磨窝井田山西组煤层厚度变化与构造应力关系.pdf

磨窝井田山西组煤层厚度变化与构造应力关系 周俊杰 1 ,杜振川 1 ,李士祥 2 ,赵英凯 1 1. 河北工程大学 资源学院,河北 邯郸 056038; 2.河南有色金属地质五队,河南 郑州 450042 摘 要通过磨窝井田山西组二号煤层厚度变化、井田构造作用特征及对比分析,指出引起煤层厚 度变化的主控因素 断裂和层间滑动。在分析煤厚变化与构造作用之间的关系基础上,研究井田内 在开拓开采中的煤层厚度变化规律。 关键词井田;煤层厚度;构造作用;层间滑动 中图分类号TD16311 文献标志码 A 文章编号 0253 - 2336 2006 08 - 0072 - 03 Relationship between thickness changes and structural stress in seam of Shanxi Group, M owo m ine field ZHOU Jun2jie 1 , DU Zhen2chuan 1 , L I Shi2xiang 2 , ZHAO Ying2kai 1 1.School of Resources, Hebei University of Engineering, Handan 056038, China; 2.Henan No15Team of Non2FerrousM etal Geology, Zhengzhou 450042, China Abstract W ith the thickness changes of the No. 2 seam of Shanxi Group in theMowo mine field, characteristics of the mine field struc2 ture function and comparison analysis, the paperpointed out that the main factor to cause the changes of the seam thicknesswere the fault and the sliding between the layers . Base on the analysis the relationship between the seam thickness changes and structure function, the paper studied the thickness change law of the seams in coalmining operation in the mine filed. Key words mine field; seam thickness; structure function; sliding between layers 众多煤矿在进行开拓开采时,由于地应力的变 形破坏使煤层厚度发生变化,致使部分煤层变成不 可采的薄煤带,造成已设计开采方式被修改,甚至 由于煤层的变形破坏达不到开采要求而使已开拓的 巷道被废弃,造成不必要的损失。由此,本文立足 于构造应力作用 断裂与层间滑动,对煤层厚度变 化的原因 [1～3 ]进行分析 ,探讨煤层厚度变化与构造 应力之间的关系,研究井田煤层厚度变化规律,对 指导煤炭开拓开采具有重要的现实意义。 1 井田构造特征 邢台磨窝井田位于太行山东麓,临城煤田南 部,南与东庞井田为邻,区域构造上井田处于太行 山多字型赞皇隆起的东南端,内丘斜裂弧的中部。 地层总体为NEE向倾斜的单斜构造图1 ,倾角 10～25,区内断裂构造发育,除近NS走向断裂 外,还发育一束NEE向的小构造,构成一个地堑 和地垒。在两侧也发育次一级呈树枝状分叉的分支 断裂,并且与主断裂倾向相反,主干断裂和分支断 裂全为高角度正断层 [4] ,倾角60～80,在断裂带 上级发育有压裂岩带也有张裂岩带,显示了不同构 造应力场的作用性质,表现为压、张双重力学性 质,并且向深部落差具有减小的趋势。 图1 磨窝井田构造纲要 111 井田小构造展布形式 从采掘工程已揭露的小构造看, NNE向主干构 造控制了井田内小构造的展布及其方向,越靠近大 断层,小断层密度越大,在井田南部和中部为2～ 27 第34卷第8期 煤 炭 科 学 技 术 2006年8月 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 215条/hm,北部为3～4条/hm。位于大断层上盘 的小断层比下盘发育,而且均具有扭张的特点。对 煤层小断裂统计表明,小断裂全为正断层,展布方 向为10～25,与主构造线方向基本一致图 2 。 图2 煤层小断层走向玫瑰花图 112 构造发育特征 井田内煤层顶板节理发育,强度降低,易破 碎。通过节理、小断裂及构造发育规律的研究,显 示山西组二号煤层形成后,经历了3次构造应力场 的作用,存在正、反2次直扭运动的复合叠加,先 期近东西挤压,形成近南北向压性和压扭性结构 面。中期在东部向北、西部向南的反时针直扭应力 作用下,构造进一步加强了NNE向压扭结构面的 断裂程度。后期构造应力场发生了垂直变化,挤压 场由NW - SE转变为NE - S W向的顺时针直扭作 用力,使NNE向压扭结构面转变为张扭结构面, 加大了断裂程度。可以说先期反时针直扭运动对含 煤地层的后期改造占主导地位,后期顺时针直扭运 动对先期构造进行改造,使井田内发育NNE向的 张扭性断裂,同时控制了煤层小断裂的展布特征。 2 煤层厚度变化特征分析 211 煤层厚度变化特征 井田内主要可采煤层为山西组二号煤和太原组 九号煤。山西组二号煤层厚度变化为012～2156 m,平均为114 m,煤层厚度变化大图 3 。煤层 总体走向为中间薄、两侧厚,总体呈NNE向展布。 212 煤层厚度变化分析 煤层厚度变化的主控因素有①古地形的影 响;②沉积作用;③古河流冲蚀破坏作用;④断 层构造的影响;⑤褶曲构造作用;⑥岩溶构造影 响;⑦岩浆侵入作用等。 在井田内,由于构造作用主要是断层。由于煤 层岩性和力学性质的差异,在发生褶皱和断裂的过 图3 山西组二号煤层等厚线分布 程中,在褶曲的翼部和断裂的一盘,由于层间压力 作用而发生层间滑动,而且煤层为柔塑性较强的利 滑层,在受到层间力偶的作用和围岩的控制下,每 层发生形变,由应力较强的部位向较弱部位或向局 部应力弛张的部位迁移,造成煤层厚度局部变化, 增加了含煤剖面的复杂性。 在2726工作面上可见到层滑构造,具有使煤 层变厚和变薄的双向地质作用图 4 。主要是由 于断裂构造作用所致,区内NNE向断裂在发育过 程中,由于平面和剖面扭力产生层间力偶而发生层 间滑动,煤层发生塑性流变,煤层的原生结构遭到 破坏,形成各种破碎煤,常见光亮的滑动镜面和不 规则的小褶曲,有时煤层加矸也被破坏,并且与煤 层相混合。 图4 层间滑动构造示意 在2727开拓巷道内可见断裂作用对煤层厚的 作用图5 ,使煤层上盘变薄,下盘增厚。主要 是受小断层的倾角牵引的距离以及小断层的密度影 响。 在七采区东翼- 150 m水平煤岩层具有NE向 的向斜构造,向走向近于SN、倾向NEE的单斜构 造转变,煤层产状变化较大,在断层上盘由于层间 滑动,造成煤厚变化。是由于一系列同向正断层组 成的束斜式小断层群,依次切割煤层,造成顶断底 不断的形式,使煤层逆次变薄;对于断面倾角低缓 的较大断层断距为煤厚的1 /2或全断 , 煤层断 37 第34卷第8期 煤 炭 科 学 技 术 2006年8月 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. Ⅰ 张性角砾;Ⅱ 断层泥糜棱岩 图5 2727开拓巷道示意 开后往往形成较宽的无煤区或薄煤区图6 ;而 在另一侧形成加厚带,甚至出现煤包和穿刺构造。 图6 七采区东翼小断层分布与煤厚变化 3 煤层厚度变化与构造作用关系 据孙振武2003年 [5]研究煤层局部变化区域 地应力场分布的数值模拟中认为当煤层局部变薄 时,在变薄区域铅垂应力会增加,煤层变得越薄, 增加程度越大;当煤层局部变厚时在变厚区域的外 侧铅垂地应力也会增加,煤层越厚,增加程度越 大。 对井田内的构造纲要图图 1 和二号煤层等 厚线图图 2 进行综合对比分析,本区内主要的 构造展布与煤层厚度变化展布情况基本一致,认为 本井田煤层厚度变化在构造应力的作用下逐步形成 的,主控因素为断裂作用和层间滑动作用。大断层 对煤层的后期改造作用,使在断层的上盘煤厚变 薄,下盘煤层变厚,在断层的下降盘形成薄煤带 图 6 。小构造使煤层发生层间滑动,而且多数为 小断层组共同作用,使煤层厚度变化为部分地段 薄,部分地段厚,各段具有藕断丝连的现象。 反之,根据井田内断裂构造的发育情况可知井 田内未开采的区块内薄煤带和厚煤带大多为NNE 向展布,在断层的上盘为煤层减薄区,下盘为煤层 增厚区。 4 结 论 通过对磨窝井田的构造特征与二号煤层厚度变 化的分析,认为本井田内煤层厚度变化与本地区的 构造运动有着密切的关系,构造应力场对煤层的影 响显著。井田内的断裂构造控制着煤层厚度变化的 展布,小断层束控制着煤层的层间滑动,对煤厚的 变化起着决定性作用。 山西组二号煤层厚度变化与构造作用的关系表 明,井田内煤层厚度变化的主控因素为断裂和层间 滑动。在以后的开拓开采中,应认真分析井田的断 裂构造,对断裂影响的煤层厚度变化范围进行预 测,为指导生产服务。 参考文献 [1] 杜振川.峰峰通二井田构造特征研究[J ].中国煤田地质, 2001 1. [2] 张发林.月亮田煤矿层滑构造对煤层厚度的影响[ J ].煤 田地质与勘探, 2000 5. [3] 程金泉.鹤壁八矿井田二1煤层厚度变化原因分析[J ].中 州煤炭, 2003 1. [4] 杜振川.河北南部煤层构造变薄带特征及成因[ J ].辽宁 工程技术大学学报, 2001 6. [5] 孙振武.煤层厚度局部变化区域地应力场分布的数值模拟 [J ].矿山压力与顶板管理, 2003 3. 作者简介周俊杰1976 - ,男,河北迁安人,主要研究方 向为盆地分析与应用地球物理。Tel0310 - 7429370,E - mail ansanzhou76841631com 收稿日期 2006 - 04 - 08;责任编辑曾康生 征 订 启 事 2007年本刊为邮局订阅,邮发代号80 - 337。本编辑部全年办理补订业务,随时欢 迎订阅。 联系地址北京市和平里青年沟路5号煤 炭科学研究总院 煤炭科学技术 编辑部 联系电话010 84262926, 84262920 传 真010 84262926 联 系 人孙惠兰 电子信箱cst410china1com 邮 偏 100013 47 第34卷第8期 煤 炭 科 学 技 术 2006年8月 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.