地质构造特征及对矿井安全生产的影响

（山西煤炭运销集团阳泉有限公司 山西 045000）

1.矿井概况

某煤矿的位置在南边紧邻善应镇，东边25公里处为安阳市。煤矿可开采面积为5.2km2，煤层埋深为+120m到-490m。煤矿批准开始建设时间为1968年，配准开采煤层为1号煤层，煤矿于1978年正式投产，设计生产能力为50万吨/年。随着开采深度增加，矿井的地质构造越发复杂，安全隐患问题日趋严重。因此，为了预先弄明白断层等构造的分布职位，需要预先探测该矿井的地质构造情况，从而提高矿井的安全性和经济效率。

2.矿井地质构造

该煤矿构造形态为向斜，沿着轴部走向为北东，同时西部还有三个向斜和一个背斜，地层内的裂隙发育较为成熟。

(1)褶曲构造

井田内部以及周边岩层主要褶曲（如图1）有三个向斜和一个背斜，向斜位于分别位于龙山、谢家庄以及尖兵岗，背斜位置在冯家洞。

图1 褶曲示意图

(2)断裂构造

岩层内断裂构造较多，根据钻探数据等相关参数统计，区域内共有大小断层76处，断层（如图2）类别为压扭性或者压性正断层。按走向分类，北西向走向有21处，北东向走向断层55处，主要分为北西-北西和北东-北东向两组。

根据落差对断层进行统计分析，得出落差小于10m、在10-20m、20-50m、50-100m、100-200m以及在200m以上分别各有51条、12条、11条、0条、1条以及1条。

图2 断层示意图

(3)陷落柱

井田内部陷落柱数量为6个，编号分别为A1-A6,其中在采掘过程中遇到的陷落柱为A1-A4，该4个陷落柱位于井田南部的13和25采区，陷落柱内充填杂质类型为砂岩、砂质泥岩和泥岩等，相对容易控制，而A5、A6陷落柱位于井田南部20采区，控制方式为三维地震方法，控制程度较为可靠。

图3 陷落柱示意图

(4)岩浆岩

矿区西面、北面以及中部地区都有岩浆岩，经过研究认为岩浆岩主要类型为闪长斑岩和闪长岩。岩浆类型为岩盆或岩床，岩层规模较小，且岩体逐渐沿着东向变小。

3.地质构造对生产的影响

(1)地质构造对顶板的影响

该煤矿1号煤层的顶板较为稳定，主要为泥岩、砂质泥岩以及少量砂岩。同时，该岩层大多数部位岩石发育较为完整，但是在断层等地段，岩石结构会有一定程度破坏，顶板强度略有下降，因此在掘进和煤层开采过程中容易发生冒顶片帮事故。矿井对顶板的处理方式为全部垮落法，鉴于断层的危害，煤矿在巷道掘进和煤矿开采时必须做好探测和管理，以减少冒顶事故的发生。

(2)地质构造对煤层瓦斯的影响

①褶曲构造

由于该煤矿地处断层构成地堑内，因而不仅瓦斯含量较高而且容易发生涌出。矿区瓦斯分布较为杂乱，部分煤层瓦斯含量较高，而部分煤层含量又较小，很不均衡。向斜的转折端和东西两翼瓦斯含量较高，因此煤与瓦斯突出发生的位置主要在向斜部位的转折位置、西翼以及东翼地区倾角较大区域，而向斜轴部则相对较少。

②断裂构造

构造应力对煤矿的安全开采造成了极大的危害，由于地质应力的存在，使得断层性质为压扭性或者压性断层。这种类型的断层会阻碍瓦斯的自由扩散，使得瓦斯在断层末端含量较多，极易发生突出事故。该煤矿瓦斯突出位置主要在正断层上部，几乎各采区均有不同程度的断层出现，且在断层存在地区，瓦斯相对较为集中。特别是15采区，该采区断层两侧的瓦斯集中带多达5个，累计发生瓦斯突出三十余次。由此可见，褶曲、断层等地质构造对煤层中瓦斯储存有较大影响，一旦处理不当将造成严重事故。

(3)地质构造对水文地质的影响

该矿区属于山脉隆起地段和沉降地带的过渡区域，北东向斜能够一定程度地对地下水进行控制。同时，断层的出现使得含水层不能很好地连续，比如位于西部位置的石灰岩地下水就因为断层的存在而中断，使得含水区域因为分割而彼此之间相互独立。该矿区落差100m以上的大落差断层有2条，其中落差200m以上断层为东南面的F185边界断层，落差为220m；落差100-200m的断层为西部方向的F305断层，落差为150m。

①F185断层

F185断层为矿区东南区边界的断层，走向为北东，落差区间为9220m，为压扭性断层。该断层在矿区南部逐渐消失，因而使得矿区内1号煤层和井田外的岩石形成给水边界。因此，在矿井开采过程中，需要留设防水煤柱。该断层导水能力较差，根据对其进行抽水试验，得出单位涌水量为0.000458l/(s·m)，渗水系数为0.00401m/d。断裂构造不仅能够对含水层进行控制，使得含水层之间相互独立，同时，也可能会使得不属于同一岩层的含水层实现整合，使得整体含水量增大，改变含水层、隔水层以及煤层之间的关系。因此对于断层的导水特性，应当根据地层实际构造进行分析。同时，断裂还会强化石灰岩岩溶，从而形成地下水富含带，容易引起突水现象。最关键的是，这个问题无法通过勘察探测进行查明，因此必须在生产过程中注意关注岩层状况。

②F305断层

该断层为矿区西部边界的断层，断层走向为东北，落差为130-150m。断层位于地下水来水方向，是压扭性断层，导水性能较差。断层的存在使得矿区含水层发生中断，连续性得到破坏，同时，含水层的补给来源也中断，矿区内含水层直接相互独立。然而，该断层在S-3孔南面逐渐消失，因而在矿区南部位置，该断层并不能发挥阻水效果。

根据有关资料显示，不仅大断层能够影响矿井的突水，矿井突水现象更多时是由于小断层引起的，而这些小断层在实际施工过程中却往往容易忽略。

(4)陷落柱对矿井安全生产的影响

矿井构造中存在的陷落柱还破坏煤层的连续性，同时还会影响井巷围岩的稳定性。陷落柱具有良好的导水性，因而其存在会很容易地形成导水通道和瓦斯聚集场所，从而在这些区域形成大面积的突水、冒顶或者瓦斯突出事故。因此，针对陷落柱的危害，矿井生产时必须通过超前探测技术，从而减少突水事故的发生。

煤矿地质构造严重影响着煤矿的安全生产和管理，因此必须对煤矿地质构造进行预先探测和分析研究，并且在煤矿开采过程中关注岩层的变化情况，从而预防瓦斯、突水等事故的发生。