阳煤五矿褶皱和挠曲构造对煤层开采的影响

王晋生

(阳泉煤业(集团)有限责任公司 五矿，山西 阳泉 045000)

[摘要]以阳煤集团五矿15号煤层为目的层，总结研究了15号煤层褶皱和挠曲构造形态展布和分布规律，进一步探讨了褶皱和挠曲构造对矿井15号煤层开采的影响。研究表明：采区内共揭露发育有褶曲26条，挠曲12个，褶曲在整个研究区均有分布，井田内地层形态变化较大，广泛发育有短轴褶皱以及挠曲和少量紧密槽皱；褶曲构造的发育给主要运输巷和采区上山等岩石巷道的布置带来很大困难，影响井巷施工进度，增大煤层开采难度，并给顶板管理带来很大困难，同时，在带压区附近开采时应预防突水事故的可能性。向斜、背斜轴部及其附近有利于瓦斯聚集易于发生瓦斯事故。

[关键词]褶皱；挠曲；展布规律；煤层开采

[中图分类号]TD166[文献标识码]B

[收稿日期]2014-05-13

DOI[]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.01.006

[作者简介]王晋生(1976-)，男，山西阳泉人，工程师，阳泉煤业(集团)有限责任公司五矿通风副总工程师，从事煤矿通风工作。

Influence of Fold and Bend Tectonic on Coal Mining in Yangmei 5thMine

[引用格式]王晋生.阳煤五矿褶皱和挠曲构造对煤层开采的影响[J].煤矿开采，2015，20(1)：20-22.

随着综采技术工艺的普及和开采设备更新，矿井生产对地质构造的查明程度也提出了更高要求[1-5]。因此，研究矿井地质构造是一项贯穿于煤田地质勘查、矿井建设和煤矿开采等各个阶段的地质任务。为了对阳泉煤业(集团)有限责任公司五矿的煤炭资源进行合理、有效地开采，研究了阳煤五矿矿井褶皱和挠曲构造的形态展布和分布规律，进一步探讨了褶皱和挠曲构造对矿井15号煤层开采的影响，其研究结果对于煤矿安全生产有着十分重要的意义。

1研究区概况

阳煤五矿井田构造具有规律的间隔条带，大致北东向，雁形排列的特征。受区域构造控制，发育北北东及北东向有较平缓的褶皱群和层间小断层(图1)。井田呈北西南东向延伸，总面积约82.53km2。现有2个生产矿井，主井开采深度是由+800m～+230m标高，贵石沟矿井煤炭生产能力6.8Mt/a，五林井煤炭生产能力0.9Mt/a[6-8]。

1—一级构造边界；2—二级构造边界；3—三级构造边界； 4—新生代盆地边界；5—省界；I—吕梁—太行断块； I 1—太行山块隆；I 2—沁水块坳；I 2-1—盂县坳缘翘起带；I 2-2一娘 子关—坪头坳缘翘起带；I 2-3—沾尚一武乡—阳城北北东向褶带； I 2-4—普洞—来远北东东向褶断带；I 2-5—太岳山坳缘翘起带； I 2-6—郭道—安泽近南北向褶带；I 2-7—析城山坳缘 翘起带；Ⅰ 3—吕粱块隆；Ⅱ—鄂尔多斯断块； Ⅲ—豫皖断块；a—长治新裂陷；b—大原新裂陷；c—临汾新裂陷 图1　沁水盆地区域构造单元划分示意

本区主要可采煤层共3层，分别为二叠系山西组3号煤层、石炭系太原组9号煤层和15号煤层，目前，五矿开采15号煤层。本井田位于娘子关泉域南部，属于娘子关泉域水文地质单元。娘子关泉群流量10.2～15.8m3/s，平均12.85m3/s，是全排泄型的水文地质单元[9-13]。

2褶皱和挠曲构造分布规律

五矿生产采区共揭露褶曲26条，褶曲在整个研究区均有分布，东北部褶曲出现频率较少(图2)。据统计，研究区褶皱构造的轴向主要有5组，即NE向(30～50°)、NNE向(10～30°)、NEE向(50～80°)，其次还有近SN向和NW向(120～150°)。轴向为NE和NNE方向的褶皱构造最发育，轴向为NEE和近SN向的褶皱构造发育程度次之，个别褶曲走向为NW向，褶曲轴向出现频率的对比情况如图3所示。

图2　五矿井田褶曲构造分布

图3　五矿井田褶皱构造轴向出现频率对比

本区褶皱构造中有背斜14条，向斜12条，背斜、向斜常呈等间距分布，间距长度800～1000m，并大体呈雁行状排列。在背向斜两翼及叠合部广泛发育有各类短轴背向斜构造，长度466.92～4109.56m，一般1000～3000m，长度1500～2000m和2500～3000m出现的概率最大。个别背向斜一翼局部煤岩层坡度增大到20～30°，甚至达70°，呈现挠曲形态，挠曲幅度一般3～5m，延伸长100～200m左右。

井田内地层形态变化较大，广泛发育有短轴褶皱以及挠曲和少量紧密槽皱。由于地层较为平缓，2个短轴褶曲之间往往形成1个鞍部。褶皱两翼倾角一般在14°以下，少量较为紧密，可达26°以上。在15号煤层中广泛发育有挠曲，挠曲带倾角可达50～70°。例如四采区8403工作面揭露在三维地震勘探中解释为断裂构造的挠曲带，挠幅接近20m，造成工作面回采中长期在割顶板、底板，生产进度缓慢，给通风瓦斯治理工作也带来了压力。

挠曲是在水平或平缓的岩层中，由一般岩层突然变陡而表现出的膝状弯曲，或是由于岩层翘曲或其他和缓变形所形成的弯曲均称。目前，在15号煤层掘进中揭露的挠曲构造有12个(图4)。

图4　五矿井田15煤层挠曲构造分布

3褶皱和挠曲对矿井15号煤层开采的影响

本区褶曲构造较为发育，给15号煤层开采带来的负面影响和防治措施主要有：

(1)向背斜轴部应力相对集中，特别是向背斜轴部转折端裂隙相对较发育，有利于地下水的富集。同时采空区积水在适宜条件下汇集于向斜轴部。生产中掘进至向斜轴部，会有淋水及涌水等现象。在褶曲向斜轴部，如X1，X2，…，X12向斜轴部，巷道低洼处和采空区内产生积水会有透水隐患，因此当15号煤层开采至X1，X2，…，X12等向斜轴部及其附近时，应预防透水事故发生。

当煤层开采至西部煤层埋深较深的地方时，由于煤层位于奥灰水水位以下，向背斜轴部富水性较强，此时开采为带压开采，当矿井揭露或通过带压开采区向背斜轴部附近时，奥灰含水层水就很有可能会直接或间接的涌入矿井。根据15号煤层底板标高与奥灰等水压线可以推测得到带压开采线，该线以东为无压区，该线以西为带压区。

根据带压开采线，就可以确定研究区矿井奥灰底板水害易发区，本区矿井水害易发区位于带压开采线的西部区域。对于不同采区而言，其奥灰底板水害易发区不同，如西北采区的奥灰底板水害易发区位于该采区的西南部，四采区的奥灰底板水害易发区位于该采区的西部和东南部，中央采区的奥灰底板水害易发区位于该采区的西南部，420水平采区的奥灰底板水害易发区位于该采区的西南部和西北部，其他采区发生奥灰底板水害的可能性不大。

由于B1，X1，X5西部、X6褶曲位于奥灰带压区，故当在B1，X1，X5西部、X6褶曲轴部及其附近开采15号煤层时，矿井水害发生的可能性最大，应重点预防。B3，X2，B9，B10，X8，B11等褶曲距奥灰带压区较近，故在这些褶曲轴部及其附近开采15号煤层时，应加强对奥灰水水位的动态观测，掌握奥灰水位动态变化规律，注意和预防矿井水害的发生。

(2)由于在向斜、背斜轴部及其附近有利于瓦斯聚集易于发生瓦斯事故，故当15号煤层开采至X1，X2，…，X12等向斜轴部及其附近，和B1，B2，…，B14等背斜轴部及其附近时，应预防各种瓦斯事故的发生。由于西北采区、420水平采区、五林井采区褶曲数量相对较多，故在这3个采区内褶曲轴部开采时应加强预防瓦斯事故的发生。特别是在背向斜下层，即中和面以下开采15号煤层时，由于瓦斯更易聚集，故更应注意预防事故的发生。

瓦斯突出成为制约整个矿井安全生产的重要因素。瓦斯的富集和分布除了受煤层本身的性质影响外，最重要的就是受地质保存条件的限制，如褶皱和挠曲分布规律，建议今后做好瓦斯分布及富集规律研究。

(3)褶曲构造的发育会给主要运输巷和采区上山等岩石巷道的布置带来很大困难，影响井巷施工进度，增大煤层开采的难度，并给顶板管理带来很大困难。在以后的开采过程中，需严格加强顶板管理工作，防止顶板事故的发生。

(4)井田内地层形态变化较大，广泛发育有短轴褶皱以及挠曲和少量紧密槽皱。由于地层较为平缓，两个短轴褶曲之间往往形成一个鞍部。由于挠曲构造均为开采中所揭露，在勘探阶段均未查明或查清，因而给掘进和回采都带来了很大困难，使综采和综掘机械的运用受到很大影响，大大地影响了掘进和回采进度，同样也严重影响了煤炭产量和经济效益。

由于地面钻孔对矿井深部控制较少，而褶皱和挠曲对深部煤层影响又加大，所以必须加强井下钻探工作。对地质情况不明了的地段，应优先安排井下钻探来进一步探明煤层的赋存情况及构造分布情况，必要时安排一定量的巷探或地面钻孔来控制煤层厚度、褶皱和挠曲的变化情况等，以免盲目进行采掘布置，造成井巷工程的无效进尺。

加强地面三维地震勘探，为煤层形态、构造及煤层结构变化趋势等提供各项资料。三维地震勘探可以有效查明褶皱和挠曲赋存形态、断裂发育情况，指导采区设计和工作面布置，为矿井生产提供可靠的地质依据。

4结论及建议

在系统分析研究区褶皱和挠曲构造的基础上，通过地质编图、统计分析，对五矿矿井褶皱和挠曲构造展布规律及褶皱和挠曲构造对15号煤层开采的影响进行了系统分析研究，取得了如下成果：

(1)褶曲在整个研究区均有分布，且广泛发育有短轴褶皱以及挠曲和少量紧密槽皱。

(2)褶曲构造的发育给主要运输巷和采区上山等岩石巷道的布置带来很大困难，影响井巷施工进度，增大煤层开采的难度，并给顶板管理带来很大困难，同时，在带压区附近开采时应预防突水事故的可能性；向斜、背斜轴部及其附近有利于瓦斯聚集易于发生瓦斯事故。

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[责任编辑：施红霞]