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彬长矿区小庄煤矿构造发育特征及其对开采的影响分析

陈娅鑫1 王 峰1 李焕同2,3 周 霄1

(1. 陕西煤田地质勘查研究院有限公司，陕西省西安市，710021； 2.西安科技大学地质与环境学院，陕西省西安市，710054； 3.陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室，陕西省西安市，710054)

摘 要为了查明彬长矿区小庄煤矿构造发育的特征，依据小庄煤矿以往地质勘查、建井及生产过程中的地质构造资料，运用统计分析的方法研究了矿区内褶皱和断层的发育特征及空间展布规律，结果显示：该矿区地质构造以NEE向宽缓褶皱构造为主，其间发育有NWW-EW向中小型褶曲，并伴有小型断裂构造，具有明显的南北分带性；NEE向褶皱和NWW-EW向褶曲在平面上具有近似平行排列的特点，并与井田南部NE向高角度正断层交错分布，个别褶曲被断层切割破坏，并分析了构造对煤矿开采的影响。

关键词 小庄煤矿 构造发育规律 褶皱 断层

中图分类号 P618

文献标识码 A

引用格式：陈娅鑫，王峰，李焕同等. 彬长矿区小庄煤矿构造发育特征及其对开采的影响分析[J]. 中国煤炭，2019,45(7)：111-115.

Chen Yaxin, Wang Feng, Li Huantong, et al. Structural development characteristics of Xiaozhuang Coal Mine in Binchang mining area and their impact on mining[J]. China Coal, 2019, 45(7):111-115.

Structural development characteristics of Xiaozhuang Coal Mine in Binchang mining area and their impact on mining

Chen Yaxin1, Wang Feng1, Li Huantong2,3, Zhou Xiao1

(1. Shaanxi Coal Geology Investigation Research Institute Co., Ltd., Xi'an, Shaanxi 710021, China； 2. College of Geology and Environment, Xi'an University of Science and Technology, Xi'an, Shaanxi 710054, China; 3. Shaanxi Provincial Key Laboratory of Geological Support for Coal Green Exploitation, Xi'an, Shaanxi 710054, China)

Abstract In order to find out the characteristics of the tectonic development of Xiaozhuang Coal Mine in Binchang mining area, based on the geological structure data in the previous geological exploration, well construction and production process of Xiaozhuang Coal Mine, the development characteristics and space distribution law of folds and faults in the mining area were studied by using statistical analysis method, the results showed that the geological structure of the mining area was dominated by wide and flat fold structures towards NEE direction, and there were also small-medium-sized fold towards NWW-EW direction accompanied by small-sized fault structures, and the geological structure of the mining area had obvious north-south zonality; the folds towards NEE direction was approximately parallel to the folds towards NWW-EW direction on the plane, and intersected with the high-angle normal faults towards NE direction in the southern part of the mine field, some folds were destroyed by the fault and the influence of the structure on the coal mining was analyzed.

Key words Xiaozhuang Coal Mine, structure development law, fold, fault

彬长矿区位于黄陇侏罗纪煤田中部，规划面积790 km2，煤炭地质储量67.29亿t，是国家发改委正式批准建设的13个大型煤炭基地之一，行政区划隶属于陕西省咸阳市彬县、长武管辖。陕西彬长矿业集团作为彬长矿区开发建设的主体，已依法取得煤炭资源储量50.3亿t，相继建成了孟村、大佛寺、胡家河、文家坡和小庄等5对大型现代化生产矿井，前期将形成煤炭产能3200万t/a，但近年来伴随着持续开采，地质构造对煤矿生产的影响程度日趋明显，严重制约着煤矿的开采，而且煤矿机械化程度越高，这种制约就越明显。因此，研究煤矿地质构造的发育规律，对于确保煤矿安全、高效生产和提高经济效益具有十分重要的意义。

1 概况

小庄煤矿位于彬长矿区中部，行政区划隶属于陕西省咸阳市彬县义门镇管辖。矿区东西长约6.5 km，南北宽约7.0 km，总面积45.8247 km2。矿区内含煤地层主要为侏罗系中统延安组，共6层(1#、3#、4上、4-1、4#、4下煤层)。延安组地层厚度4.62～100.83 m，平均为55.12 m，具有对比意义的煤层2层(4#、4-1煤层)，其中4#煤层为区内主要可采煤层，4-1煤层为局部可采煤层。

2 区域构造特征

彬长矿区位于鄂尔多斯盆地南部渭北挠褶带北缘的彬县—黄陵坳褶带。地表大部分地区为第四系黄土所覆盖，仅在红崖河等较大沟谷内有基岩出露，总体为一走向NE～NEE、倾向NW～NNW的大型单斜构造，并在此单斜上产生一些宽缓而不连续的褶皱。矿区从北向南主要由3个背斜(七里铺—西坡背斜，路家—小灵台背斜及彬县背斜)和由此形成的2个向斜区(安化向斜区、孟村向斜区)构成，如图1所示，褶曲两翼宽缓，倾角1°～8°，构成了本区的构造轮廓，也控制了厚煤层的分布状况。

3 煤矿构造特征

小庄煤矿位于彬长矿区东部，孟村向斜和安化向斜之间，构造总体表现为一倾向近N向的单斜，在此基础上发育了一系列NEE向、NWW～EW向的宽缓褶皱构造并伴有小型断裂构造，褶曲走向以NEE向为主，矿区从南向北发育有路家—小灵台背斜、南玉子向斜和董家庄短轴背斜，倾角较缓，地层的变化与褶曲构造有关，断裂以正断层为主，落差一般不大于30 m，如图2所示。煤矿内地层厚度、产状、煤层厚度及其起伏受此褶皱构造的影响而变化，未见大型断层，构造较为简单。

3.1 褶皱

3.1.1 褶皱构造

(1)路家—小灵台背斜。该背斜呈NE～SW向贯穿小庄煤矿的南部，轴向为N78°E向，两翼倾角1°～8°，起伏幅度为80～150 m，在本区内轴向延长约4 km，局部发育有次一级的波状起伏。轴部的4-6号、224号孔一带缺失延安组，DG2号钻孔虽有5.3 m厚的延安组，但无煤层沉积。

(2)南玉子向斜。该向斜位于小庄煤矿中部，呈NEE向延伸，是井田的主要褶皱构造。区内延展长度7.5 km，两翼倾角1°～2°，倾向为NNW向，为本区聚煤中心，沉积有巨厚煤层。

(3)董家庄背斜。该背斜位于煤矿北部边界附近，总体呈NEE向延伸，局部有小隆起(区外222号孔揭露)和小凹陷(区外186号孔揭露)，二者的三叠系顶面标高相差182 m。

(4)其他褶曲。根据以往地质资料，区内仍存在幅度大于5 m的褶曲6个，包括背斜4个(B1、B2、B3、B4背斜)和向斜2个(X1、X2向斜)，如图2所示。

3.1.2 褶皱构造特征

褶皱是控制井田构造格局的主体，按走向方位不同，主要分为两组，分别为NEE向和NWW～EW向，受构造运动的影响，其在井田内的分布、规模和强度也不尽相同，通过对煤层底板等高线的分析，发现具有以下4个发育特点。

(1)井田内幅度50 m以上的褶曲，均为NEE向，在区内总体表现为延展长度大，两翼宽缓，起伏幅度大，走向方位较稳定；幅度50 m以下的中小型褶曲，走向主要为NWW～WE向，表现为延展长度小，两翼窄，起伏幅度较小，走向不稳定。

(2)井田内NEE向褶皱与NWW～EW向褶皱横跨复合，NEE向褶皱形成较早，NWW～EW向褶皱形成较晚，后期形成的褶皱叠加于先期形成的褶皱之上，致使背斜轴与背斜轴叠加的部位出现了穹隆(构造高点)，背斜轴与向斜轴叠加的部位出现了构造平缓带或鞍部，向斜轴与向斜轴叠加的部位出现了构造洼地。

(3)井田NEE向褶皱对区内煤系、煤层的沉积起了控制作用。一般向斜轴部附近延安组(J2y)地层沉积厚度较大，煤层沉积厚度也较大，背斜则反之。例如通过沿南玉子向斜轴部附近的1-1、2-1、3-1、4-1、5-1、6-1、39号孔揭露，延安组地层厚度72.60～86.65 m，煤层厚度均较大，为21.90～28.62 m，平均厚度为24.72 m；通过路家-小灵台背斜轴部的DG1、4-6、224、DG2、X26号孔揭露，延安组地层沉积厚度0～33.8 m，煤层厚度均较小，甚至无煤，为0～5.50 m，平均厚度仅为1.29 m，如图3所示。

(4)NEE向褶皱与NWW～EW向褶皱在平面上具有近似平行排列的特点，NEE向褶皱平均间距为2800 m，NWW向褶皱平均间距为800 m。NEE向褶皱横贯井田的北部、中部和南部区域，褶曲形态明显，NWW～EW向褶曲主要分布在井田南部边界附近，且个别被断层切割破坏，褶皱形态不完整，剖面上呈单斜断块或半地堑形式。根据已有地质资料，本区共发现大小断层14条，除DF2断层外，其他均为正断层，占比达93%，说明本区断层构造以正断层发育为主。

3.2 断层

3.2.1 断层落差特征

本区按断层落差大小可划分为4类，如图4所示，其中以落差小于30 m的中小型断层为主，占总数的86%，主要分布在井田中部及南部路家—小灵台背斜两侧断层与褶皱互相交错的密集地带。

3.2.2 断层产状特征

(1)走向特征。根据本区已揭露断层走向的数据，绘制出断层走向玫瑰花图，见图5。由图5可以看出，井田内断层走向方位明显，方向性很强，主要表现为NE向与NW向，占断层总数的71%，其次为少量的NWW向和近SN向断层。

(2)倾向特征。根据区内断层倾向的分布特征，NE向断层倾向与路家—小灵台背斜两翼倾向一致，北侧倾向于NW向，南侧倾向于SE向；NW～NNW向断层倾向集中分布于NE～NEE方向。

(3)倾角特征。本区断层倾角均较大，一般在50°～70°之间，最大可达74°，且以高角度正断层为主，说明断裂更多受区域构造应力影响较大，小庄煤矿断层倾角统计见表1。

3.3 构造的分布特征

本区构造以褶皱为主、断层为辅，褶皱主要发育在井田的南部，断层亦对井田南部的4#煤层切割较为严重，因此，按其分布状况及特性，大概以A-A'勘探线为界，分为两大构造带(见图2)：即井田北部构造带和南部构造带，且北部构造带相较南部简单。北部构造带主要包括南玉子向斜及其南翼的断层，落差均小于20 m，且以不大于5 m的断层占绝大多数，倾角较小，构造发育程度简单；南部构造带包括路家—小灵台背斜及其两翼的褶曲和断层，褶曲幅度一般小于50 m，断层也以落差小于50 m的中型断层为主，倾角较大，一般大于60°，其中3DF断层的倾角最高可达74°，且断层数量也较中部多，主体构造形态呈NE向，与背斜两翼的NWW向、WE向褶曲交错分布，且个别褶曲(X2向斜)被断层切割破坏，构造较为复杂。

3.4 成煤构造期特征

本区与煤系地层有关的构造运动主要有三期，分别为印支运动、燕山早期运动和燕山晚期构造运动，受其影响井田内产生了以NEE方向为主体的褶皱构造，其间发育了NWW～WE向的中小型褶曲。通过分析侏罗纪早期到晚期底板等高线图具有相似性的特征可知，印支运动已经奠定了矿区的总体构造格局，燕山运动的早、晚期构造运动分别在印支运动形成波状起伏的褶形上，发展演化而来，表现了后期构造的继承性，例如在井田中部的南玉子向斜轴部，延安组地层、煤层较厚，而在路家—小灵台背斜轴部，延安组地层煤层变薄，甚至无煤系地层沉积，煤系地层、煤层的后期改造作用相对较弱。此规律与同沉积构造有密切的关系，同时反映了后期构造运动对前期的继承性。

4 地质构造对煤矿开采的影响及防治措施

地质构造对煤矿开采的影响，主要表现在褶曲和断层对采区的划分、井巷开拓和采煤工作面的连续推进等。

4.1 褶曲对采煤的影响

小庄煤矿大部分位于彬长矿区中部路家—小灵台背斜和董家庄背斜之间，少部分位于孟村向斜及安化向斜区。区内褶曲主要有9个，两翼倾角在1°～8°之间，区内延伸长度分布于650～7500 m之间。

(1)影响采区的划分。矿区内采区的划分受路家—小灵台背斜和南玉子向斜的影响较大，南部大致以路家—小灵台背斜为界，划分为一盘区，北部大部分区域大致以南玉子向斜为界，划分为五盘区。

(2)影响井巷施工进度。40213、40214工作面各巷道在南玉子向斜轴部区域施工时，地层倾角变缓，埋深加大，顶板压力增加，时有锚索断裂情况发生，由于向斜转折端部位应力集中，增加了冒顶的可能。

(3)采煤工作面回采难度增大。由于褶曲带受水平作用力的挤压影响，使煤层起伏变化较大，在同一工作面连续推进时会出现仰采和俯采交替的状况，增大了回采的难度。例如：40201工作面在实际回采过程中，由于中部低、两边高，总体上先以俯采为主、后以仰采为主，增加了回采的难度。

4.2 断层构造对采煤的影响

掘进与回采工作面接近中小断层及裂隙带时，容易出现顶板冒落、矿井涌水量增大及瓦斯涌出等现象，影响煤矿安全生产。

(1)顶板冒落。当断层走向与工作面平行或近似平行时，断层全部或大部分同时暴露于工作面，顶板破碎面积大，来压集中，顶板不易管理，支架移动困难，容易造成工作面切顶，对开采极为不利。例如：DF1断层，其位于40201工作面停采线附近，断层走向与巷道夹角约54°，巷道顶板不平，较其他段破碎，造成掘进时较难通过。

(2)断层导水。经三维地震勘探解释断层14条，断层走向以NE向和NW向为主，倾角35°～74°，落差0～36 m，区内延伸长度为160～1350 m，从时间剖面上来看，这些断层部分向上延伸到白垩基岩上，有可能导通白垩系洛河组含水层。

(3)瓦斯涌出。小庄煤矿在巷道开拓及工作面回采过程中，先后揭露了6条小断层，除个别断层附近有少量淋水外，均无瓦斯异常现象。尽管如此，但据南部的大佛寺煤矿生产资料显示，在其大巷揭露并通过断层时，出现了因瓦斯涌出量增大而撤人的事件，对煤矿安全生产造成了一定影响。

4.3 治理措施

通过三维地震勘探摸清各盘区断层情况，生产过程中严格制定并执行先探后掘的安全技术措施，在接近构造区域时，打超前钻孔查清断层产状，对水、瓦斯和有毒有害气体进行提前释放，避免水、瓦斯等事故的发生。同时根据断层与煤层的关系及时调整掘进施工坡度，减小破矸量，提高煤质。

5 结论

(1)小庄煤矿构造特征总体以NEE向宽缓褶皱构造为主，其间发育有NWW～EW向的中小型褶曲，并伴有小型断裂构造，具有明显的南北分带性。褶曲和断层的规模、大小由北向南逐渐变大，反映出本区受地质构造的影响程度，呈现由北向南逐渐变大的趋势。

(2)本区内NEE向和NWW～EW向褶曲在平面上具有近似平行排列的特点，并与井田南部NE向高角度正断层交错分布，个别褶曲被断层切割破坏，褶皱形态不完整，剖面上呈单斜断块或半地堑形式。

(3)褶皱和断层的复合作用，对矿区内地层厚度、煤层厚度和采煤工作面的机械化推进造成了一定的影响。

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作者简介：陈娅鑫(1986-)，女，河北邯郸人，地质工程师，硕士研究生学历，现工作于陕西煤田地质勘查研究院有限公司，从事矿产地质勘探研究工作。E-mail:ppkksj2007@163.com。

(责任编辑 郭东芝)