复杂构造区域地质找煤方法探讨

黄盛维

（福建煤电股份有限公司龙潭煤矿 福建龙岩 364000）

0 引言

龙潭煤矿为了降低生产成本、优化采掘接续和延长矿井服务年限，需要加强对复杂地质构造空白区域的找煤突破，提高生产效率。经过对相关资料的综合分析和深入研究，推断认为303 采区深部20#、23# 煤层具有可开发利用价值，且开发该区块段可有效延长矿井的服务年限、支持资源的可持续发展和推动企业经济的稳健发展。因此，对该块段进行资源再回收是一项必要的、前瞻的决策，可以实现资源更加高效、环保、经济的利用。

1 矿井开发现状

龙潭煤矿位于福建省龙岩市永定区培丰镇、龙潭镇2 镇交界处。矿井于1998 年10 月投产，设计产能为21 万t/a，核定产能为30 万t/a。龙潭煤矿布置有5 个井口，分别为+412 m主平硐、+416m 皮带斜井、+516m 回风平硐、+516m 抽风井和+523m 排矸井。矿井开拓方式为平硐暗斜井、水平集中运输大巷、集中上山、阶段石门，采煤方法为走向长壁（短壁）爆破落煤采煤法。302 采区及306 采区为目前正常生产采区，303采区地质构造极其复杂，长期处于矿井找煤攻坚阶段。经技术论证，选择有效找煤方法后，实现了龙潭煤矿303 采区生产规模9 万t/a 的采区达产。

2 303采区地质找煤方法实践

2.1 303 采区地质构造背景

2.1.1 采区开采史

采区上部为延三采区，已于2011 年开采结束，最低开采标高为+50m 水平，并有留设安全保安煤柱。303 采区为延三延伸采区，开采范围为+50 m～-150 m 水平。采区在预想状态设计资源储量为55 万t，服务年限为8 a。采区中部钻孔深度只到+50m，且20#、23# 煤层的揭露情况不理想而未对其开采，对钻深以下采区中部地质资料不清，并未预测到F7断层出现对整个采区可采煤层造成的影响。所以在实际生产过程中呈现构造复杂，伴生众多大小断层，煤层赋存不稳定，而未对西翼20#、23# 煤层进行开发，导致采区工作面提前结束，该采区并在后期成为矿井排水系统的缓冲过度区［1］。因306 采区深部水平的开拓及通风设计要求需要［2］，303 采区上部重新打开，并对遗留空白区作进一步找煤规划设计。

2.1.2 采区地层及特征

303 采区所处童子岩组第三段（P2t3），为1 套主要由陆相环境和海退作用交互形成的地层。该地层的岩性主要由泥岩和砂质泥岩、细砂岩以及煤层组成。该段地层含有大型动植物化石，其中煤层数量较为丰富，大小煤层超过30 层。童子岩组第三段地层可分为下、中、上3 个亚段，自下而上逐渐变化，各亚段具体特征见表1。本段地层是本煤矿中主要的含煤层段之一。

表1 童子岩组第三段各亚段特征

2.1.3 采区可采煤层主要特征

303 采区开采的主要煤层为童子岩组第三段的6#下、20#、23#、28# 局部可采不稳定型煤层（Ⅲb 型）和29# 大部可采较稳定型煤层（Ⅱ型）等5 层煤见表2。

表2 主要可采煤层特征

2.1.4 采区构造及特征

303 采区呈单斜构造，缺乏明显的大型褶皱，倾向有区域性差异。东侧的34 线倾向195°，西侧则转向235°，倾角为40°，整个区域沿倾向呈波状起伏。采区内主要存在F0、F1、F6和F9等断层。F0、F1、F6和F4构成1 组，倾向由南东转向南西，自北西向南东呈阶梯状下降；F9断层与中井田的F3同期产生，并受到大洋岩体自东北向西南不均匀的挤压力影响，使中井田向西南推移形成剪性断层；分支旁侧断层为F3、F2、F15、F11、F8、F7和F5组成。由于构造属于复杂类，向深部断层发育，围岩稳定性差，地压大。通过巷道揭露和钻孔施工，在深部地段F4断层向南偏移了30～60 m，并派生出F4-1断层，影响该地段煤层的连续性。在33 线深部，F9断层也向南偏移了20～80 m。井田内6#下、20#、23#、28#、29# 煤层厚度有时变为局部可采，可采走向变短。火成岩主要在中井田F10等大断层带上发育，西井田并未发现较大规模入侵［1，3］。

2.2 采区主要构造形成机制及控煤作用

2.2.1 断层构造

采区内存在数条重要断层［3-4］，其中包括滑脱正断层F0、正断层F4、正断层F6、平移逆断层F9和正断层F7。主要特征见表3 和图1。

图1 303 采区-50 m 水平切面示意图

表3 采区主要断层情况表

F0是该矿区的主要断层，出露于矿区的西部和北部，始于F9，延伸长度为2 850 m。该断层的北部倾向185°，西部折向135°，倾角为42°。它沿倾向较为平缓，在中部略显陡峭，南部则稍显平缓。其地层断距在西部和北部达到555 m，而在东南部较小，仅为175 m，此处P1w 地层缺失，形成了西部和北部边界。

F4为该矿井的南部边界断层，始于F0，终于F9，延伸长度为2 450 m。该断层的倾向为186°～238°，倾角为53°。其地层断距为83 m，缺失P1L31-3和P2cp1的部分地层，构成了南部边界。

F6出露于矿区的中部，将P1L3-1和P1L3-2断开，破坏了主采煤层的连续性，构成了28#、29# 煤层的北部储量边界。该断层始于F9，复合于西部F4，出露长度为1 km。它的倾向为189°，倾角为75°，地层断距为38～250 m。该断层拉近了童子岩组一段和三段地层，在深部对28#、29# 煤层影响较大。

F9为该矿井的东部边界断层，是1 条受大洋岩体自东北向西南的不均匀挤压力作用而形成的剪性断层。其延伸长度为2 700 m，倾向为127°，倾角为75°，地层断距为300～480 m，水平断距为300～400 m。该断层破坏了井田内的可采煤层与中井田的连续性，越往深部，越往西南偏移，造成深部煤层走向变短。

F7出露于采区中部，贯穿南北连接F6和F4，将采区划分为上盘和下盘。该断层的倾向为233°，倾角为35°。它破坏了采区内的可采煤层的连续性，在深部对20#、23# 煤层的赋存产生极大破坏。

2.2.2 断层的形成及控煤机制

采区出现多断层呈复合型式构造：F0、F4和F6等3 条正断层的倾向由南东向南西转变，并且逐渐向南呈阶梯状下降；F9逆断层则是由于受到大洋岩石自东北向西南不均匀的挤压力所影响，在成矿过程中向西南推移，形成了1 个剪切断裂。所有这些断层之间，因为互相施加作用形成了平面口字形的封闭区域，成为了该采区三段煤层的成煤环境［5］。而分支断层F7则是自南向北的延伸，将整个采区分成东西段，呈现出“川”字形。在5 条主要断层的影响和构造应力的作用下，采区内部的伴生断裂和小褶曲发育明显，其中Fa、Fb2 条支流的伴生断裂尤其明显，因此导致了煤层的夹杂、厚薄的不规则变化以及煤层走向变短等现象，给采区划分和工作面的推进增加了难度，加大了后续开采的成本。

根据对比+50m 石门，-100m 石门以及-50m-13# 东巷穿F7揭露东块段可采煤层情况研究，表明F7上部和下部以及南部的断距较小，但在立面中部位置（即-50m 水平主石门）的破碎带间距却扩大了，导致煤层断距加长，错动距离在60 m 以上。此外受到断层拖带效应的影响，走向上层滑引起煤层揉皱构造呈条带状，并因构造作用而煤质暗淡无光泽，呈煤泥状。在拉伸应力场作用下，局部煤层顶底板硬质岩石直接接触只留下层位。因此，在原石门施工时，巷道围岩异常混乱，岩性特征差异显著，不能准确判断煤层的赋存状态。F7直接破坏了主采煤层的连续性，并伴生一系列构造，成为本采区最主要的控煤断层构造。

根据下水平巷道揭露情况，Fa逆断层与F9断层的共同应力作用导致了29# 层位的直接抬升，形成1 个向斜构造。该构造的中心轴为230°，向东南方向挤压28#、29# 煤层，使其从北部缓倾斜向南部急倾斜发展，导致煤层压薄、顶底板破碎而不可采。此外，Fa的出现对中深部F7下盘（东块段）煤层的赋存产生了破坏作用。

Fa与F7相互推覆作用下，伴生出Fb断层（23#E 探巷尾部揭露），Fb断层对煤层的赋存状态产生了显著的影响。3 条断层构造相互交汇形成的三角形夹角，导致上部水平东快段揭露的煤层向北牵引。由于不同断层之间的相互错动作用，软岩层在力的作用下相互牵引、挤压并切割，岩煤层整体揉皱产生弯曲形变。这种形变促使煤层及软岩产生物质流动，形成穿刺和岩楔构造、煤窝形态，在与硬岩交接处直接尖灭断失。

在原石门揭露中，20# 层位点周围呈现出广泛的破碎带，右侧为夹矸的泥质断层煤。通过探采结合的方式，在运巷开口一段后，煤线直接断失。此外，在煤窝处开设的探小眼，均遭遇到闭合性灭失。这些现象表明F7、Fa、Fb断层之间复杂的相互作用，增加了该位置煤层的未知性和难以预测性。在东向布置的23# 探巷中，煤层呈珍珠状起伏，十分不稳定，均厚约30 cm，局部出现煤线，并伴生着顶底板的破碎。在施工35 m 后，煤沟出现并导致煤层断失。构造应力的作用使得巷道压力巨大，导致了严重的变形。为了确保工作安全，东块段煤层需要加以部署另外的探巷。该探巷尾部揭露的岩性再次验证了Fb的存在。

综上所述，F7、Fa、Fb断层之间的相互作用导致了煤层的形变和不连续性的增加，褶曲和其他构造断裂的出现又进一步增加了煤层的复杂性。这也造成了预测和规划煤层开采的困难，需要深入研究和探索。

Fc正断层南部已经在-50m 和+0m 水平的6# 西巷中显露。结合+50m-20# 西巷的断层要素，可以发现它们位于同一条构造线上，因此将它们视为1 条完整的断层。预计这条断层将自南向北延伸，一直影响到23# 煤层。然而，需要在西块段的煤巷道中再次揭露该断层，才能重新对其进行定性研究。

3 303 采区找煤方法及其成效

3.1 寻煤机理

通过综合分析，从对所揭露的各断层性质的推断，以及F7同盘开拓的上覆煤层运巷长度和煤层层间距的测定，重新绘制水平切面图。在此基础上，大致确定了西翼目标煤层位于主石门右侧20 m 范围内。

3.2 找煤方法确定

根据实际构造的特点，将西块段探采位置布置在20# 上覆煤层岩性稳定处（图2）。采用310°方位斜穿越岩层15 m 后，再进行反穿石门，揭露到该煤层的顶底板正常层位，但由于煤质受牵引影响未能达到正常状态。鉴于此现象，我们先在见煤处开设小眼进行探煤工作。往西3 m 后，煤层张开，均厚度为0.85 m；但是顺槽在75 m 位置遭遇横向过压。因此，我们判定可向西布置沿煤运巷施工，预计巷道总长度超过100 m 至断层Fc位置。此外，上水平该点煤层未开拓，可在采面过压点进行破过压，以了解上部煤层的赋存情况并为上部水平的开采提供依据。在20# 煤层揭露明朗的前提下，可同时开展下覆水平间距在28 m 的23# 煤层的探煤工作。

图2 巷道小眼布置及断层平面示意图

东块段布局则需要考虑对应上部的20# 和23# 的开采情况。将探巷设在13# 运巷尾部，正东直穿F7断层带，预计穿过8 m 破碎带后会揭露18# 层位，口部一段岩层走向会受Fb的影响而向西北倾斜直至煤层尖灭，往东掘进层位会越趋于正常倾向，最后中部反向穿过石门见20#、23# 煤层。因此，相比上水平，F7和F9断层的下部延伸变化很大，造成可采走向缩短，规划和设计开采工作需要更加谨慎，确保安全和高效性。

3.3 找煤成效

根据对探巷工程的揭露情况及综合上下部寻煤规律，揭露20#、23# 煤层西块段空白区域-50 m～+50 m 走向>500 m 的约30 万t 保有量和东块段+50 m～-50 m 区间20 万t 的资源量。今后还可以寻找采区下部-50 m～-150 m 间煤炭资源储量，预计可达50 万t。该地质找煤共计获得煤炭资源储量近100 万t，成功保证303 采区实现9 万t/a 达产，延长采区服务年限近10 a，延长龙潭煤矿矿井服务年限近5 a。

4 结论

（1）因采区地质的复杂性和对地质研究程度的不确定性，开采中难免会出现煤炭丢失的空白区域，导致深部区域主采煤层未能有效开发利用。为解决此类问题，矿井应加强对复杂地质构造及特殊地质现象的资料收集并总结，并及时修正图纸，与矿井各类图纸综合分析研究，以查明复杂地质区域的局部构造的变化，分析构造间的相互关联性，

（2）利用理论技术和实践数据支撑优势，推断遗失煤层的位置和赋存情况。对经济价值进行预测和评价。

（3）通过合理有效巷道布置，以探巷形式优化设计进行揭露可采煤层，对巷道附近构造进行预判，最后确定采区资源储量，再细化可采煤层运巷布置及短石门、上山小眼布置等井巷工程投入，使得复杂地质构造条件下的可采煤层一小块一小块的采出煤炭，提高了采区煤炭资源回采率，使得采区达产，延长了矿井服务年限，保障企业安全健康的可持续发展。