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        屯蘭礦區(qū)斷層構(gòu)造走向與落差相關(guān)關(guān)系研究

        2018-12-05 09:11:12
        山東煤炭科技 2018年6期

        劉 威

        (西山煤電(集團(tuán))公司屯蘭礦地測科,山西 古交 030206)

        1 引言

        屯蘭礦位于西山煤田西北部,是華北斷塊區(qū)呂梁-太行斷塊五臺(tái)山塊隆南部次級(jí)構(gòu)造單元古交掀斜地塊的中心。井田內(nèi)地層沉積比較穩(wěn)定,走向呈北西30~60°,傾向南西,傾角2~15°,是一個(gè)由NNE向SSW傾伏的波浪狀單斜構(gòu)造,較大褶曲少見,但次一級(jí)小型波狀褶曲發(fā)育,斷層較多且成組出現(xiàn),地質(zhì)條件極復(fù)雜。因此,深入研究斷層構(gòu)造發(fā)育規(guī)律,可為礦井設(shè)計(jì)和開拓布局提供準(zhǔn)確的地質(zhì)依據(jù),對(duì)礦井的合理開發(fā)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

        2 地質(zhì)構(gòu)造基本特征

        2.1 區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)背景

        古交掀斜地塊是以古交為中心的三角形地區(qū),其中部被晉中新裂陷的北部太原斷陷疊加而分割成兩部分,煤田西部邊緣為狐堰山山字型褶皺帶,地塊內(nèi)地層展布為南新北老,總體上由東、北、西三面向內(nèi)緩傾斜,向SSW傾伏的不對(duì)稱向斜構(gòu)造;地層產(chǎn)狀均較平緩;局部地段顯示一些規(guī)模較大的斷裂和微弱的褶皺,構(gòu)造線方向大多呈北東向,北東東向,少數(shù)呈東西向或近南北向。受NW向的土堂斷層、西銘斷層和NNE向的晉祠斷層及NE向的清交大斷裂控制,煤田內(nèi)部以NE或NEE向斷層為主,且多呈地壘形式出現(xiàn)(見圖1)。

        2.2 礦區(qū)斷層構(gòu)造情況及統(tǒng)計(jì)

        礦區(qū)內(nèi)斷層較多,均屬高角度正斷層,落差一般北東向南西變小,均有壓扭右旋性質(zhì),地表及井下揭露斷層共計(jì)205條,其中落差<5m的112條,5~10m的59條,10~20m的22條,20~50m的7條,50m以上5條(落差最大為古交斷層達(dá)156m),而現(xiàn)本礦開采高度約1.4~5.0m。落差大于開采高度的斷層對(duì)施工影響較大,落差較小斷層延伸不成規(guī)律,故本次僅針對(duì)落差大于1m以上的斷層走向延伸長度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(見表1)。

        圖1 井田構(gòu)造綱要圖

        表1 斷層落差各段分布數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

        3 斷層落差與走向延展長度相關(guān)關(guān)系

        落差與走向延展長度是表示斷層構(gòu)造的兩個(gè)主要參數(shù),也是評(píng)價(jià)綜采工作面地質(zhì)條件的重要因素。斷層沿走向與傾向不可能無限延展,落差會(huì)逐漸變小趨于零即尖滅,根據(jù)斷裂構(gòu)造理論和本礦大量實(shí)例證明,斷層落差與走向水平延伸長度之間存在一定的相關(guān)關(guān)系,通過對(duì)本礦區(qū)一定數(shù)量的斷層落差和走向長度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析,建立了適合于本礦區(qū)地質(zhì)條件的斷層落差與延展長度的經(jīng)驗(yàn)公式。這樣對(duì)今后礦井在掘進(jìn)期間揭露的斷層落差預(yù)測走向延展長度,可能較為合理的評(píng)價(jià)或預(yù)測回采工作面斷層構(gòu)造的基本情況(圖2)。

        通過對(duì)屯蘭礦區(qū)斷層落差與延展長度散點(diǎn)與回歸曲線相關(guān)分析顯示,礦區(qū)內(nèi)大多數(shù)斷層的落差與延展長度之間存在較為良好的相關(guān)關(guān)系,成正比關(guān)系,平面延展長度隨落差降低而減小,反之亦然,其中延展長度是落差的40余倍,經(jīng)驗(yàn)公式為“y=44.007x+150.3”,可作為斷層構(gòu)造預(yù)測的依據(jù)。

        4 揭露斷層的實(shí)際應(yīng)用

        屯蘭礦區(qū)大型斷層主要有以下幾條:

        (1)王芝茂正斷層(F17)

        位于礦區(qū)的南部邊界,斷層走向北東60°,傾向北西,傾角65~75°。礦區(qū)內(nèi)最大落差150m,西端延至鄰區(qū),礦區(qū)內(nèi)延伸長度約6.5km。

        (2)土地溝正斷層(F21)

        位于礦區(qū)的南部、土地溝村北,走向北東55~57°,傾向南東。傾角70~80°,最大落差120m,礦區(qū)內(nèi)延伸長度約5km。

        (3)頭南峁正斷層(F22)

        位于礦區(qū)中部、梁莊村南,斷層走向北東60~65°,傾向南東,傾角55~76°,最大落差140m,礦區(qū)內(nèi)延伸長度約6.2km。

        (4)古交正斷層(F23)

        位于井田中東部,斷層走向北東42~50°,傾向北西,傾角65~70°。向北東延至鄰區(qū)。最大落差156m,礦區(qū)內(nèi)延伸長度約7.0km。

        (5)風(fēng)坪嶺正斷層(F110)

        位于井田西北部,鹿莊村北,斷層走向北東35°,傾向北西,傾角55~70°。礦區(qū)內(nèi)最大落差40m,礦區(qū)內(nèi)延伸長度2km。

        對(duì)上述幾條斷層最大落差和延展長度按照圖2進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果見表2。

        圖2 斷層落差(1m以上)與延伸長度想關(guān)關(guān)系分析圖

        表2 主要斷層最大落差與延伸長度統(tǒng)計(jì)表

        從上面幾條斷層的最大落差和延伸長度關(guān)系可以看出,計(jì)算值與實(shí)際值非常接近。因此,該礦區(qū)斷層走向延展長度與落差的經(jīng)驗(yàn)公式“y=44.007x+150.3”可應(yīng)用于實(shí)際中,為礦井現(xiàn)階段施工及未來布置提供依據(jù)。

        5 結(jié)論

        本文結(jié)合屯蘭礦斷層構(gòu)造的特點(diǎn),建立數(shù)學(xué)相關(guān)曲線,用數(shù)據(jù)定量化的經(jīng)驗(yàn)公式表示斷層要素之間的特征,為今后礦井生產(chǎn)評(píng)價(jià)工作面斷裂構(gòu)造提供較為精確化的地質(zhì)依據(jù),因此將“y=44.007x+150.3”經(jīng)驗(yàn)公式,作為礦區(qū)斷層構(gòu)造預(yù)測的一項(xiàng)近似指標(biāo)。

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