劉耀華

淺析新村井田地質(zhì)構(gòu)造特征及控煤作用

劉耀華

福建省永春煤礦

通過對(duì)福建省天湖山煤礦區(qū)新村井田地質(zhì)構(gòu)造特征的認(rèn)識(shí)及地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤層控制作用的研究，分析了影響煤層厚度變化和煤層形態(tài)的主要地質(zhì)構(gòu)造因素，為指導(dǎo)該井田內(nèi)的福建省永春煤礦官殊礦井、天湖巖礦井確定適當(dāng)?shù)牟蓞^(qū)區(qū)段垂高，合理布置采掘巷道和選擇合理的采煤方法起到很好的作用。

煤礦 地質(zhì)構(gòu)造特征 控煤作用

1 概況

1.1 礦區(qū)自然地理?xiàng)l件

新村井田位于永春縣城西北直距37公里。隸屬永春縣下洋鎮(zhèn)管轄。本井田目前尚無鐵路相通，只有漳（平）泉（州）鐵路通車到安溪?jiǎng)Χ罚Ь€通車到下洋鎮(zhèn)。公路交通尚方便，井田內(nèi)有天湖巖礦區(qū)公路經(jīng)過，井田東側(cè)經(jīng)永春縣城可達(dá)福州、廈門、泉州、漳州等市，西側(cè)有公路通鷹廈線漳平火車站。

礦區(qū)地處戴云山山脈南段，呈北東走向，地勢(shì)較高，溝谷縱橫，屬侵蝕構(gòu)造中低山丘陵地形，最高標(biāo)高+1190m，最低侵蝕基準(zhǔn)面+487m。礦區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，常年溫濕多雨，最高氣溫39゜C，最低氣溫零下1.5゜C，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)。

1.2 礦井基本情況

福建省永春煤礦官殊礦井是福建省永春煤礦的骨干礦井，系縣經(jīng)貿(mào)局管轄的國(guó)有企業(yè)。核定生產(chǎn)能力為6萬噸/年。福建省天湖山能源實(shí)業(yè)有限公司天湖巖煤礦系省屬國(guó)有生產(chǎn)礦井，資源枯竭，接近閉坑。井田含煤地層屬二迭系下統(tǒng)童子巖組地層，主要開采對(duì)象為一段下帶的53＃及60＃煤層。53＃煤層為不穩(wěn)定型的第一種情況，60＃煤層較穩(wěn)定，屬中等灰份、特低硫、低磷、低揮發(fā)份、中等發(fā)熱量的一號(hào)無煙煤。 60＃煤層大部分賦存于＋623標(biāo)高以下。53＃煤層為可采煤層，大部分賦存于+200－+850之間。

2 礦井地層

礦井出露地層由老至新為：二疊系下統(tǒng)童子巖組、侏羅系下統(tǒng)梨山組。

二疊系下統(tǒng)童子巖組（P1t）根據(jù)巖性、含煤性、古生物組合等特性，劃分為三個(gè)段，地層總厚>434m。

童子巖組第一段（P1t1）為主要含煤層段，出露面積大，含煤性好，地層總厚334m。根據(jù)巖性、化石組合特征分為二個(gè)亞段四個(gè)帶。

童子巖組第二段（P1t2）以淺海相沉積砂質(zhì)泥巖、細(xì)粉砂巖為主，夾薄層細(xì)砂巖及鈣質(zhì)砂巖，不含煤，地層厚度51m，以富含多種屬海相動(dòng)物化石為特征。

童子巖組三段（P1t3）本段地層出露不全，僅揭露下部地層，地層厚度>49m。巖性以細(xì)粉砂巖、砂質(zhì)泥巖夾細(xì)砂巖及煤層，含豐富植物碎片化石、似層狀粉砂質(zhì)結(jié)核。

侏羅系下統(tǒng)梨山組（J1l）僅見于煤礦東北邊與煤系地層呈斷層接觸，巖性以淺灰色含礫砂巖，中粗粒砂巖為主，見夾青灰色細(xì)粉砂巖，地層厚度>200m。

2.1 煤層及其分布特征、主采煤層頂?shù)装逄卣?/h3>

2.1.1煤層及其分布特征

煤礦主要可采與局部可采煤層均賦存于童子巖組第一段地層，礦井共有煤層40層，其中可采煤層為53號(hào)、59號(hào)、60號(hào)煤層，局部可采煤層為49號(hào)煤層。

煤層厚度：49號(hào)煤層平均厚度為0.84m，53號(hào)煤層平均厚度為0.78m，59號(hào)煤層平均厚度為0.70m。60號(hào)煤層平均厚度為1.07m。

煤層賦存十分復(fù)雜，緊密復(fù)式褶皺、復(fù)雜斷裂相互疊加，煤層厚度變化大，對(duì)生產(chǎn)布局影響較大。

井田主要煤層的煤種均屬一號(hào)無煙煤，煤質(zhì)均為中灰、特低硫、低磷、中高發(fā)熱量無煙煤，煤巖組份以半亮型煤為主。

2.1.2主采煤層頂?shù)装逄卣?/p>

53號(hào)煤層：頂板，直接頂板為淺灰色細(xì)粉砂巖，薄—中厚層狀，水平層理發(fā)育，含大羽羊齒等植物化石。見多層狀似層狀菱鐵質(zhì)結(jié)核，硅質(zhì)膠結(jié)細(xì)砂巖（52號(hào)煤層間接底板），一般厚度2—4m。區(qū)域較穩(wěn)定。底板，深灰色細(xì)粉砂巖，具緩波狀水平層理，含植物根莖化石，厚度一般3~6m。

59號(hào)煤層：頂板，為深灰色，薄—中厚層狀細(xì)粉砂巖或砂質(zhì)泥巖，水平層理，含黃鐵礦結(jié)核，大羽羊齒等植物化石，一般厚3m。底板，深灰色，薄—中厚層狀細(xì)粉砂巖，水平層理，偽底0.20m炭質(zhì)泥巖，富含植物根莖化石，間接底板為深灰色薄—中厚層狀細(xì)砂巖，或細(xì)砂巖夾細(xì)粉砂巖，一般厚1~2m。

60號(hào)煤層：頂板，淺灰色細(xì)粉砂巖、砂質(zhì)泥巖，薄—中厚層狀，線狀水平層理發(fā)育，含少量大羽羊齒植物化及碎片，一般厚2m。底板，灰黑色細(xì)粉砂巖，含少量植物根莖化石偶見扁豆?fàn)睢⑿Q豆?fàn)罘凵百|(zhì)結(jié)核。間接底板為中厚層石英細(xì)砂巖，厚度較穩(wěn)定，一般厚2~7m。

2.2 礦井水文地質(zhì)條件

煤礦所處地形的位置較高，大氣降水是本區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來源，地表水體對(duì)煤層的開采，無災(zāi)害性突水危害。煤系地層為弱裂隙含水巖組，井田內(nèi)的可采煤層均無直接接觸到石灰?guī)r地層，斷裂構(gòu)造帶的充水、導(dǎo)水性一般較弱。故礦區(qū)水文地質(zhì)勘探類型為簡(jiǎn)單型。

3 礦井地質(zhì)構(gòu)造特征及控煤作用

3.1 礦井地質(zhì)構(gòu)造特征

天湖山礦區(qū)在區(qū)域構(gòu)造上屬于海西期閩西南凹陷，含煤區(qū)在印支特別是燕山運(yùn)動(dòng)期間地表活動(dòng)最為強(qiáng)烈，火山噴溢、巖漿進(jìn)發(fā)，同時(shí)產(chǎn)生大規(guī)模推覆、滑脫，后期改造被破壞之烈，舉世罕見，縱慣礦區(qū)南北的大逆掩F31斷層，把礦區(qū)劃分成兩個(gè)構(gòu)造類區(qū)，下盤和上盤，下盤以褶皺構(gòu)造為主，斷層和巖漿侵入，上盤以斷裂構(gòu)造為主，褶曲發(fā)育，有巖株、巖墻侵入。

兩個(gè)礦井所開采的煤層均位于F31斷層上盤。所反映的構(gòu)造特點(diǎn)，基本上以斷層為主，褶皺次之,井田內(nèi)有部分巖漿墻侵入。斷層以北東走向的逆斷層為主，破壞了煤層的整體性和連續(xù)性，也造成了主采煤層的多次重復(fù)。本井田構(gòu)造復(fù)雜程度屬中等至復(fù)雜（見圖1）。

圖1 天湖巖礦井構(gòu)造示意圖

3.1.1褶皺

在天湖巖煤礦地層呈向SW—NW傾斜的波狀單斜構(gòu)造。沿地層走向或傾向均有次級(jí)的小型褶皺（幅度一般50m以內(nèi)），主要發(fā)育于付18線至付19線褶皺較緊密，軸向一號(hào)井近NE，二號(hào)井轉(zhuǎn)NEE；向SW傾伏；傾伏角一號(hào)井10°—20°，二號(hào)井5°—8°；總體傾向西，兩翼不對(duì)稱，背斜西翼緩，東翼陡，向斜反之。在官殊礦井中幅度大于50m的主要褶曲有6個(gè)。

3.1.2斷層

礦區(qū)內(nèi)斷層十分發(fā)育，大小斷層縱橫交錯(cuò)，尤其F31緩傾角推覆斷層橫切全區(qū)。依其斷層走向約可分成北東向和北西向兩組。北東向斷層為F31緩斷裂派生的斷層，地官殊礦井落差大于50m的斷層有F1、F25、F26、F49、F19、F24、F31共7條。在天湖巖礦井落差大于30m的有F37、F49、F4、F61、F62、F63、F46等7條逆斷層和F45正斷層，北西向斷層為F31緩斷裂（見表 1）。

表1 井田內(nèi)主要斷層

F31斷層：F31斷層為天湖山煤礦區(qū)域的平緩?fù)聘矓鄬?，也是煤礦北部分界斷層，走向北西—南東向，延伸十余公里，傾向南西，傾角5°—15°，推覆距離5km以上，斷層面呈舒緩波狀。

F37斷層：為煤礦西部邊界的逆斷層，走向北東—南西，傾向北西，傾角約65°，落差65—180m，延伸長(zhǎng)度大于3900m，深部有含春8、11、28、33、45號(hào)和ZK160號(hào)鉆孔及地表工程控制，地表表現(xiàn)為煤系地層重復(fù)。

F49斷層：為煤礦東部邊界的逆斷層，走向北東—南西，傾向北西，傾角65°，落差60—>100m，深部有西萍17-2、含春34、CK104鉆孔及地表工程控制，北端被F31斷層所切，P1t煤系地層重復(fù)。

F4斷層：為縱貫煤礦中部的逆斷層，其北被F31斷層所切，走向北東—南西，傾向北西，傾角70°—80°，落差30—80m，深部有含春10、13號(hào)鉆孔及地表工程控制，地表P1t2逆于P1t3地層之上。

F46斷層：延伸煤礦西北部的逆斷層，走向北東—南西向，傾向北西，傾角約70°，落差60—80m，其北端交F45斷層，南端被F37斷層所切，深部ZK155、CK108鉆孔控制。

F61斷層:為煤礦東南部一條逆斷層，走向北東—南西，傾向北西，傾角約60°，落差80—150m，其北端被F49斷層所切，深部有CK107、CK118鉆孔及地表工程控制，P1t2逆于P1t3地層之上。

F62斷層：為煤礦東南部一條逆斷層，走向北東—南西，傾向北西，傾角約60°，落差20—80m，主要延伸在煤礦18—19線間。

F63斷層:隱覆于F62斷層上盤的逆斷層，走向北東—南西，傾向北西，傾角55°，落差60m，其上部交于F62斷層，深部有含春13號(hào)鉆孔控制。

F45斷層：延伸于煤礦西北部的一條正斷層，走向北東—南西，傾向北西，傾角70°，落差50—60m。

總之，煤礦內(nèi)斷層發(fā)育，且斷層走向與地層斜交，交角一般在15°—40°，把煤層切割與擠壓成藕節(jié)狀、鋸齒狀等各種不同形態(tài)。

3.2 地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)使煤層厚度發(fā)生變化

本井田煤層或含煤建造形成以后，由于后期褶皺和斷裂等構(gòu)造變動(dòng)的影響，特別是斷裂構(gòu)造的十分發(fā)育，不但改變了煤層的原始產(chǎn)狀，而且還引起煤層形態(tài)和厚度的變化，使煤層出現(xiàn)重復(fù)、缺失。由于煤層本身比較松軟，在構(gòu)造應(yīng)力的作用影響下容易發(fā)生塑性流動(dòng)變形，在礦井內(nèi)產(chǎn)生局部增厚、變薄、尖滅、或和頂、底板互相穿插等現(xiàn)象。

圖2 官殊礦井-12線探采對(duì)比剖面圖

3.2.1以褶皺構(gòu)造變動(dòng)為主引起的煤層厚度的變化

在天湖巖礦井內(nèi)830水平煤層褶皺較發(fā)育，其W2石門59號(hào)煤層在褶皺變動(dòng)的影響下形成背斜、向斜構(gòu)造，在此形成過程中，59號(hào)煤層等軟弱巖層在其與頂?shù)装鍘r層一起彎曲時(shí)，巖煤層不僅發(fā)生擠壓、牽引或倒轉(zhuǎn)，并同時(shí)引發(fā)層間動(dòng)，使軟弱巖層、煤層等出現(xiàn)內(nèi)部流動(dòng)現(xiàn)象，在背斜、向斜的軸部及兩翼地帶造成不同的煤層厚度變化。59號(hào)煤層在水平擠壓力作用下，煤層厚度變化過程是隨著褶皺作用的不斷發(fā)展，翼部煤層因發(fā)生塑性流動(dòng)而變薄，軸部則出現(xiàn)一定的空間，使煤層在塑性流動(dòng)下逐漸增厚；在垂向力作用下，煤層在背斜軸部和兩翼部位變薄，而在向斜軸部增厚。厚煤帶和薄煤帶在平面上相間呈一定方向延伸。

礦井內(nèi)不協(xié)調(diào)褶皺使煤層產(chǎn)生不規(guī)則的增厚帶、變薄帶或煤包。局部小褶皺幅度很小，僅影響煤層的頂板或底板，形成“頂褶底不褶”或“底褶頂不褶”現(xiàn)象。

3.2.2以斷裂構(gòu)造變動(dòng)為主引起的煤層厚度的變化

礦井?dāng)嗔褬?gòu)造對(duì)煤層厚度的影響主要表現(xiàn)為出現(xiàn)斷層無煤帶或煤層沿?cái)嗔衙鎯蓚?cè)變薄或加厚帶。一般張性、張扭性斷層常由于引張拖拽作用而使煤層變??；而在壓性、壓扭性斷裂面兩側(cè)，則可能由于逆掩重疊或擠壓聚集而使煤層增厚。

3.2.3褶皺和斷裂并舉的構(gòu)造變動(dòng)所引起的煤層厚度的變化

在這種情況下，礦井煤厚變化既有褶皺影響的特征，又有斷裂影響的特征，因而使礦井內(nèi)煤層形態(tài)呈現(xiàn)非常復(fù)雜的面貌，增厚、變薄、中斷、分岔等現(xiàn)象頻繁，在775水平W3石門16S運(yùn)巷50號(hào)煤層見頂板鋸齒，825水平E2石門53號(hào)煤層見底板鋸齒，井田內(nèi)煤層常呈鋸齒狀。

3.3 地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)使煤層出現(xiàn)重復(fù)、缺失

本井田斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，主要是由于發(fā)生在印支期的F31緩傾角推覆斷裂，后期繼續(xù)活動(dòng)，所派生出的逆沖斷裂，其發(fā)生在燕山期與燕山晚期，后期頻繁活動(dòng)，所以具有多期次，多層次的推滑疊加，互為影響，使區(qū)內(nèi)的構(gòu)造非常復(fù)雜，煤層形態(tài)的流變也更加復(fù)雜。礦井大斷層一般作為井田邊界，在石門、運(yùn)巷揭露中常見中小型斷層，一般正斷層使煤層缺失，逆斷層使煤層重復(fù)。

775水平NW部多為單斜構(gòu)造，在W3石門12N運(yùn)巷編錄中見50號(hào)煤層和頂?shù)装鍘r石中裂隙顯著增加，煤巖層產(chǎn)狀突變，根據(jù)對(duì)斷層兩側(cè)的牽引褶皺等判斷其為f2正斷層，破碎帶寬度為0.50m，由于f2正斷層是高角度的斷層，上盤下降，下盤上升，造成煤層不連續(xù)缺失, 使之要過斷層尋找斷失翼煤層。

在805水平W3石門06N運(yùn)巷53號(hào)煤層在遇到f1逆斷層時(shí)，由于f1逆斷層是低角度的逆掩斷層，上盤上升，下盤下降，造成煤層出現(xiàn)重復(fù)。

4 特點(diǎn)與應(yīng)用

4.1 構(gòu)造特征及控煤作用的特點(diǎn)

地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)特征可以引起煤層厚度、形態(tài)的變化，也可以使煤層出現(xiàn)斷失、重復(fù)。礦井地質(zhì)構(gòu)造特征及控煤作用一般特點(diǎn)有：第一，使井田內(nèi)煤層的原始結(jié)構(gòu)遭到破壞，煤呈碎粒狀、鱗片狀、粉末狀，并出現(xiàn)擦痕、磨光鏡面和層間揉皺，煤的光澤變暗，灰分增高；第二，使煤層的增厚帶和變薄帶相間出現(xiàn)，并沿構(gòu)造線方向呈條帶狀分布；第三，煤，巖層間常出現(xiàn)不協(xié)調(diào)褶皺，有時(shí)兩者互相穿插，使煤層呈復(fù)雜形態(tài)；第四，中小型斷層為主，破壞了煤層的連續(xù)性，也造成了主采煤層的多次重復(fù)；第五，煤礦內(nèi)中小型斷層十分發(fā)育，且斷層走向與地層斜交，把煤層切割與擠壓成藕節(jié)狀、鋸齒狀等各種不同形態(tài)。

4.2 在礦井中的應(yīng)用

根據(jù)本井田斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，褶皺次之的構(gòu)造特點(diǎn)，認(rèn)識(shí)到煤層形態(tài)千變?nèi)f化，井田內(nèi)中小型斷層構(gòu)造非常發(fā)育，常使一些不可采煤層擠壓形成可采煤層，也造成可采煤層的多次重復(fù)出現(xiàn)或缺失，為地質(zhì)找煤工作提供可靠的依據(jù)。其次，運(yùn)用認(rèn)識(shí)的這個(gè)規(guī)律服務(wù)于生產(chǎn)，在研究確定適當(dāng)?shù)牟蓞^(qū)區(qū)段垂高；研究布置塊段巖石通風(fēng)井；留壓薄帶支撐頂板采煤方法的研究、運(yùn)用等均取得顯著的效果。

[1] 王定武,王運(yùn)泉.煤田地質(zhì)與勘探方法[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,1995.

[2] 徐開禮,朱志澄.構(gòu)造地質(zhì)學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社,1989.

[3] 黃農(nóng).福建二疊系下統(tǒng)童子巖組沉積建造特征與找煤方向[J].焦作工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),17(1).

[4] 福建省197煤田地質(zhì)勘探隊(duì),福建省永春天湖山煤礦區(qū)天湖巖礦資源儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告[R].2004.