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        淮南煤田潘二井田13-1煤層地質(zhì)構(gòu)造特征

        2015-10-16 06:29:16王禮旺張代波
        黑龍江科技大學學報 2015年1期
        關(guān)鍵詞:正斷層脆性總數(shù)

        王禮旺, 彭 軍, 張代波

        (安徽理工大學 地球與環(huán)境學院,安徽 淮南 232001)

        隨著我國對煤炭資源需求的不斷增長,煤礦的開采規(guī)模、采掘深度不斷增加,煤礦井下的地質(zhì)條件也愈加復(fù)雜,因此煤礦生產(chǎn)中的安全問題就更加嚴重。在眾多安全問題中,因地質(zhì)構(gòu)造因素影響的國內(nèi)外90%的突水事故是由斷層和裂隙引起的,每年我國煤礦采煤生產(chǎn)損失幾十億元。潘二礦煤田開采過程中同樣受到瓦斯突出、礦井突水及冒頂事件等災(zāi)害的制約,這些因素已嚴重威脅礦井安全生產(chǎn)。

        造成上述安全隱患的主要影響因素是地質(zhì)構(gòu)造。筆者以潘二礦的主采煤層13-1煤層為例,研究潘二礦13-1煤層構(gòu)造規(guī)律,分析煤礦安全影響因素,對瓦斯突出、突水、冒頂?shù)葹?zāi)害問題加以系統(tǒng)總結(jié)。希望能夠定量預(yù)測未開采區(qū)域構(gòu)造,指導(dǎo)礦井安全高效的生產(chǎn)[1-5]。

        1 潘二礦13-1煤層地質(zhì)構(gòu)造特征

        為了更好地研究斷層的發(fā)育規(guī)律,對13-1煤層斷層的發(fā)育特征進行統(tǒng)計和觀測。

        在潘二礦13-1煤層斷層中,正斷層的數(shù)量多于逆斷層,但在落差大于10 m的斷層中,逆斷層數(shù)量為45條,正斷層為29條,逆斷層數(shù)量多于正斷層。特別在落差大于100 m的斷層中,逆斷層有3條,而正斷層僅有1條。這在整個淮南礦區(qū)中實屬罕見,在煤礦掘進和煤層開采中要特別加以注意。

        逆斷層在礦井內(nèi)自北向南均有分布,多呈地塹狀或地壘狀產(chǎn)出,主要分為NE向的逆斷層和NWW向的逆斷層。NE向的逆斷層主要有F5和F6,其中F5斷層更是貫穿礦井南北。NWW向在礦區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育,在礦井自北向南發(fā)育,根據(jù)斷層性質(zhì)及其組合關(guān)系,可判斷為同一構(gòu)造時期的產(chǎn)物,且NWW向逆斷層切割NE向逆斷層,后者要早于前者。

        正斷層在礦井內(nèi)自北向南廣泛分布,且小斷層受整體規(guī)模為大中斷層的控制比較明顯,二者在分布上按走向分組,相應(yīng)組的分布基本一致,性質(zhì)上近似相同,是同一時期構(gòu)造運動的產(chǎn)物[6-8]。

        2 斷層分布的方向性

        2.1 斷層走向

        斷層走向代表了斷層的平面延伸方向。13-1煤層斷層發(fā)育的脆性斷層按其走向可以分為五組,以NEE向最為發(fā)育(60°~80°),共35條,占脆性斷層總數(shù)的33%;NWW向(280°~300°)斷層次之,共27條,占脆性斷層總數(shù)的25.5%;再次為NW向斷層(300°~330°)共18條,占脆性斷層總數(shù)的17%;NNW向(330°~350°)有9條,占脆性斷層總數(shù)的8.5%;NNE向(60°~80°)最少,只有 8條,占脆性斷層總數(shù)的7.6%。總體來說,整個煤層發(fā)育較均勻,斷層走向統(tǒng)計見表1。

        表1 13-1煤層斷層走向統(tǒng)計Table 1 13-1 coal seam strike of fault statistics

        煤層斷層走向玫瑰花圖見圖1。由此可見,13-1煤層斷層的走向以近EW方向為主,在玫瑰花圖上也得到充分體現(xiàn),超過一半以上的斷層走向分布在近EW方向。

        圖1 13-1煤層斷層走向玫瑰花圖Fig.1 13-1 coal seam little fault strike rose diagram

        2.2 斷層傾向

        斷層是三度空間實體,斷層傾向反映了斷層的剖面延展方向。13-1煤層斷層傾向的統(tǒng)計結(jié)果表明,區(qū)內(nèi)斷層傾向較為集中,特別是以NE—NEE向斷層為主(0°~50°),共36條,占脆性斷層總數(shù)的34%;NW—NNW 向斷層(310°~360°)次之,共 24條,占脆性斷層總數(shù)的22.6%;再次為近SE—SSE向斷層(140°~180°),共15條,占脆性斷層總數(shù)的14.2%;近WE向和近EW向傾斜斷層(80°~100°和260°~280°)分別為9條和4條,占脆性斷層總數(shù)的12.3%;其他方向上斷層,如NWW向、SW向等方向上斷層數(shù)量均是少數(shù)。據(jù)13-1煤層不同性質(zhì)斷層分別編制煤層的正斷層、逆斷層的走向和傾向的玫瑰花圖,見圖2和圖3。

        圖2 煤層斷層走向玫瑰花圖Fig.2 Coal seam little fault strike rose diagram

        圖3 煤層斷層傾向玫瑰花圖Fig.3 Coal seam little fault tendency rose diagram

        主要發(fā)育有NE、NW、NWW三組,其中以近EW向占據(jù)最主要的部分;傾向以NE為主,同時發(fā)育有NNW。逆斷層的走向較為集中,主要發(fā)育有NNE和NWW兩組,其他較為分散;但逆斷層的傾向卻比較分散,主要發(fā)育有NEE、NE、NNW和NWW等幾組。

        2.3 斷層傾角

        潘二礦13-1煤層斷層傾角統(tǒng)計結(jié)果見表2。表2表明,斷層傾角主要集中在40°~80°,傾角以70°~80°為主,次之為60°~70°,總體特征是斷層傾角較陡。煤層斷層和正斷層分布見圖4。正、逆斷層的傾角分布不同,正斷層以70°~80°為主,而逆斷層以40°~50°為主,從直方圖中可以明顯地看出。

        表2 斷層傾角統(tǒng)計Table 2 Dip angle of fault statistics

        圖4 煤層總斷層與正斷層分布Fig.4 Coal seam fault and normal fault distribution

        2.4 斷層落差

        整個13-1煤層以落差小于50 m的斷層為主,其占到總數(shù)的96.22%,其中小于、等于50 m或等于20 m的斷層43條,占到斷層總數(shù)的40.57%;小于20 m大于或等于10 m的斷層共有25條,占到斷層總數(shù)的23.58%;小于10 m大于或等于5 m的斷層27條,占到總數(shù)的25.47%;小于5 m的斷層共有3條,占到總數(shù)的2.83%。落差在50 m以上的斷層相對較少,共計8條,占斷層總數(shù)的7.54%,落差大于或等于100 m的斷層共有4條(表3)。

        表3 13-1煤層不同落差正逆斷層統(tǒng)計Table 3 13-1 coal seam gap of normal and reverse faults statistics

        斷層落差與平面延展長度的關(guān)系見圖5。

        圖5 煤層斷層落差與延展長度關(guān)系Fig.5 Coal seam fault throw and length of relationship

        斷層落差與其平面延展長度在總體上呈正相關(guān)關(guān)系,即平面延展長度大的斷層其相應(yīng)的落差也較大,但不同落差范圍內(nèi)的斷層其延展長度分布也存在一定的差異,落差小于或等于50 m的斷層與其延展長度相關(guān)關(guān)系明顯,見圖5a;而斷層落差大于50 m的與其相關(guān)性比較差,見圖5b,關(guān)系較為離散。這也從側(cè)面反應(yīng)了小型斷層構(gòu)造復(fù)雜性較低,而大型斷層構(gòu)造復(fù)雜性較高,對礦井的綜合生產(chǎn)、生產(chǎn)效益和煤礦井的安全生產(chǎn)都具有非常多的影響,因此要特別注意大型斷層[9-10]。

        3 結(jié)論

        (1)13-1煤層的斷層總計106條,其中正斷層80條,逆斷層26條;落差大于、等于10 m的76條,落差小于10 m的30條,礦井內(nèi)斷裂構(gòu)造極為發(fā)育。

        (2)13-1煤層斷層較為發(fā)育,大部分正斷層落差在50 m以下,落差大于50 m的正斷層數(shù)量極少,在大中型斷層中(落差≥10 m)逆斷層占明顯優(yōu)勢,落差較大的斷層基本為逆斷層,在開采生產(chǎn)過程中應(yīng)引起注意。

        (3)13-1煤層主體褶皺為一走向近EW、向N傾斜的單斜構(gòu)造,褶曲構(gòu)造不甚發(fā)育,僅局部沿走向呈波狀起伏。

        [1]李秋香,藏 敬.地學普及[J].地球,2012(1):14-17.

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        [3]李忠權(quán),劉 順.構(gòu)造地質(zhì)學[M].北京:地質(zhì)出版社,2010.

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