煤矿开采Co(5).pdf

第 1 3卷 第 3期 总第 8 2期 2 0 0 8年 6月 煤 矿 开 采 Co a l mi n i ng T e c hn o l o g y V o 1 ． 1 3 N o ． 3 S e r i e s N o ． 8 2 J u n e 2 0 0 8 新 庄孜矿 北二 一8 1 2 m B 4底板 北运道“ 地 堑“ 构 造研 究 张 士 环 淮南矿业集团 新庄孜煤 矿 ，安徽 淮南 2 3 2 0 7 2 [ 摘要 ] 在 F 6断层尖灭端形成 的褶 曲 背斜 北 翼，执行 了 “ 边探边掘 ” 的措施 ，逐步认 识到地层的不连续性，发现了F c断层和F d断层组成的 “ 地堑”构造，结合地面钻孔Ⅲ一 Ⅳ2孔资料分 析 ，F d断层为新水平新断层，地 层断距达 3 7～ 4 2 m，给井巷工程施工带来严 重的安全威胁。 [ 关键词] 新庄孜矿 ；地堑；褶 曲；地层 断距 [ 中图分类号]T D 1 6 3 ． 1 [ 文献标识码]B [ 文章编号 ]1 0 0 6 - 6 2 2 5 2 0 0 8 0 3 - 0 0 1 4 - 0 2 Re s e a r c h o n “ Gr a b e n ” Te c t o n i c i n No r t h I I Tr a n s p o r t a t i o n Ro a d wa y i n - 8 l 2 m B4 Fl o o r o f Xi n z hu a ng z h i M i ne 新庄孜矿北二采区的 “ 地堑”构造 ，位于Ⅳ 线与Ⅲ． Ⅳ线之间2 5 0 m范围内，受影响地层为二叠 纪 下石盒子 组 B组 地层 、A组 地层 和底板 的石炭 纪 太原群灰岩 ，A 3煤 层与 B 4煤层 的层 间距 为 6 0～ 6 5 m。工程标高 一8 1 2 m ，对应地面位置为淮河河 床 、河漫滩、六方堤。组成 “ 地堑”构造 的断层 为 F c 断层与 F d断层。F d断层为新水平地层断距 达 3 7～ 4 2 m的新断层。 1 “ 地堑”构造的发现与证实 在 一8 1 2 roB 6 底板北 运道按设计施 工过程 中 ， 当施工至 “ F I 5 ”测点前 8 ． 5 m 时，发现迎头地层 产状为 7 6 。 ／2 6 。 ，岩性 为浅灰色 中厚层状 中粒砂 岩 ，夹深灰色粉砂岩条带 ，判断距顶板 的 B 6突出 煤层较近。决定停头 ，沿倾 向、待掘方向 走 向 施工了前探孔。结果证实迎头硐顶距 B 6煤层法 距为 1 0 ． 2 m；待掘方向前 方 1 0～ 2 8 m 范围内，硐 顶距 B 6煤层最近距离为 4 ． 5 m。因此推断 ，该范围 内存在 F c断层 ，预计其地层 断距 为 4 ． 7～7 ． 5 m。 为了避开 B 6煤层 的威胁，井巷工程被迫进行了设 计变更 ，将运道移至 B 4煤层底板 图 1 。 在 一8 1 2 mB 4 底板北 运道按新设 计施工过 程 图 1 新庄孜 矿 一8 0 0 m水平切面 [ 收稿 日期]2 0 0 80 22 7 [ { 乍 者简介]张士环 1 9 5 7 一 ， 男， 山东枣庄 ．高级工程师 ， 现任淮南矿业集屡公司新庄孜煤矿总工程师。 1 4 维普资讯 张士环 新庄孜矿北二 一 8 1 2 m1 3 4底板北运道 “ 地 堑” 构造研 究 2 0 0 8年第 3期 中，当施工至 “ B 9 ”测点前 7 ． 8 m时，发现了 F c 断层 ，带宽 0 ． 0 3～ 0 ． 0 7 m。其断层产状为 7 。 ／5 5 。 ， 5 ． 0 m。见 F c断层前 ，地层 产状为 7 4 。 ／2 8 。 ， 岩性为深灰 ～暗紫色含铝粉砂质泥岩 ，易碎 ，硐顶 距 B 4煤层法距为 3 2 ． 0 m。当施工至 “ B 9 ”测点前 2 4 m时 ，岩性为灰 ～ 深灰色厚层状粉砂质泥岩 ，夹 炭屑 ，易碎 ，层面不清。根据层理判断 ，向顶板方 向穿层 ，地层产 状总体为 4 1 。 ／2 8～3 2 。 。预计硐 顶距 B 4煤层法距小于 1 0 ． 0 m。决定停头 ，沿倾向、 待掘方向 走向及周围对 B 4 ，A 3煤层施工了前 探孔。经钻 探证实 ，迎头硐 顶距 B 4煤层 垂距 为 8 ． 5 m；迎头前方 1 6 ． 0 m处 ，硐顶距 B 4煤层最近 ， 垂距为 3 ． 2 m。再次进行设计变更。结合地面钻孔 Ⅲ一 Ⅳ 孔资料分析 ，在前探孔与Ⅲ． Ⅳ 孔之间，水 平断距达 9 3 m，必然有 F d 断层 的存在。 F c 断层与 F d断层的存在 ，是构成 “ 地堑”构 造 的基 本条件。F c断层 倾 向 N E，地层 断距 5 ． 0 m，正断层 ；F d断层倾 向 S W，地层 断距 H 3 7 m～ 4 2 m，正断层 ，致使该两条 断层共 同上盘 的 地层下降，从 而形成了 “ 地堑”构造。其 范围 4 0 ～ 6 5 m，在平面上呈西小东大的倒“ 漏斗”状 ；在 剖面上呈上大下小 的倒 三角形 。从切割地层 方面 看，其向下尖灭于石炭纪太原群灰岩；向上开放于 B组地层 。同时 ， “ 地堑”构造内，还伴有附 伴 生断层间的相互切割关 系。 “ 地堑”构造 的存在 ， 改变了原来只认为是褶曲构造转折端的观点，见图 1中的 B组煤层虚线连接部分。 2 F d断层分 析 F d断层 ，为推断断层 ，预计呈带状分布 ，带 宽为 8～2 3 m。现迎头正处 于 F d断层带影 响范 围 内，地层走向 6 0 。 ，倾 向 S W，倾角达 3 6～ 3 9 。 ，向 底板 A1 煤层方向穿层 ，有 明显牵 引现象 ，硐 底见 A 3构造煤 ，硐顶距本 “ 地堑”构造 中 B 4煤 层 的法距为 1 8 ． 3 m。结合地面钻孑 L Ⅲ． Ⅳ， 孑 L 与前探 孔资料分析 ，由于水平断距达 9 3 m，推断其地层断 距达 3 7～ 4 2 m；由于断层下盘的 B 4煤层在平面上 向东位移 ，证 明 F d断层 为正断层 ，且倾 向 s E或 S W；由于 Ⅲ一 Ⅳ， 孔 该孔 向北 区域地层 之问是相 互吻合的，不会进入 F d断层下盘的存在，F d断 层的位置必然在与前探孔之问 ；结合 A组煤层 的 赋存状态不稳 定性和前探 钻未探 到 A1煤 层 的事 实 ，证明 F d断层有相互切割关系的附 伴生断 层发育；由于施工 的前探孔 、卸压孔和抽采孔 ，均 未发现出水现象 ，因此证明 F d断层导水性弱 ；由 于对应上 阶段 一7 0 0 m B 4底板南 运道及 一6 1 2 m， 一 4 1 2 m水平 ，均未发现该断层 ，因此证明 F d断层 是由深部向浅部发育 的新断层 ；由于上覆 6 6 2 1 3工 作面 已回采完毕 ，未见此断层 ，因此证明 F d断层 没有发育到 C组地层。F d断层下盘地层产 状为 ； 5 5～63。 2 4～2 6。 3 地质结论 1 目前迎 头 正处 于 F c与 F d断层 组 成 的 “ 地堑”构造之 中，F c 断层下盘、F c与 F d断层带 中、F d断层下盘的地层产状均不相同 图 2 。 图2 8 1 2 mB 4北运道施工方 向走 向剖面 2 “ 地堑”构造位于 F 6断层尖灭端形成的 褶曲 背斜 北翼 ，F 6断层不再 向深部发育 ，且 有 4 0 m的错位 ，说明 “ 地堑”构造发育在 一 7 0 0 m 标高以下。 3 F c断层是 由推 断到实际揭露 的正 断层 ， 致使硐顶距 B 4煤层间距变近的原因除其地层断距 外 ，主要原因是断层上盘的地层产状的变化 ，改变 了原来的地层走 向造成的。 4 F d断层是推断的，发育在 c，B，A组地 层中，勘探线钻孔尚未控制，弱导水 ，伴有附生断 层的、由深部向上发育的大中型新断层 ，是整体呈 张扭性质的正断层 。 5 A组 地层 中上 行钻未 探到煤 层或煤线 ， 下行钻中探到煤线 1～ 3层 ，证 明 A 2煤层的存在 ， 同时证明 目前迎头硐 底所见 煤层为上 覆的 A 3煤 层。同时根据钻探 资料证 实，迎头硐 底 的 A 3煤 层 ，呈上小下大，东薄西厚的不规则体 ，因此证明 硐底 的 A 3煤层是处于构造带内的构造煤 。 6 F 6断层 与 F d断层 在 剖 面和 平 面上 对 “ 地堑”构造 内的地层产状虽有类似 的变化 ，但其 有 4 0 m的错位 ，地层断距相差很大且 F 6断层 向深 部发育呈尖灭趋 势 ，导水性上的巨大差异等，说 明 F 6断层与 F d断层不是同一条断层。分析认为， F 6断层与 F d断层在发育延展性上呈斜“ T ”状。 7 组 成 “地 堑 ”构 造 的 F c 与 F d 断 层 ， 切 下转 1 9页 1 5 维普资讯 刘鸿泉 连续 电导率剖面断裂构造的正演与识别 2 0 0 8年第 3期 深度仅为 6 0 m左右 ，探 区场 地、目标深 度等物探 条件相对较好 。图 9为N o 1 1探测 线的连续 电导率 剖面 局部 。分析认为 1 煤层露头是该矿开采上边界 ，No1 1线 的 F 1 和Nol O线的 是新发现的2条小断层，均为有 破碎带的正断层 ，且均与煤层露头走 向呈 x状斜 交 ；F 1 使煤层露头向村庄 内偏移约 2 0 m，F 2使煤 层露头向村庄 内又进一步偏移约 1 8 m； 2 由于 F 1 ，F 2小 断层 的存在 和矿 区构 造 东 I 逆断层位置 的误差 ，造成该矿实际开采范 围扩大 ，从而形成房屋损坏范围明显超 出正常地表 变形范围的假象 ； 3 断层受采动影响 “ 活化” ，不但使地表变 形范围进一步加大 ，而且 造成地表变形量局部增 加 ，产生了房屋损害程度局部加重 的现象。 连续电导率剖面断裂构造正演研究对本例物探 的地质解释起 到重要作用。E H_ 4系统 C E MA P法 物探结果最终得到验证 ，为法院的诉讼判决提供 了 可靠依据。 L／ m 图9 某矿 区村庄 内N o l 1 连续 电导率剖面 4 结 论 1 无破碎带 断裂构造 的性 质可 以根据连 续 电导率剖面上视 电阻率 曲线是否连续、折返等分布 特征来判别 ，其位置可 以根据视 电阻率 曲线间断 点、折返点来定位。无破碎带正断层比逆断层相对 易于定位 ，但逆断层倾角相对容易确定。 2 正断层 的破碎带是否含水可 以根据连续 电导率剖面上视电阻率曲线的低 阻或高阻圈闭区来 判断 ；有破碎带正断层比无破碎带正断层相对易于 识别 ，定位误差也相对较小，但低阻或高阻圈闭区 的规模均略大于断层破碎带的实际规模 。 3 应用实例 表明，在小型煤矿 的地质和开 采资料可信度较差情况下 ，正演模拟连续电导率剖 面断裂构造的异常特征，对正确识别和准确定位断 裂构造，提高 E H_ 4电导率成像 系统应用效果有实 际意 义 [ 参考文献] [ 1 ]刘鸿泉 ，孙希奎 ，张华兴 ，等 ．电磁 成像 系统 在煤矿 中的应 用研究[ J ．煤炭科学技术 ，2 0 0 2，3 0 1 0 3 9 - 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