王禮旺， 彭 軍， 張代波

(安徽理工大學(xué) 地球與環(huán)境學(xué)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(yán)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(yán)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(jìn)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(jìn)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%?？傮w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。

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