劉耀華

淺析新村井田地質構造特征及控煤作用

劉耀華

福建省永春煤礦

通過對福建省天湖山煤礦區(qū)新村井田地質構造特征的認識及地質構造對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)的主要地質構造因素，為指導該井田內的福建省永春煤礦官殊礦井、天湖巖礦井確定適當?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 地質構造特征 控煤作用

1 概況

1.1 礦區(qū)自然地理條件

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）鐵路通車到安溪劍斗，支線通車到下洋鎮(zhèn)。公路交通尚方便，井田內有天湖巖礦區(qū)公路經過，井田東側經永春縣城可達福州、廈門、泉州、漳州等市，西側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，地勢較高，溝谷縱橫，屬侵蝕構造中低山丘陵地形，最高標高+1190m，最低侵蝕基準面+487m。礦區(qū)屬亞熱帶季風氣候，常年溫濕多雨，最高氣溫39゜C，最低氣溫零下1.5゜C，主導風向為東南風。

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，系縣經貿局管轄的國有企業(yè)。核定生產能力為6萬噸/年。福建省天湖山能源實業(yè)有限公司天湖巖煤礦系省屬國有生產礦井，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)熱量的一號無煙煤。 60＃煤層大部分賦存于＋623標高以下。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亞段四個帶。

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

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。巖性以細粉砂巖、砂質泥巖夾細砂巖及煤層，含豐富植物碎片化石、似層狀粉砂質結核。

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、59號、60號煤層，局部可采煤層為49號煤層。

煤層厚度：49號煤層平均厚度為0.84m，53號煤層平均厚度為0.78m，59號煤層平均厚度為0.70m。60號煤層平均厚度為1.07m。

煤層賦存十分復雜，緊密復式褶皺、復雜斷裂相互疊加，煤層厚度變化大，對生產布局影響較大。

井田主要煤層的煤種均屬一號無煙煤，煤質均為中灰、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號煤層：頂板，直接頂板為淺灰色細粉砂巖，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結核，硅質膠結細砂巖（52號煤層間接底板），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號煤層：頂板，為深灰色，薄—中厚層狀細粉砂巖或砂質泥巖，水平層理，含黃鐵礦結核，大羽羊齒等植物化石，一般厚3m。底板，深灰色，薄—中厚層狀細粉砂巖，水平層理，偽底0.20m炭質泥巖，富含植物根莖化石，間接底板為深灰色薄—中厚層狀細砂巖，或細砂巖夾細粉砂巖，一般厚1~2m。

60號煤層：頂板，淺灰色細粉砂巖、砂質泥巖，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，灰黑色細粉砂巖，含少量植物根莖化石偶見扁豆狀、蠶豆狀粉砂質結核。間接底板為中厚層石英細砂巖，厚度較穩(wěn)定，一般厚2~7m。

2.2 礦井水文地質條件

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

3 礦井地質構造特征及控煤作用

3.1 礦井地質構造特征

天湖山礦區(qū)在區(qū)域構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動期間地表活動最為強烈，火山噴溢、巖漿進發(fā)，同時產生大規(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)劃分成兩個構造類區(qū)，下盤和上盤，下盤以褶皺構造為主，斷層和巖漿侵入，上盤以斷裂構造為主，褶曲發(fā)育，有巖株、巖墻侵入。

兩個礦井所開采的煤層均位于F31斷層上盤。所反映的構造特點，基本上以斷層為主，褶皺次之,井田內有部分巖漿墻侵入。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。本井田構造復雜程度屬中等至復雜（見圖1）。

圖1 天湖巖礦井構造示意圖

3.1.1褶皺

在天湖巖煤礦地層呈向SW—NW傾斜的波狀單斜構造。沿地層走向或傾向均有次級的小型褶皺（幅度一般50m以內），主要發(fā)育于付18線至付19線褶皺較緊密，軸向一號井近NE，二號井轉NEE；向SW傾伏；傾伏角一號井10°—20°，二號井5°—8°；總體傾向西，兩翼不對稱，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。

3.1.2斷層

礦區(qū)內斷層十分發(fā)育，大小斷層縱橫交錯，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 井田內主要斷層

F31斷層：F31斷層為天湖山煤礦區(qū)域的平緩推覆斷層，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，延伸長度大于3900m，深部有含春8、11、28、33、45號和ZK160號鉆孔及地表工程控制，地表表現(xiàn)為煤系地層重復。

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。

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 地質構造變動使煤層厚度發(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造變動的影響，特別是斷裂構造的十分發(fā)育，不但改變了煤層的原始產狀，而且還引起煤層形態(tài)和厚度的變化，使煤層出現(xiàn)重復、缺失。由于煤層本身比較松軟，在構造應力的作用影響下容易發(fā)生塑性流動變形，在礦井內產生局部增厚、變薄、尖滅、或和頂、底板互相穿插等現(xiàn)象。

圖2 官殊礦井-12線探采對比剖面圖

3.2.1以褶皺構造變動為主引起的煤層厚度的變化

在天湖巖礦井內830水平煤層褶皺較發(fā)育，其W2石門59號煤層在褶皺變動的影響下形成背斜、向斜構造，在此形成過程中，59號煤層等軟弱巖層在其與頂?shù)装鍘r層一起彎曲時，巖煤層不僅發(fā)生擠壓、牽引或倒轉，并同時引發(fā)層間動，使軟弱巖層、煤層等出現(xiàn)內部流動現(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)生塑性流動而變薄，軸部則出現(xiàn)一定的空間，使煤層在塑性流動下逐漸增厚；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。

礦井內不協(xié)調褶皺使煤層產生不規(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以斷裂構造變動為主引起的煤層厚度的變化

礦井斷裂構造對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斷裂面兩側變薄或加厚帶。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，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造變動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，因而使礦井內煤層形態(tài)呈現(xiàn)非常復雜的面貌，增厚、變薄、中斷、分岔等現(xiàn)象頻繁，在775水平W3石門16S運巷50號煤層見頂板鋸齒，825水平E2石門53號煤層見底板鋸齒，井田內煤層常呈鋸齒狀。

3.3 地質構造變動使煤層出現(xiàn)重復、缺失

本井田斷裂構造十分發(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，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，所以具有多期次，多層次的推滑疊加，互為影響，使區(qū)內的構造非常復雜，煤層形態(tài)的流變也更加復雜。礦井大斷層一般作為井田邊界，在石門、運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。

775水平NW部多為單斜構造，在W3石門12N運巷編錄中見50號煤層和頂?shù)装鍘r石中裂隙顯著增加，煤巖層產狀突變，根據(jù)對斷層兩側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運巷53號煤層在遇到f1逆斷層時，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。

4 特點與應用

4.1 構造特征及控煤作用的特點

地質構造變動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。礦井地質構造特征及控煤作用一般特點有：第一，使井田內煤層的原始結構遭到破壞，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)，并沿構造線方向呈條帶狀分布；第三，煤，巖層間常出現(xiàn)不協(xié)調褶皺，有時兩者互相穿插，使煤層呈復雜形態(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；第五，煤礦內中小型斷層十分發(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 在礦井中的應用

根據(jù)本井田斷裂構造十分發(fā)育，褶皺次之的構造特點，認識到煤層形態(tài)千變萬化，井田內中小型斷層構造非常發(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出現(xiàn)或缺失，為地質找煤工作提供可靠的依據(jù)。其次，運用認識的這個規(guī)律服務于生產，在研究確定適當?shù)牟蓞^(qū)區(qū)段垂高；研究布置塊段巖石通風井；留壓薄帶支撐頂板采煤方法的研究、運用等均取得顯著的效果。

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