煤矿地质构造特征及发育规律研究

李 婧

（山西焦煤西山煤电屯兰矿地测防治水科，山西 古交 030200）

我国煤炭资源分布地域广泛，煤矿所处地质条件复杂，继而对工作面综采或普采技术提出了更高的要求和挑战。为保证综采工作面生产的安全性和高效性，提前掌握综采工作面的地质条件并对其发育规律进行预测，可为煤矿综采工作面的机械化开采工艺和支护方案的设计提供扎实的基础[1]。本文着重对煤矿地质构造特征分析的基础上对其地质发育规律进行预测研究。

1 工程概况

某煤矿所属地区的气候类型为大陆性半干旱气候，该地区一年四季分明、气候温和。某煤矿的地层为石炭二叠系，共包含有三个煤层。其中，1号煤层为不可采煤层；2号煤层仅有部分可采；3号煤层全部为可采煤层。目前，某煤矿采用斜井开采方式，共含有6个斜井，主要开采3号煤层，其余煤层由于奥灰水的威胁导致无法开采。本文着重对3号煤层工作面进行研究，3号煤层工作面采用倾斜长壁和走向长壁开采方法，采用U型通风系统进行通风；底板管理办法为全部垮落式顶板管理[2]。此外，鉴于某煤矿为高瓦斯矿井，蔡勇分区、抽出式通风方式。

该煤矿所属地质为NE走向单斜构造。经探测可知：该煤矿南部构造相对复杂，而东部、西部以及北部的构造相对较弱。具体表现为：矿井北部为挤压构造；南部为拉伸构造。该煤矿构造带结构如图1所示。

如图1所示，该煤矿的拉张性构造遍布整个煤矿，并主要集中于煤矿的南部，而且该矿南部的地质发育规律相对复杂，从北到南其对应的发育规律逐渐减弱。此外，煤矿的挤压性构造主要表现在煤矿的东南部；且在煤矿南部主要为断层构造，褶皱构造的范围较小；北部主要为褶皱构造，断层发育的范围较小[3]。

图1 煤矿构造带结构示意图

2 煤矿地质构造特征及发育规律研究

2.1 煤矿断层构造及发育规律研究

该煤矿所处地形受周围山脉的引张作用，该煤矿的断层构造共可分为19个断层。

2.1.1 正断层构造分析

F1正断层的主要岩性为奥陶系灰岩，断层走向为由北向东，所呈现的平均较大巍峨诶65°；F2正断层的走向为东北向西南方向，断层平均倾角为55°；F3正断层的走向南北方向，断层平均倾角为6°，而且F3正断层的南部与F1正断层相交；F4正断层以NEE-SWW，断层倾角在50°以上；F6断层的走向与F4相似，断层的主要倾角方向为东南，平均倾角为45°；F7正断层的倾向为SEE，其南部与F1正断层相交；F12正断层倾向为SE，平均倾角为60°，其东北部与F1正断面相接触，属于矿井煤层的自然边界；F14正断层的倾向为SEE，平均倾角为60°，其西南部与F12正断层相接触；F17正断层为斜交兼平移的断层构造，该断层构造所属煤层尚未被开采；F18正断层的走向为SEE，倾角范围为45°-50°，该断层构造的最大断距为160 m，并且越往西北方向其断距越小；F19正断层的倾向为SE，倾角范围为75°-80°，该断层构造的最大断距为100 m，并靠近东北部的断距逐渐消失；F21正断层走向为SN，倾向为W-NW，断层构造的最小倾角为60°，最大断距为30 m，该断层构造的南部与F12正断层相接触；F22正断层的倾向为W，倾角为75°，该断层构造的断距为20 m。

2.1.2 逆断层构造分析

F5逆断层绵延至4.5 km，该断层的走向为东北到西南，平均倾角为20°～45°，该断层构造在垂直方向的最大断距为50 m，在倾斜方向的最大断距为180 m，最小断距为60 m。F8逆断层从东北方向朝着西南方向发展，且断层最小倾角为50°，该断层构造的两端均与F1正断层相接触。F10逆断层与F8逆断层处于相互平行的状态，该断层构造的两端份分别与F2正断层相接触。F11逆断层绵延约1.5 km，倾向为东南至西北方向，该断层构造的平均倾角为40°；F15逆断层为单一倾向的东南方向的构造，该断层构造在垂直方向上的最大断距为30 m，最小断距为25 m。F16逆断层的倾向朝东，平均断距约10 m。

综合分析，该煤矿3号煤层断层落差及倾角的统计结果如表1、表2所示。

表1 3号煤层断层落差统计结果

表2 3号煤层断层倾角统计结果

2.2 煤矿褶皱特征及发育规律

经现场勘测可知，3号煤层中发育褶皱构造的条数为14条，具体特征如下：

煤矿地质褶皱两侧的形状相对平缓，且褶皱两侧煤层或者岩层的平均最大倾角为8°，平均最小倾角为2.5°，且在可开采的3号煤层中褶皱的类别为开阔平缓的类型[4]。煤矿褶皱的曲轴面大部分直立，褶皱两侧为相互对称的结构，主要呈现为倾伏背和向斜[5]。褶皱轴的长度为400～3500 mm，宽度为350～1550 mm。

煤矿褶皱的走向为东北方向，不同走向褶皱的条数及所占比例如表3所示。

表3 3号煤层褶皱统计

此外，3号煤层中褶皱的最大幅度为20 m，绝大多数褶皱属于宽缓小褶皱且幅度范围为5～10 m。而且，绝大多数向斜褶皱的枢纽为直线，仅有一小部分的褶皱在其端部出现局部的弧形。倾伏短轴背向斜构造褶皱的条数约为10条，主要以NW走向方向为主；该类型褶皱构造的长度范围为500～3000 mm，宽度范围为100～350 mm，最大褶皱幅度为18 m，最小褶皱幅度仅为3 m。

该煤矿褶皱构造对工作面回采巷道的影响较大，容易导致在工作面的向斜地段产生积水；并且褶皱构造导致在采掘过程中出现岩石破碎的现象，从而降低工作面开采和掘进效率。

3 结论

煤矿生产效率和安全性在一定情况下受制于煤矿所处地区的地质构造特征。为保证综采工作面开采和掘进的效率和安全性需掌握其所在地的地质构造特征和发育规律，为采煤工艺及支护方案的设计提供依据。本文以某煤矿为例，分析其地质构造特征和发育规律：

1）详细掌握某煤矿断层落差、倾角等情况。

2）对某煤矿褶皱构造的特征进行分析，为该煤矿工作面采煤的支护管理和排水系统的设计提供依据。