的32 条。在平面上的组合关系及展布规律具有多样性和复杂性。根据矿井生产以来揭露各类小型断层的组合特征、相互关系，归纳出以下三类断层组合：

（1）平行排列的断层组合

具体表现为走向基本一致、有较小间距的一组小断层，呈有规律的排列。

如图1 所示，间距分别在20m、50m 左右；3上煤层中部1301 工作面揭露的DF5、DF6 断层，走向北东，间距约60m 左右；3上煤层东部1353 工作面揭露的DF4、DF15 断层，走向北东，间距约50m 左右。

图1 3上煤层1307 轨道顺槽、3301 轨道及皮带顺槽揭露断层示意图

（2）收敛-发散式断层组合

具体表现为一组断层向一个方向收敛、向另一个方向散开的排列形式。

庄头断层与庄头支断层-4、庄头支断层2 均向北东方向发散，庄头断层与庄头支断层-1 向西南方向发散，散开方向断层最大间距约为320m 左右；庄头支断层-3 断层向北东方向收敛与庄头断层最后相交。如图2 所示。

图2 庄头断层及分支断层置示意图

（3）小断层群密集成带（或区）

在一定区域内小断层密集出现，构成密集带或区，成为小断层复杂块段。例如在3上煤层庄头支断层南部，3上煤层4311、4312、4318 工作面，DF4 断层南部。另外，该井田内小断层的分布还具有递变性及分带性等特征。

2 断裂构造对煤矿生产的影响

2.1 断层对采区划分的影响

由于采区的主要巷道大都为沿煤层布置，凡落差10m 以上的断层都迫使采区巷道要长距离在岩层或半煤岩中掘进，比如3上煤层4313 工作面受断层的影响致使工作面不连续。

2.2 小断层对综采工作面生产的影响

工作面中遇到小正断层会使煤层变薄，当煤厚小于最低采高时，工作面必须破顶板或底板推进[2-3]。因此，落差2m 以上的断层均将造成破顶或破底板推进，从而降低了工作面正常循环进度和产量下降，而且使原煤中矸石、灰分随之增高，煤质变差。另外，断层附近顶板难于管理，容易造成冒顶事故，影响着安全生产。比如3上煤层4311、4312、4318 工作面受北东及北西向小断层的影响较为严重。